Uon Ngang Va Uon Doc Suc Ben Vat Lieu Chuong 12

9
http://www.ebook.edu.vn  GV: Leâ ñöùc Thanh Chöông 12: Uoán ngang vaø uoán doïc ñoàng thôøi 1 Chöông 12 UOÁN NGANG VAØ UOÁN DOÏC ÑOÀNG THÔØI 12.1 ÑAËC ÑIEÅM BAØI TOAÙN Xeùt moät thanh chòu uoán bôûi taùc ñoäng ñoàng thôøi cuûa löïc ngang R  va löïc neùn doïc P nhö treâ n H.12.1. Neáu chuyeån vò laø ñaùng keå thì caàn pha i xeùt caân baèng cuûa thanh treân sô ñoà bieán daïng vaø moâmen noäi löïc seõ bao goàm aûnh höôûng cuûa löïc R  va P : M(z) = M R  + M P  = M R  + Py(z) (12.1) trong ñoù: M R  - moâmen uoán do rieâng taû i troïng ngang gaây ra Py(z) - moâmen uoán do löïc doïc gaây ra. R P z  y(z) Hình 12.1 Uoán ngang vaø uoán doïc ñoàng thôøi Baøi toaùn nhö vaäy ñöôïc goïi laø uoán ngang vaø uoán doïc ñoàng thôøi. Ñaëc ñieåm cuûa baøi toaùn: - Moâmen M(z) phuï thuoäc vaøo ñoä voõng y(z) - Moâmen M(z) phuï thuoäc phi tuyeán vaøo löïc P  vì ñoä voõng y(z) cuõng phu thuoäc vaøo P . Vì vaäy, nguyeân lyù coäng taùc duïng khoâng aùp duïng ñöôïc cho loaïi baøi toaùn naøy. 12.2 PHÖÔNG PHAÙP CHÍNH XAÙC Ñeå tìm ñöôïc moâmen uoán, tröôùc heát caàn thieát laäp phöông trình vi phaân ñöôøng ñaøn hoài cuûa daàm chòu löïc neùn P  vaø taûi troïng ngang. P P q(z) y(z) q(z) O α dz P Q + dQ M + dM P M Q  Hình 12.2 Thanh chòu uoán neùn

description

Suc ben vat lieu uon ngang uon doc chuong 12

Transcript of Uon Ngang Va Uon Doc Suc Ben Vat Lieu Chuong 12

  • http://www.ebook.edu.vn

    GV: Le c Thanh

    Chng 12: Uon ngang va uon doc ong thi 1

    Chng 12

    UON NGANG VA UON DOC ONG THI

    12.1 AC IEM BAI TOAN

    Xet mot thanh chu uon bi tac ong ong thi cua lc ngang R va lc nen doc P nh tren H.12.1. Neu chuyen v la ang ke th can phai xet can bang cua thanh tren s o bien dang va momen noi lc se bao gom anh hng cua lc R va P: M(z) = MR + MP = MR + Py(z) (12.1) trong o: MR - momen uon do rieng tai trong ngang gay ra Py(z) - momen uon do lc doc gay ra.

    R

    P z y(z)

    Hnh 12.1 Uon ngang va uon doc ong thi

    Bai toan nh vay c goi la uon ngang va uon doc ong thi. ac iem cua bai toan: - Momen M(z) phu thuoc vao o vong y(z) - Momen M(z) phu thuoc phi tuyen vao lc P v o vong y(z) cung phu thuoc vao P. V vay, nguyen ly cong tac dung khong ap dung c cho loai bai toan nay.

    12.2 PHNG PHAP CHNH XAC

    e tm c momen uon, trc het can thiet lap phng trnh vi phan ng an hoi cua dam chu lc nen P va tai trong ngang.

