Razvrstitev obremenitev in konstrukcijskih elementov. Razvrstitev obremenitev in konstrukcijskih elementov Vijaki in spoji za posebne namene

Razvrstitev bremen.

Statistični obremenitev (slika 18.2 A) se sčasoma ne spreminjajo ali pa se spreminjajo zelo počasi. Pri statističnih obremenitvah se izvedejo izračuni trdnosti.

Ponovne spremenljivke obremenitve (slika 18.26) večkrat spremenijo vrednost ali vrednost in predznak. Delovanje takih obremenitev povzroči utrujenost kovine.

Dinamično obremenitve (slika 18.2c) spremenijo svojo vrednost v kratkem času, povzročajo velike pospeške in vztrajnostne sile ter lahko povzročijo nenadno uničenje konstrukcije.

Iz teoretične mehanike je znano, da glede na način delovanja obremenitev lahko pride do osredotočen oz razdeljen Na površini.

V resnici se prenos obremenitve med deli ne zgodi na točki, ampak na določenem območju, to pomeni, da se obremenitev porazdeli.

Če pa je kontaktna površina zanemarljivo majhna v primerjavi z dimenzijami dela, velja, da je sila koncentrirana.

Pri izračunu realnih deformabilnih teles v upornosti materialov porazdeljene obremenitve ni treba nadomestiti s koncentrirano.

Aksiomi teoretične mehanike v trdnosti materialov se uporabljajo v omejenem obsegu.

Ne morete prenesti para sil na drugo točko na delu, premakniti zgoščene sile vzdolž premice delovanja in ne morete zamenjati sistema sil z rezultanto pri določanju pomikov. Vse našteto spremeni razporeditev notranjih sil v konstrukciji.

Oblike konstrukcijskih elementov

Vsa raznolikost oblik je zmanjšana na tri vrste na podlagi ene značilnosti.

1. Žarek- vsako telo, katerega dolžina je bistveno večja od drugih dimenzij.

Glede na obliko vzdolžne osi in prerezov ločimo več vrst nosilcev:

Ravni trajni žarek prečni prerez(slika 18.3a);

Ravni stopničasti žarek (slika 18.35);

Ukrivljeni žarek (slika 18.Sv).

2. Plošča- vsako telo, katerega debelina je bistveno manjša od drugih dimenzij (slika 18.4).

3. Niz- telo, ki ima tri velikosti istega reda.

Kontrolna vprašanja in naloge

1. Kaj imenujemo trdnost, togost, stabilnost?

2. Po kakšnem principu so obremenitve razvrščene v odpornost materialov? Kakšne vrste poškodb povzročajo ponavljajoče se spremenljive obremenitve?

4. Katero telo imenujemo žarek? Narišite poljubni nosilec in označite os nosilca in njegov prerez. Katera telesa imenujemo plošče?

5. Kaj je deformacija? Katere deformacije imenujemo elastične?

6. Pri katerih deformacijah je izpolnjen Hookov zakon? Formulirajte Hookov zakon.

7. Kakšno je načelo začetnih velikosti?

8. Kakšna je predpostavka zvezne strukture materialov? Razloži predpostavko o homogenosti in izotropnosti materialov.

PREDAVANJE 19

Tema 2.1. Temeljne določbe. Zunanje in notranje obremenitve, metoda preseka

Poznati metodo prerezov, faktorje notranjih sil, komponente napetosti.

Znati določiti vrste obremenitev in faktorje notranjih sil v prerezih.

Konstrukcijski elementi med obratovanjem doživljajo zunanji vpliv, ki ga ocenjujemo z velikostjo zunanje sile. Zunanje sile vključujejo aktivne sile in reakcije podpor.

Pod vplivom zunanjih sil se deli razvijejo notranje sile elastičnost, s čimer želi telesu povrniti prvotno obliko in velikost.

Zunanje sile je treba določiti z metodami teoretične mehanike, notranje sile pa z glavno metodo trdnosti materialov - metodo presekov.

