background image

M

ETODA PRZEMIESZCZEN

Politechnika Poznańska Adam 

Łodygowski ®

1

O

BLICZANIE UKŁADÓW STATYCZNIE NIEWYZNACZALNYCH

METODĄ 

P

RZEMIESZCZEŃ

.

Zadana rama wygląda następująco:

0,008

0,006

EI

2

EI

2

EI

2

EI

1

EI

1

Dobieram schemat podstawowy i zapisuję układ równań kanonicznych:

EI

2

EI

2

EI

1

EI

1

EI

2

=

+

+

+

=

+

+

+

=

+

+

+

0

0

0

3

3

33

2

32

1

31

2

3

23

2

22

1

21

1

3

13

2

12

1

11

P

P

P

R

r

r

r

R

r

r

r

R

r

r

r

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

background image

M

ETODA PRZEMIESZCZEN

Politechnika Poznańska Adam 

Łodygowski ®

2

Przyjmuję współczynnik porównawczy sztywności:

[

]

[

]

[

]

0

1

2

2

0

2

2

2

1

487

,

0

5

,

8712

5

,

8712

5

,

4243

EI

EI

kNm

EI

EI

kNm

EI

kNm

EI

=

=

=

=

=

Równanie łańcucha kinematycznego dla przedstawienia obrotu cięciwy przez
przemieszczenie ∆:
015

0

0

6

0

15

15

01

=

=

+

ψ

ψ

ψ

510

0

0

6

0

10

10

15

=

=

+

ψ

ψ

ψ

43

6

6

34

43

=

=

ψ

ψ

51234

6

1

0

1

6

6

0

34

23

12

34

12

12

15

=

=

ψ

ψ

ψ

ψ

ψ

ψ

ψ

5123

=

=

=

+

72

35

72

37

1

1

0

12

23

12

12

51

ψ

ψ

ψ

ψ

ψ

Rysuję stany od zadanych jednostkowych przesunięć:

Stan 1: 

0

0

1

2

1

=

=

=

ϕ

ϕ

(

)

(

)

0

0

01

1

0

2

01

3

1

0

3

1

0

2

6

2

3

2

2

EI

EI

l

EI

M

=

+

=

+

=

ψ

ϕ

ϕ

(

)

(

)

0

0

01

0

1

2

10

3

2

0

3

0

1

2

6

2

3

2

2

EI

EI

l

EI

M

=

+

=

+

=

ψ

ϕ

ϕ

(

)

(

)

0

0

15

5

1

1

15

3247

,

0

0

3

0

1

2

6

487

,

0

2

3

2

2

EI

EI

l

EI

M

=

+

=

+

=

ψ

ϕ

ϕ

(

)

(

)

0

0

15

1

5

1

51

16235

,

0

0

3

1

0

2

6

487

,

0

2

3

2

2

EI

EI

l

EI

M

=

+

=

+

=

ψ

ϕ

ϕ

(

)

0

0

12

2

1

2

12

65759

,

0

0

72

35

3

0

1

2

37

2

3

2

2

EI

EI

l

EI

M

=

+

=

+

=

ψ

ϕ

ϕ

(

)

0

0

12

1

2

2

21

32879

,

0

0

72

35

3

1

0

2

37

2

3

2

2

EI

EI

l

EI

M

=

+

=

+

=

ψ

ϕ

ϕ

(

)

0

0

72

37

0

37

3

3

0

23

2

2

23

=

+

=

=

EI

l

EI

M

ψ

ϕ

0

32

=

M

0

34

=

M

(

)

0

0

6

1

0

37

3

3

0

43

4

2

43

=

=

=

EI

l

EI

M

ψ

ϕ

background image

M

ETODA PRZEMIESZCZEN

Politechnika Poznańska Adam 

Łodygowski ®

3

Wyznaczenie reakcji r

11

 i r

21

 z równowagi węzłów:

r

11 

= 1,64896 EI

r

21 

= 0,32879 EI

Reakcje r

31

 obliczę korzystając z równania pracy wirtualnej (obroty ψ ze strony 2):

(

)

(

)

0

72

35

32879

,

0

65759

,

0

0

32879

,

0

65759

,

0

0

31

12

0

31

=

+

+

=

+

+

EI

r

EI

r

ψ

r

31 

= -0,47949 EI

background image

M

ETODA PRZEMIESZCZEN

Politechnika Poznańska Adam 

Łodygowski ®

4

Stan 2: 

