background image

Wyznaczanie reakcji w ramie statycznie wyznaczalnej przy 

użyciu zasady prac wirtualnych 

 
Zadanie 

Korzystając z zasady prac wirtualnych wyznacz reakcje w ramie podanej na rysunku 1. 
  

 

                   Rys.1 
 

Rama jest złożona z trzech tarcz połączonych przegubami D i C.  

Wyznaczenie każdej reakcji oznacza rozwiązanie osobnego zadania. 
 

1.  Wyznaczanie reakcji V

A

 

 

Podporę przegubową w punkcie A zastępujemy podporą przegubowo przesuwną z przesuwem 

pionowym. Do układu sił czynnych dodajemy reakcję V

A

 (rys. 2) 

         

 

 
                                 Rys.2                                                      Rys.3 

Wyznaczanie przemieszczeń wirtualnych (prędkości możliwych) układu  (rys.3). 

background image

• 

Analizę możliwych prędkości układu zaczynamy od tarczy III (najbardziej podpartej)  
która jest nieruchoma. 

•  Nieruchomy przegub D jest 

środkiem chwilowego obrotu tarczy II. 

• 

Przyjmujemy prędkość kątową tego obrotu jako 

δ

ω

2

2

=

 (jednostka 





m

δ

- na rysunku 

zaznaczona bez jednostek). 

•  Przy pomocy 

2

ω

 wyznaczamy przemieszczenia 

wirtualne punktów bryły II (także 

przegubu C). 

• 

Znając kierunek prędkości przegubu C oraz podpory A wyznaczamy środek chwilowego 
obrotu tarczy I. 

• 

Wyznaczamy prędkość kątową 

m

m

C

O

C

δ

δ

ω

3

2

6

v

1

1

=

=

=

 zwrot przyjmujemy tak aby przy 

obrocie wokół O

1

 

zgadzał się zwrot prędkości 

C

v . 

• 

Prędkość kątowa 

1

ω

 

pozwala wyznaczyć przemieszczenia wirtualne punktów tarczy I.  

 

Zapisujemy zasadę prac wirtualnych dla układu: 

(

)

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

=

+

+

+

=

+

+

+

=

=

   

0

18

18

12

6

3

6

3

6

3

4

6

kN

kN

kN

V

kN

m

kNm

kN

V

F

L

A

A

i

i

 

kN

V

kN

kN

kN

V

A

A

8

0

18

18

12

6

=

=

+

+

+

 

 
 

2.  Wyznaczanie reakcji H

A

 

 

Podporę przegubową w punkcie A zastępujemy podporą przegubowo przesuwną z przesuwem 

poziomym. Do układu sił czynnych dodajemy reakcję H

A

 (rys. 4). 

 

   

 

 
                            Rys. 4                                                                 Rys.5 
 

Wyznaczanie przemieszczeń wirtualnych (prędkości możliwych) układu  (rys.5). 

background image

• 

Analizę możliwych prędkości układu zaczynamy od tarczy III która jest nieruchoma. 

• 

Nieruchomy przegub D jest środkiem chwilowego obrotu tarczy II. 

• 

Przyjmujemy prędkość kątową tego obrotu jako 

m

δ

ω

2

2

=

  

•  Przy pomocy 

2

ω

 

wyznaczamy przemieszczenia wirtualne punktów bryły II (także 

przegubu C). 

• 

Znając kierunek prędkości przegubu C oraz podpory A wyznaczamy środek chwilowego 

obrotu tarczy I ( leży on w nieskończoności – bryła I porusza się poprzez poziomą 

translację). 

• 

Wszystkie punkty bryły I mają takie same przemieszczenia wirtualne jak punkt C. 

 

Zapisujemy zasadę prac wirtualnych dla układu: 

(

)

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

=

+

+

=

+

+

+

=

=

   

0

18

24

6

3

6

0

6

6

4

6

kN

kN

H

kN

m

kNm

kN

H

F

L

A

A

i

i

 

kN

H

kN

kN

H

A

A

7

0

18

24

6

=

=

+

+

 

 
 
 
 
 

3.  Wyznaczanie reakcji H

B

 

 

Utwierdzenie w punkcie B zastępujemy utwierdzeniem z przesuwem poziomym. Do układu sił 
czynnych dodajem

y reakcję H

B

 (rys. 6). 

 

      

 

 
                   Rys. 6                                                                  Rys.7 
 
 

Wyznaczanie przemieszczeń wirtualnych (prędkości możliwych) układu  (rys.7). 

• 

Analizę możliwych prędkości układu zaczynamy od tarczy III która porusza się przez 

poziomą translację. Przyjmujemy przemieszczenia wirtualne wszystkich punktów tej tarczy 
jako 

δ

6

 .  

background image

• 

Środek chwilowego obrotu tarczy II musi leżeć na prostej pionowej przechodzącej przez 
punkt D. Jedn

ocześnie, (ponieważ środek  obrotu tarczy I leży w podporze A) środek 

obrotu tarczy II musi 

leżeć na prostej AC. Te dwie proste przecinają się w punkcie C który 

jest środkiem chwilowego obrotu tarczy II. 