Pri uporu materialov so telesa obravnavana v ravnovesju. Za reševanje problemov se uporabljajo ravnotežne enačbe, pridobljene v teoretični mehaniki za telo v prostoru.

Uporabljen je koordinatni sistem, povezan s telesom. Pogosteje je označena vzdolžna os dela z, je izhodišče koordinat poravnano z levim robom in postavljeno v težišče odseka.

Metoda odseka

Metoda prerezov je sestavljena iz mentalnega seciranja telesa z ravnino in upoštevanja ravnovesja katerega koli od odrezanih delov.

Če je celotno telo v ravnovesju, potem je pod vplivom zunanjih in notranjih sil v ravnovesju vsak njegov del. Notranje sile se določijo iz ravnotežnih enačb, sestavljenih za zadevni del telesa.

Telo razrežemo po ravnini (slika 19.1). Poglejmo desno stran. Nanj delujejo zunanje sile F 4; F 5 ; F 6 in notranje elastične sile q do, razdeljen po odseku. Sistem porazdeljenih sil lahko nadomestimo z glavnim vektorjem Ro , postavljen v težišče preseka, in skupni moment sil.

Glavna točka Prav tako je običajno, da jih predstavljamo v obliki momentov parov sil v treh projekcijskih ravninah:

M x- navor glede na Oh;moj moj - navor glede na Oj, M z - navor glede na Oz.

Nastale komponente prožnostnih sil imenujemo notranji faktorji moči. Vsak od notranjih dejavnikov sile povzroči določeno deformacijo dela. Notranji faktorji sile uravnavajo zunanje sile, ki delujejo na ta element dela. Z uporabo šestih ravnotežnih enačb lahko dobimo velikost faktorjev notranje sile:

Iz zgornjih enačb sledi:

N z - vzdolžna sila, Oz zunanje sile, ki delujejo na odrezani del žarka; povzroča napetost ali stiskanje;

Q x - strižna sila, enaka algebraični vsoti projekcij na os Oh

Q y - strižna sila, enaka algebraični vsoti projekcij na os OU zunanje sile, ki delujejo na odrezan del;

sili Q x in Q y povzročita strig preseka;

M z - navor, enaka algebraični vsoti momentov zunanjih sil glede na vzdolžno os Oz-, povzroči zasuk nosilca;

M x - upogibni moment, enaka algebraični vsoti momentov zunanjih sil glede na os hladilne tekočine;

M y - upogibni moment, enaka algebraični vsoti momentov zunanjih sil glede na os Oy.

Momenta M x in M ​​y povzročita, da se žarek upogne v ustrezni ravnini.

Napetosti

Metoda odseka vam omogoča, da določite vrednost faktorja notranje sile v odseku, vendar ne omogoča določitve zakona porazdelitve notranjih sil po odseku. Za oceno trdnosti je treba določiti velikost sile na kateri koli točki prečnega prereza.

Imenuje se intenzivnost notranjih sil v točki prečnega prereza mehanski stres. Napetost označuje količino notranje sile na enoto površine prečnega prereza.

Razmislite o nosilcu, na katerega deluje zunanja obremenitev (slika 19.2). Z uporabo metoda odseka prerežemo žarek s prečno ravnino, levi del zavržemo in upoštevamo ravnovesje preostalega desnega dela. Izberite majhno območje na rezalni ravnini ΔA. Na tem območju delujejo nastale notranje elastične sile.

Smer napetosti p povpr sovpada s smerjo notranje sile v tem odseku.

Vektor p povpr klical polna napetost. Običajno ga razgradimo na dva vektorja (slika 19.3): τ - leži v območju odseka in σ - usmerjen pravokotno na mesto.

Če vektor ρ - prostorsko, potem je razdeljen na tri komponente:

Osnovni pojmi tehnične mehanike

Sodobna proizvodnja, ki ga opredeljuje visoka mehanizacija in avtomatizacija, ponuja uporabo velikega števila različnih strojev, mehanizmov, instrumentov in drugih naprav. . Načrtovanje, izdelava in delovanje strojev je nemogoče brez znanja s področja mehanike.