0

1

0

2

1

=

=

=

ϕ

ϕ

(

)

(

)

0

0

3

0

0

2

6

2

3

2

2

0

01

1

0

2

01

=

+

=

+

=

EI

l

EI

M

ψ

ϕ

ϕ

(

)

(

)

0

0

3

0

0

2

6

2

3

2

2

0

01

0

1

2

10

=

+

=

+

=

EI

l

EI

M

ψ

ϕ

ϕ

(

)

(

)

0

0

3

0

0

2

6

487

,

0

2

3

2

2

0

15

5

1

1

15

=

+

=

+

=

EI

l

EI

M

ψ

ϕ

ϕ

(

)

(

)

0

0

3

0

0

2

6

487

,

0

2

3

2

2

0

15

1

5

1

51

=

+

=

+

=

EI

l

EI

M

ψ

ϕ

ϕ

(

)

0

0

12

2

1

2

12

32879

,

0

0

72

35

3

1

0

2

37

2

3

2

2

EI

EI

l

EI

M

=

+

=

+

=

ψ

ϕ

ϕ

(

)

0

0

12

1

2

2

21

65759

,

0

0

72

35

3

0

1

2

37

2

3

2

2

EI

EI

l

EI

M

=

+

=

+

=

ψ

ϕ

ϕ

(

)

0

0

23

2

2

23

49319

,

0

0

72

37

1

37

3

3

EI

EI

l

EI

M

=

+

=

=

ψ

ϕ

0

32

=

M

0

34

=

M

(

)

0

0

6

1

0

37

3

3

0

43

4

2

43

=

=

=

EI

l

EI

M

ψ

ϕ

Wyznaczenie reakcji r

12

 i r

22

 z równowagi węzłów:

background image

M

ETODA PRZEMIESZCZEN

Politechnika Poznańska Adam 

Łodygowski ®

5

r

12 

= 0,32879 EI

r

22 

= 1,15078 EI

Reakcje r

32

 obliczę korzystając z równania pracy wirtualnej (obroty ψ ze strony 2):

(

)

(

)

0

72

37

49319

,

0

72

35

32879

,

0

65759

,

0

0

49319

,

0

32879

,

0

65759

,

0

0

0

32

23

0

12

0

32

=

−

+

+

+

=

+

+

+

EI

EI

r

EI

EI

r

ψ

ψ

r

32 

= -0,22604 EI

Stan 3: 

1

0

0

2

1

=

=

=

ϕ

ϕ

 

(obroty ψ ze strony 2):

(

)

(

)

0

0

3

0

0

2

6

2

3

2

2

0

01

1

0

2

01

=

+

=

+

=

EI

l

EI

M

ψ

ϕ

ϕ

(

)

(

)

0

0

3

0

0

2

6

2

3

2

2

0

01

0

1

2

10

=

+

=

+

=

EI

l

EI

M

ψ

ϕ

ϕ

(

)

(

)

0

0

3

0

0

2

6

487

,

0

2

3

2

2

0

15

5

1

1

15

=

+

=

+

=

EI

l

EI

M

ψ

ϕ

ϕ

(

)

(

)

0

0

3

0

0

2

6

487

,

0

2

3

2

2

0

15

1

5

1

51

=

+

=

+

=

EI

l

EI

M

ψ

ϕ

ϕ

(

)

0

0

12

2

1

2

12

47949

,

0

1

72

35

3

0

0

2

37

2

3

2

2

EI

EI

l

EI

M

=

+

=

+

=

ψ

ϕ

ϕ

(

)

0

0

12

1

2

2

21

47949

,

0

0

72

35

3

1

0

2

37

2

3

2

2

EI

EI

l

EI

M

=

+

=

+

=

ψ

ϕ

ϕ

(

)

0

0

23

2

2

23

25344

,

0

1

72

37

0

37

3

3

EI

EI

l

EI

M

=

+

=

=

ψ

ϕ

0

32

=

M

0

34

=

M

(

)

0

0

43

4

1

43

04003

,

0

1

6

1

0

37

487

,

0

3

3

EI

EI

l

EI

M

=

=

=

ψ

ϕ

background image

M

ETODA PRZEMIESZCZEN

Politechnika Poznańska Adam 

Łodygowski ®

6

Wyznaczenie reakcji r

13

 i r

23

 z równowagi węzłów (równoczesne sprawdzenie wcześniej

otrzymanych wyników, bo r

13 

= r

31

 a r

23 

= r

32

):

r

13 

= -0,47949 EI

r

23 

= -0,22604 EI

Reakcje r

33

 obliczę korzystając z równania pracy wirtualnej (obroty ψ ze strony 2):