    P P

    q(z)

    y(z)

    q(z)

    O

    dz

    P

    Q + dQ

    M + dMPM

    Q

    Hnh 12.2 Thanh chu uon nen

  • http://www.ebook.edu.vn

    GV: Le c Thanh

    Chng 12: Uon ngang va uon doc ong thi 2

    Xet can bang tren s o bien dang cua phan to thanh dz nh tren H.12.2 0:0 =+= tgPdzQdzMdMMMo chu y rang :

    dzdytg =

    ta co: QdzdyP

    dzdM = (12.2)

    lay ao ham hai ve cua (12.2), chu y rang )(zqdzdQ = , ta co phng trnh:

    )(22

    2

    2zq

    dzydP

    dzMd = (12.3)

    the "EIyM = (*) vao (12.3) ta thu c: )(" zqPyEIyIV =+ (12.4) ay la phng trnh vi phan ng an hoi cua dam chu nen uon. Neu biet tai trong tac dung va cac ieu kien bien th co the giai (12.4) e tm ng an hoi, t o suy ra momen uon theo phng trnh (*). Trong thc te, thng co nhieu quy luat tai trong khac nhau tren chieu dai thanh nen viec giai phng trnh (12.4) rat phc tap. V vay, ngi ta thng ap dung phng phap gan ung di ay.

    12.3 PHNG PHAP GAN UNG

    Xet dam n gian chu tai trong oi xng nh H.12.3. q

    f0

    a)

    q

    f

    b)

    P

    lll

    Hnh 12.3 ng an hoi oi xng

    S o (a) ch chu tai trong ngang, vi o vong gia nhp fo. S o (b) chu ong thi tai trong ngang va tai trong doc, co o vong gia nhp f. Gia thiet ng an hoi co dang hnh sine (giong dang mat on nh), ta co phng trnh ng an hoi trong hai trng hp nh sau:

    lzfy oo

    = sin ; lzfy = sin

    Dang phng trnh nay thoa ieu kien bien 0" == yy tai hai khp. Momen uon noi lc tng ng nh sau:

    oooo ylEIlzf

    lEIEIyM 2

    2

    2

    2" sin ===

  • http://www.ebook.edu.vn

    GV: Le c Thanh

    Chng 12: Uon ngang va uon doc ong thi 3

    yl

    EIlzf

    lEIEIyM 2

    2

    2

    2" sin ===

    The cac ket qua nay vao phng trnh (12.1) ta co:

    Pyyl

    EIyl

    EI o += 22

    2

    2 (12.5)

    t o suy ra: 2

    2/1

    )()(

    lEIP

    zyzy o =

    hay: th

    o

    PPzyzy

    =

    1

    )()( (12.6)

    vi: 22

    lEIPth

    = la lc ti han cua thanh khi mat on nh trong mat phang

    uon. ao ham hai ve cua (12.6) va nhan vi EI ta co:

    thPP

    zEIyzEIy

    =1

    )()("0"

    hay: th

    o

    PP

    MzM

    =1

    )( (12.7)

    Chu y: - Neu tai khong oi xng nhng cung hng ve mot pha th cac cong thc tren kem chnh xac hn nhng van dung c. - Neu thanh co lien ket hai au khac th van dung c cac cong thc (12.6), (12.7) nhng can xet ti he so lien ket trong cong thc Pth: 2

    2

    )( lEIPth

    = (12.8)

    12.4 NG SUAT VA KIEM TRA BEN

    ng suat ln nhat c tnh theo cong thc:

    )1(max

    th

    o

    PPW

    MAP

    WM

    AP

    +=+= (12.9)

    V ng suat phu thuoc phi tuyen vao tai trong nen kiem tra ben theo ng suat cho phep khong am bao an toan theo he so n d kien. Trong trng hp nay, ngi ta dung ieu kien an toan theo tai trong nh sau:

    oth

    o

    PnPW

    nMA

    nP

    +)1(

    (12.10)

    V du 12.1 Tm momen uon va o vong ln nhat cua dam thep ch INo36 chu lc nh tren H.12.4.

  • http://www.ebook.edu.vn

    GV: Le c Thanh

    Chng 12: Uon ngang va uon doc ong thi 4

    x

    q = 2 kN/m

    S = 120 kN

    4my

    Hnh 12.4

    Giai. S dung bang tra thep nh hnh, tng ng vi so hieu INo36 va cac ky hieu tren hnh tren, ta co:

    A = 61,9 cm2; Ix = 516 cm4; Iy = 13380 cm4; E = 2,1.104 kN/cm2

    Tr so ln nhat cua momen uon, o vong do tai trong ngang gay ra tai gia nhp: kNmqlMo 48

    4.28

    22===

    cmEIqly

    xo 615,0516.10.1,2

    400.10.2.3845.