Tehnična mehanika – disciplina, ki vključuje osnovne strojne discipline: teoretična mehanika, trdnost materialov, teorija strojev in mehanizmov, strojni deli in osnove konstruiranja.

Glavne naloge v tehnologiji so zagotoviti trdnost, togost, trajnost inženirske konstrukcije, strojni deli in naprave.

Odpornost materialov je veda, ki proučuje principe in metode izračuna trdnosti, togosti in stabilnosti.

Moč je sposobnost konstrukcije, da prenese zunanje obremenitve v določenih mejah brez uničenja.

Togost- to je sposobnost konstrukcije, da v določenih mejah zazna delovanje zunanjih obremenitev brez sprememb geometrijske dimenzije(brez deformacije).

Trajnost- to je sposobnost konstrukcije, da ohrani svojo obliko in ravnovesje v obremenjenem stanju, pa tudi, da neodvisno obnovi svoje prvotno stanje, potem ko je bilo določeno odstopanje od ravnotežnega stanja.

Poleg zgornjih zahtev mora biti zasnova ekonomična, njegova teža in dimenzije morajo biti minimalne. Da bi to naredili, mora imeti racionalno obliko in velikost.

Razvrstitev obremenitev

Obstajajo zunanje in notranje sile ter momenti sil.

Z zunanjimi silami(p) so sile, ki delujejo na točke (telesa) danega sistema iz materialnih točk (teles), ki temu sistemu ne pripadajo. Zunanje sile (obremenitve) so aktivne sile in sklopne reakcije.

Z notranjimi silami(Q) imenujemo sile interakcije med točkami (telesi) danega sistema. Delujejo tudi v odsotnosti zunanjih obremenitev. Ko zunanje sile delujejo na telo, dodatne notranje sile spremljajoča deformacija. Te sile se upirajo težnji zunanjih sil, da spremenijo obliko telesa ali ločijo en del od drugega. Preučevali bomo samo dodatne notranje sile.

Glede na način uporabe so obremenitve razdeljene na:

1) volumetrični– porazdeljen po celotnem volumnu telesa in deluje na vsakega od njegovih delcev (lastna teža strukture, magnetne interakcijske sile);

2) površno– nanašajo se na površine in karakterizirajo neposredno kontaktna interakcija predmet z okoliškimi telesi:

A) koncentrirano(P 1) – obremenitve, ki delujejo na ploščad, katere dimenzije so majhne v primerjavi z dimenzijami samega konstrukcijskega elementa (pritisk obroča kolesa na tirnico);

b) razdeljen(P2)– obremenitve, ki delujejo vzdolž ploščadi (ali dolžine), katerih dimenzije niso majhne v primerjavi z dimenzijami samega konstrukcijskega elementa (gosenice traktorja pritiskajo na nosilec mostu).

Za porazdeljene obremenitve je značilna intenzivnost q [N/m] ali [ N/m 2]. če q – intenzivnost obremenitve, porazdeljene vzdolž elementa dolžine a, To

če q – const, ga lahko vzamemo iz predznaka integrala, potem dobimo:

P2 = q ∙ a.

Obremenitve so lahko stalne ali začasne. Trajna delovati vedno ali dovolj dolgo (na primer lastna teža konstrukcije). Začasno delujejo epizodično (na primer pritisk vetra).

Glede na naravo obremenitve jih delimo na:

1.statična– nanaša se počasi, narašča od nič do končne vrednosti in se ne spreminja;

2.dinamično– spremenijo velikost ali smer v kratkem času in jih spremlja pojav pospeškov strukturnih elementov. Tej vključujejo:

A) nenadoma obremenitve – ukrepajte takoj s polno močjo (kolo lokomotive, ki vozi na most) ,

b) bobni obremenitve – delujejo kratkotrajno (dizelsko kladivo),

V) ciklično obremenitve – delujejo občasno (obremenitev zob zobnika).

Zunanje sile pri trdnosti materialov delimo na aktivna in reaktiven(reakcije povezave). Obremenitve so aktivne zunanje sile.