(

)

(

)

0

6

1

04003

,

0

72

37

25344

,

0

72

35

47949

,

0

2

0

04003

,

0

25344

,

0

47949

,

0

2

0

0

33

34

23

0

12

0

33

=

−

+

=

+

EI

EI

r

EI

EI

r

ψ

ψ

ψ

r

33 

= 0,60308 EI

Stan P:

[ ]

kNm

l

q

M

12

12

6

4

12

2

2

01

=

=

=

[ ]

kNm

l

q

M

12

12

6

4

12

2

2

10

=

=

=

[ ]

kNm

M

0

15

=

[ ]

kNm

M

0

51

=

12

12

6

4

12

'

2

2

12

=

=

=

l

q

M

[ ]

kNm

l

q

M

12

12

6

4

12

'

2

2

21

=

=

=

[ ]

kNm

l

P

M

70258

,

5

37

5

16

3

16

3

23

=

=

=

[ ]

kNm

M

0

32

=

[ ]

kNm

M

0

34

=

(

)

[ ]

kNm

l

a

l

l

l

a

P

M

50625

,

0

3

2

2

3

3

3

43

=

=

background image

M

ETODA PRZEMIESZCZEN

Politechnika Poznańska Adam 

Łodygowski ®

7

M

P

0

 [kNm]

Wyznaczenie reakcji R

1p

 i R

2p

 z równowagi węzłów:

R

1p 

= 0 kNm

R

2p 

= 6,29742 kNm

Reakcje r

33

 obliczę korzystając z równania pracy wirtualnej (obroty ψ ze strony 2):

0

1

cos

5

sin

5

6

4

50652

,

0

70258

,

5

1

34

23

33

=

+

+

+

+

+

C

x

B

y

B

A

R

δ

δ

α

δ

α

δ

ψ

ψ

Równanie łańcucha kinematycznego:

01A

=

=

+

72

105

3

6

12

01

A

A

δ

δ

ψ

ψ

43B

=

=

+

72

99

3

1

32

43

y

B

y

B

δ

δ

ψ

ψ

43B

=

=

+

144

107

5

,

0

6

32

43

x

B

x

B

δ

δ

ψ

ψ

4C

=

=

6

5

5

43

C

C

δ

δ

ψ

R

3p 

= -43,35224 kNm

background image

M

ETODA PRZEMIESZCZEN

Politechnika Poznańska Adam 

Łodygowski ®

8

Obliczone współczynniki podstawiam do układu równań i obliczam przemieszczenia:

0

0

0

0

0

0

0

0

0

60308

,

0

22604

,

0

47949

,

0

22604

,

0

15078

,

1

32879

,

0

47949

,

0

32879

,

0

64896

,

1

EI

EI

EI

EI

EI

EI

EI

EI

EI

=

+

=

+

+

=

+

0

35224

,

43

60308

,

0

22604

,

0

47949

,

0

0

29742

,

6

22604

,

0

15078

,

1

32879

,

0

0

47949

,

0

32879

,

0

64896

,

1

3

0

2

0

1

0

3

0

2

0

1

0

3

0

2

0

1

0

EI

EI

EI

EI

EI

EI

EI

EI

EI

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

ϕ

Należy zwrócić uwagę, że współczynniki r

ik 

są mnożone przez EI a R

ip

 są policzone w [kNm].

Rozwiązanie układu równań daje wyniki:

φ

= 3.0447277255891052036*10

-3

φ

2

 = 6.4571122700114886147*10

-4

3

 = 1.0913549030664077772*10

-2

Korzystając ze wzoru superpozycyjnego rysuję końcowy wykres momentów:

3

3

2

2

1

1

0

+

+

+

=

M

M

M

M

M

P

n

P

ϕ

ϕ

M

P

n

 [kNm]

background image

M

ETODA PRZEMIESZCZEN

Politechnika Poznańska Adam 

Łodygowski ®

9

Obliczenie wartości sił tnących:

background image

M

ETODA PRZEMIESZCZEN

Politechnika Poznańska Adam 

Łodygowski ®

10

Obliczenie siły normalnej z równowagi węzłów:

Sprawdzenie węzła 2 po osi 

0012

,

0

=

y

T [kN]

N [kN]