    3845

    4

    424===

    Tr so lc ti han: ( ) ( ) kNl

    EIP xth 668400.1516.10.1,2.

    2

    42

    2

    2==

    =

    o vong cua dam, theo cong thc gan ung: cm

    PS

    yy

    th

    o 75,0

    6681201

    615,0

    1=

    =

    = , tang 22% so vi oy

    Momen uon ln nhat, theo cong thc gan ung th nhat: kNmSyMM o 9,4075,0.1204 =+=+= Momen uon ln nhat, theo cong thc gan ung th hai: kNm

    PS

    MM

    th

    o 87,4

    6681201

    4

    1=

    =

    = sai so 0,5% so vi cong thc gan ung th

    nhat. Gia tr momen trong trng hp uon ngang va doc tang 22,5% so vi momen ch do lc ngang gay ra, tc la thien ve an toan hn.

    12.5 THANH CO O CONG BAN AU

    1- Anh hng cua o cong ban au

    Xet thanh co o cong ban au, chu lc nen P nh tren H.12.5. Gia s ng cong ban au co dang:

    lzayo= sin (12.11)

  • http://www.ebook.edu.vn

    GV: Le c Thanh

    Chng 12: Uon ngang va uon doc ong thi 5

    P z

    yo

    y1

    a

    y l/2l/2

    Hnh 12.5 Thanh co o cong ban au

    Do tac dung cua lc P, thanh b vong them co phng trnh y1(z). o vong toan phan: y = yo + y1 (12.12) Momen uon do lc P gay ra: )( 1yyPPyM o +== (12.13) Phng trnh vi phan o vong them: )( 1''1 yyPMEIy o +== (12.14) the (12.11) vao (12.14) va at:

    EIP=2 ta co:

    lzayy =+ sin212''1 (12.15)

    Nghiem cua phng trnh nay co dang:

    lza

    l

    zBzAy

    ++= sin11cossin

    22

    21 (12.16)

    Cac ieu kien bien: 00)(00)0(

    1

    1

    ====

    AlyBy

    Do o: lza

    lEIP

    lza

    l

    y

    =

    = sin11sin

    1

    1

    2

    2

    22

    21

    hay: lza

    kky = sin11 (12.17)

    vi: 2

    2

    lEIP

    PPkth

    == (12.18)

    o vong toan phan:lz

    ka

    lza

    kkayyy o

    =

    +=+= sin1sin)1(1

    hay: th

    o

    PP

    yy

    =1

    (12.19)

    Momen ln nhat gia nhp:

    thPP

    PaPyM

    ==1

    maxmax (12.20)

    Neu ng cong ban au co dang bat ky th co the phan tch thanh chuoi Fourier nh sau: ...2sinsin 21 ++= l

    zalzayo (12.21)

    the (12.13) vao (12.21) va giai ra 1y ta co:

  • http://www.ebook.edu.vn

    GV: Le c Thanh

    Chng 12: Uon ngang va uon doc ong thi 6

    ++

    = ...2sin

    2sin

    1 221

    1 lz

    ka

    lz

    kaky (12.22)

    v: 1

  • http://www.ebook.edu.vn

    GV: Le c Thanh

    Chng 12: Uon ngang va uon doc ong thi 7

    12.6 COT CHU NEN LECH TAM

    Xet cot manh chu nen lech tam bi lc P nh tren H.12.8.

    lzayo= sin (12.11)

    Do tac dung cua lc P, cot b cong va co phng trnh y(z). Momen uon tai mot tiet dien do lc P gay ra: )()}({ zPyPezyePM +=+= (12.23) trong o: e - la o lech tam ban au; y - la o vong cua truc cot. Phng trnh vi phan ng an hoi nh sau:

    EIMzy =)('' (12.24)

    The (12.23) vao (12.24) va at EIP=2 ta

    c:

    eyy 22" =+ (12.25)