Obremenitve glede na način uporabe

Glede na način uporabe so obremenitve lahko volumetrične (lastna teža, vztrajnostne sile), ki delujejo na vsak neskončno majhen element prostornine, in površinske. Površinske obremenitve se delijo na koncentrirane obremenitve in porazdeljene obremenitve.

Porazdeljene obremenitve za katerega je značilen tlak - razmerje sile, ki deluje na površinski element, ki je normalen nanj, na območje tega elementa in je izraženo v Mednarodni sistem enote (SI) v paskalih, megapaskalih (1 PA = 1 N/m2; 1 MPa = 106 Pa) itd. in v tehnični sistem– v kilogramih sile na kvadratni milimeter itd. (kgf/mm2, kgf/cm2).

V kompromisnih materialih se pogosto upoštevajo površinske obremenitve, porazdeljen po dolžini konstrukcijskega elementa. Za takšne obremenitve je značilna intenzivnost, običajno označena s q in izražena v newtonih na meter (N/m, kN/m) ali v kilogramih sile na meter (kgf/m, kgf/cm) itd.

Obremenitve glede na naravo sprememb skozi čas

Glede na naravo sprememb skozi čas jih ločimo statične obremenitve- počasi narašča od nič do končne vrednosti in se nato ne spreminja; in dinamične obremenitve povzročajo velike

Kot kaže praksa, tema zbiranja obremenitev sproža največ vprašanj med mladimi inženirji, ki začenjajo svoje delo poklicna dejavnost. V tem članku želim razmisliti, kaj so stalne in začasne obremenitve, kako se dolgotrajne obremenitve razlikujejo od kratkotrajnih in zakaj je tako ločevanje potrebno itd.

Razvrstitev obremenitev po trajanju delovanja.

Glede na trajanje delovanja delimo obremenitve in vplive na trajno in začasno . Začasno obremenitve delijo na dolgoročno, kratkoročno in poseben.

Kot že ime pove, stalne obremenitve velja skozi celotno obdobje delovanja. Žive obremenitve pojavijo v določenih obdobjih gradnje ali delovanja.

vključujejo: lastno težo nosilnih in ograjnih konstrukcij, težo in pritisk tal. Če se v projektu uporabljajo montažne konstrukcije (prečke, plošče, bloki itd.), Se standardna vrednost njihove teže določi na podlagi standardov, delovnih risb ali podatkov o potnem listu proizvodnih obratov. V drugih primerih se teža konstrukcij in tal določi iz projektnih podatkov na podlagi njihovih geometrijskih dimenzij kot zmnožek njihove gostote ρ in prostornine V ob upoštevanju njihove vlažnosti v pogojih gradnje in delovanja konstrukcij.

Približne gostote nekaterih osnovnih materialov so podane v tabeli. 1. Približne teže nekaterih valjanih in zaključna gradiva so podane v tabeli. 2.

Tabela 1

Gostota osnovnih gradbenih materialov

Material	Gostota, ρ, kg/m3
Beton: - težka - celični	2400 400-600
Gramoz	1800
Drevo	500
Armirani beton	2500
Ekspandirani glineni beton	1000-1400
Zidanje s težko malto: - iz polne keramične opeke - iz votlih keramičnih zidakov	1800 1300-1400
Marmor	2600
Gradbeni odpadki	1200
Rečni pesek	1500-1800
Cementno-peščena malta	1800-2000
Toplotnoizolacijske plošče iz mineralne volne: - ni podvržen obremenitvi — za toplotno izolacijo armiranobetonskih oblog — v sistemih prezračevanih fasad — za toplotno izolacijo zunanjih sten z ometanjem	35-45 160-190 90 145-180
Mavec	1200

tabela 2

Teža valjanih in zaključnih materialov

Material	Teža, kg/m2
Bitumenske skodle	8-10
Mavčnokartonska plošča debeline 12,5 mm	10
Keramične ploščice	40-51
Laminat debeline 10 mm	8
Kovinske ploščice	5
Hrastov parket: — debeline 15 mm — debelina 18 mm — debelina 22 mm	11 13 15,5
Rolo kritina (1 sloj)	4-5
Sendvič strešna plošča: — debelina 50 mm — debelina 100 mm — debelina 150 mm — debelina 200 mm — debelina 250 mm	16 23 29 33 38
Vezan les: — debelina 10 mm — debeline 15 mm — debeline 20 mm	7 10,5 14

Žive obremenitve se delijo na dolgoročno, kratkoročno in posebno.

nanašati:

— obremenitev ljudi, pohištva, živali, opreme na tleh stanovanjskih, javnih in kmetijskih zgradb z znižanimi standardnimi vrednostmi;

— obremenitve vozil z zmanjšanimi standardnimi vrednostmi;

— teža začasnih predelnih sten, injekcijskih mas in temeljev za opremo;

— snežne obremenitve z znižanimi standardnimi vrednostmi;

— teža stacionarne opreme (stroji, motorji, posode, cevovodi, tekočine in trdne snovi, oprema za polnjenje);

— tlak plinov, tekočin in zrnatih teles v posodah in cevovodih, nadtlak in redčenje zraka, ki nastane pri prezračevanju rudnikov;

— obremenitve tal zaradi skladiščenega materiala in regalne opreme v skladiščih, hladilnicah, kaščah, knjigarnah, arhivih podobnih prostorov;

— temperaturni tehnološki vplivi stacionarne opreme;

— teža vodne plasti na napolnjeni z vodo ravne obloge;

— navpične obremenitve mostnih in mostnih žerjavov z zmanjšano standardno vrednostjo, določene tako, da se polna standardna vrednost navpične obremenitve enega žerjava v vsakem razponu stavbe pomnoži s koeficientom:

0,5 - za skupine načinov delovanja žerjavov 4K-6K;

0,6 - za skupino načina delovanja žerjava 7K;

0,7 - za skupino načinov delovanja žerjava 8K.

Skupine načinov žerjava so sprejete v skladu z GOST 25546.

nanašati:

— teža ljudi, materiala za popravilo v prostorih za vzdrževanje in popravilo opreme s polnimi standardnimi vrednostmi;

— obremenitve vozil s polnimi standardnimi vrednostmi;

— snežne obremenitve s polnimi standardnimi vrednostmi;

— obremenitve vetra in ledu;

— obremenitve opreme, ki nastanejo v zagonskih, prehodnih in preskusnih načinih, pa tudi med preureditvijo ali zamenjavo;

— temperaturni podnebni vplivi s polno standardno vrednostjo;

- obremenitve premičnih dvižnih in transportnih naprav (viličarji, električna vozila, viličarji, dvigala ter mostni in mostni žerjavi s polnimi standardnimi vrednostmi).

nanašati:

— potresni vplivi;

— eksplozivni učinki;

- obremenitve zaradi nenadnih motenj tehnološki proces, začasna okvara ali okvara opreme;

- vplivi zaradi deformacij podlage, ki jih spremlja radikalna sprememba strukture tal (pri namakanju ugreznih tal) ali njihovo posedanje na območjih rudarjenja in krasa.

Stalne obremenitve.(q) Glede na trajanje delovanja delimo obremenitve na stalne in začasne. Stalne obremenitve so teža nosilnih in ograjenih konstrukcij zgradb in objektov, teža in pritisk tal, učinek prednapenjanja armiranobetonskih konstrukcij.

Začasne obremenitve. Dolgotrajne obremenitve (P) . Sem sodijo: teža stacionarne opreme na tleh – strojev, aparatov, motorjev, kontejnerjev itd.; tlak plinov, tekočin, zrnatih teles v posodah; težo določene vsebine v skladiščih, hladilnicah, arhivih, knjižnicah in podobnih zgradbah in objektih; določeno s standardi del začasne obremenitve v stanovanjskih stavbah, pisarniških in domačih prostorih; dolgoročni temperaturni tehnološki učinki stacionarne opreme; obremenitve enega visečega ali enega mostnega žerjava, pomnožene s koeficienti: 0,5, 0,6...odvisno od tipa dvigala

Kratkotrajne obremenitve.(S) Sem spadajo: teža ljudi, delov, materialov na območjih vzdrževanja in popravil opreme - prehodi in druga območja brez opreme; del obremenitve na tleh stanovanjskih in javnih zgradb; obremenitve, ki nastanejo med izdelavo, prevozom in montažo konstrukcijskih elementov; obremenitve mostnih in mostnih žerjavov, ki se uporabljajo pri gradnji ali obratovanju zgradb in objektov; obremenitve snega in vetra; temperaturni podnebni vplivi.