    Nghiem tong quat cua phng trnh nay la

    tong cua nghiem thuan nhat va nghiem rieng:

    ezBzAy += cossin (12.26)

    trong o: A va B - la cac hang so cua nghiem

    thuan nhat; e - la nghiem rieng. Cac ieu kien bien: eBy == 0)0(

    2

    tansin

    )cos1(0)( lel

    leAly ===

    Phng trnh ng an hoi tr thanh:

    )1cossin2

    (tan += zzley (12.27)

    o vong ln nhat tai gia nhp, tc 2lz = la:

    )12

    cos

    1(max == ley (12.29)

    (12.28)

    Neu e = 0 hoac P = 0 th 0= .

    P

    y

    l

    z

    P

    y(z)

    e

    e

    Hnh 12.8 Cot co o cong ban au

  • http://www.ebook.edu.vn

    GV: Le c Thanh

    Chng 12: Uon ngang va uon doc ong thi 8

    o th quan he gia P - c cho trong H.12.9. o th nay ch co y ngha khi vat lieu con an hoi, tc la con nho va P < Pth.

    Pth

    P

    e = 0

    e = e1

    e = e2

    e2 > e1

    Hnh 12.9 o th quan he gia P - Momen uon ln nhat tai gia nhp c tnh:

    2cos

    1)( maxmax lEIP

    PeyePM =+= (12.30)

    Quan he maxM - P cho bi H.12.10. Khi P nho th PeM max , nhng khi P ln th maxM tang rat nhanh.

    T cac o th nay ta thay quan he P - va maxM - P phi tuyen. Trong thc te, tnh cot manh chu nen lech tam can thiet phai xet ac iem phi tuyen nay e am bao an toan.

    P th

    Mmax

    PHnh 12.10 Quan he gia Mmax - P

    Pe

    ng suat cc ai trong thanh:

    +=+=

    2cos

    11 2max

    max lEIPr

    ecAP

    IcM

    AP (12.31)

    vi: A - dien tch tiet dien thanh; r - ban knh quan tnh

    c - khoang cach t truc trung tam en mep xa nhat cua tiet dien. V ng suat phu thuoc phi tuyen vao tai trong nen kiem tra ben theo ng suat cho phep khong am bao an toan theo he so n d kien. Trong

  • http://www.ebook.edu.vn

    GV: Le c Thanh

    Chng 12: Uon ngang va uon doc ong thi 9

    trng hp nay, ngi ta dung ieu kien an toan theo tai trong nh phng trnh (12.10).

    BAI TAP CHNG 12

    12.1 Tnh ng suat nen ln nhat theo phng phap gan ung cua dam chu uon ngang va uon doc ong thi cho tren H.12.11.

    a)

    100

    2 m2 m

    q = 200 N/m

    P = 4 kN

    4 m

    1

    E = 103 kN/cm2

    100

    1

    1 - 1

    2 m2 m

    q = 3 kN/m

    P = 257 kN

    4 m

    1

    Po = 5 kN

    1

    1 1

    2C No20

    b)

    Hnh 12.11

    12.2 Cho dam chu lc nh tren H.12.9. Hay tnh ng suat phap ln nhat va he so an toan n neu [] = 24 kN/cm2 . Tnh o vong ln nhat.

    q = 0,5 kN/m

    2 mP = 4 kN

    E = 103 kN/cm2b)

    10 cm10 cm

    P1 = 1 kN20 cm

    P = 8 kN40 cm

    E = 2 x 104 kN/cm2

    1 m1 m

    a) Hnh 12.12

    12.3 Tnh cng o tai trong cho phep tac dung len dam AB nh tren H.12.10, biet he so an toan ve o ben n = 1,6. Dam AB bang thep so 3 co mat cat hnh ong vi ng knh trong d = 6 cm va ng knh ngoai D = 10 cm, vat lieu co [] = 24 kN/cm2, khi tnh bo qua trong lng cua dam.

    Kiem tra on nh cua dam neu lay ko = 2. Cho E = 2.104 kN/cm2.

    5 m

    60o

    q

    A B

    Hnh 12.13