Posebne obremenitve. Ti vključujejo: seizmične in eksplozivne učinke; obremenitve zaradi okvare ali okvare opreme in nenadne motnje tehnološkega procesa (na primer močno zvišanje ali znižanje temperature itd.); učinki neenakomernih deformacij podlage, ki jih spremlja radikalna sprememba strukture tal (na primer deformacija ugreznih tal med namakanjem ali permafrostnih tal med odmrzovanjem) itd.

Standardne obremenitve. Določeni so s standardi ali nominalnimi vrednostmi. Standardne stalne obremenitve se vzamejo na podlagi projektiranih vrednosti geometrijskih in konstrukcijskih parametrov ter na podlagi povprečnih vrednosti gostote. Standardne začasne tehnološke in instalacijske obremenitve so določene po najvišje vrednosti namenjeno normalni uporabi; sneg in veter - glede na povprečje letnih neugodnih vrednosti ali glede na neugodne vrednosti, ki ustrezajo določenemu povprečnemu obdobju njihovega ponavljanja.

Projektne obremenitve. Njihove vrednosti pri izračunu konstrukcij za trdnost in stabilnost se določijo tako, da se standardna obremenitev pomnoži s faktorjem varnosti obremenitve γf, običajno večji od enote Faktor zanesljivosti pod vplivom teže betonskih in armiranobetonskih konstrukcij γ f -1>1. Sprejet je koeficient zanesljivosti pod vplivom teže konstrukcij, ki se uporablja pri izračunu stabilnosti položaja pred lebdenjem, prevrnitvijo in drsenjem, pa tudi v drugih primerih, ko zmanjšanje mase poslabša pogoje delovanja konstrukcije. γ f=0,9. Pri izračunu konstrukcij v fazi gradnje se izračunane kratkotrajne obremenitve pomnožijo s faktorjem 0,8. Pri izračunu konstrukcij na podlagi deformacij in premikov (v skladu z drugo skupino mejnih stanj) so projektne obremenitve enake standardnim vrednostim s koeficientom γt = 1.

Kombinacija obremenitev. Konstrukcije morajo biti projektirane za različne kombinacije obremenitev oziroma ustreznih sil, če se izračun izvaja po shemi neelastičnega stanja. Glede na sestavo upoštevanih obremenitev ločimo naslednje: osnovne kombinacije, vključno s stalnimi, dolgotrajnimi in kratkotrajnimi obremenitvami ali silami iz njih; posebne kombinacije, vključno s stalno, dolgotrajno, morebitno kratkotrajno in eno od posebnih obremenitev ali naporov iz njih.

V glavnih kombinacijah se ob upoštevanju vsaj dveh začasnih obremenitev njihove izračunane vrednosti (ali ustrezni napori) pomnožijo s koeficienti kombinacije, ki so enaki: za dolgotrajne obremenitve f1 = 0,95; za kratkoročno f2=0,9. Ob upoštevanju ene začasne obremenitve je f1 = f2 = l. Pri upoštevanju treh ali več kratkotrajnih obremenitev standardi dovoljujejo, da se njihove izračunane vrednosti pomnožijo s koeficienti kombinacije: f 2 =l- za prvo najpomembnejšo kratkotrajno obremenitev; f 2 = 0,8 - za drugo; f2 = 0,6 - za ostalo.

V posebnih kombinacijah za dolgotrajne obremenitve f1 = 0,95, za kratkotrajne obremenitve f 2 = 0,8, razen v primerih, določenih v standardih za projektiranje stavb in objektov na potresnih območjih.