• 

Wyznaczamy prędkość kątową 

m

m

D

O

D

δ

δ

ω

2

3

6

v

2

2

=

=

=

, zwrot przyjmujemy tak aby przy 

obrocie wokół O

2

 

zgadzał się zwrot prędkości 

D

v . 

• 

Prędkość kątowa 

2

ω

 

pozwala wyznaczyć przemieszczenia wirtualne punktów tarczy II.  

•  Tarcza I jest nieruchoma pon

ieważ ma dwa nieruchome punkty A i C. 

 

Zapisujemy zasadę prac wirtualnych dla układu: 

(

)

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

=

+

+

=

+

+

=

=

   

0

18

24

6

3

6

6

4

6

kN

kN

H

kN

kN

H

F

L

B

B

i

i

 

kN

H

kN

kN

H

B

B

7

0

18

24

6

=

=

+

+

 

 

 
4.  Wyznaczanie reakcji V

B

 

 

Utwierdzenie w punkcie B zastępujemy utwierdzeniem z przesuwem pionowym. Do układu sił 

czynnych dodajemy reakcję V

B

 (rys. 8). 

 

      

   

 

 
                   Rys. 8                                                                  Rys.9 
 

Wyznaczanie przemieszczeń wirtualnych (prędkości możliwych) układu  (rys.9). 

• 

Analizę możliwych prędkości układu zaczynamy od tarczy III która porusza się przez 

pionową translację. Przyjmujemy przemieszczenia wirtualne wszystkich punktów tej tarczy 
jako 

δ

6

 .  

• 

Środek chwilowego obrotu tarczy II musi leżeć na prostej poziomej przechodzącej przez 

punkt D. Jednocześnie, (ponieważ środek  obrotu tarczy I leży w podporze A) środek 
obrotu tarczy II musi 

leżeć na prostej AC. Te dwie proste przecinają się w punkcie O

2

 który 

jest środkiem chwilowego obrotu tarczy II. 

background image

• 

Wyznaczamy prędkość kątową 

m

m

D

O

D

δ

δ

ω

2

3

6

v

2

2

=

=

=

, zwrot przyjmujemy tak aby przy 

obrocie wokół O

2

 

zgadzał się zwrot prędkości 

D

v . 

• 

Prędkość kątowa 

2

ω

 

pozwala wyznaczyć przemieszczenia wirtualne punktów tarczy II ( w 

tym przegubu C).  

• 

Tarcza I obraca się wokół punktu A. Wyznaczamy jej  prędkość kątową 

m

m

C

O

C

O

X

CY

C

δ

δ

ω

3

2

6

)

(

v

v

1

1

1

=

=

=

=

, zwrot przyjmujemy tak aby przy obrocie wokół O

1

 

zgadzał się zwrot prędkości 

C

v . 

 

Zapisujemy zasadę prac wirtualnych dla układu: 

(

)

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

=

=

=

=

=

   

0

18

12

18

24

6

3

6

3

4

3

6

6

4

6

kN

kN

kN

kN

V

m

kNm

kN

kN

kN

V

F

L

B

B

i

i

 

kN

V

kN

kN

kN

kN

V

B

B

12

0

18

12

18

24

6

=

=

 

 

5.  Wyznaczanie momentu M

B

 

 
Utwierdzenie w pun

kcie B zastępujemy podporą przegubową. Do układu sił czynnych dodajemy 

moment utwierdzenia M

B

 (rys. 10). 

 

         

  

 

 
                   Rys. 10                                                                 Rys.11 
 

Wyznaczanie przemieszczeń wirtualnych (prędkości możliwych) układu  (rys.11). 

• 

Analizę możliwych prędkości układu zaczynamy od tarczy III która obraca się wokół 

przegubu B. Przyjmujemy 

prędkość kątową tej tarczy jako 

m

δ

ω

6

3

=

 .  

background image

• 

Środek chwilowego obrotu tarczy II musi leżeć na prostej BD. Jednocześnie, (ponieważ 

środek  obrotu tarczy I leży w podporze A) środek obrotu tarczy II musi leżeć na prostej 
AC. Te dwie proste przecina

ją się w punkcie O

2

 

który jest środkiem chwilowego obrotu 

tarczy II. 

• 

Wyznaczamy prędkość kątową 

m

m

D

O

D

O

Y

DX

D

δ

δ

ω

2

6

12

)

(

v

v

2

2

2

=

=

=

=

, zwrot przyjmujemy tak 

aby przy obrocie wokół O

2

 

zgadzał się zwrot prędkości 

D

v . 

• 

Prędkość kątowa 

2

ω

 

pozwala wyznaczyć przemieszczenia wirtualne punktów tarczy II ( w 

tym przegubu C).  

• 

Tarcza I obraca się wokół punktu A. Wyznaczamy jej  prędkość kątową 

m

m

C

O

C

O

Y

CX

C

δ

δ

ω

3

2

6

)

(

v

v

1

1

1

=

=

=

=

, zwrot przyjmujemy tak aby przy obrocie wokół O

1

 

zgadzał się zwrot prędkości 

C

v . 

 

Zapisujemy zasadę prac wirtualnych dla układu: 

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

δ

=

+

+

+

+

+

=

=

+

+

+

+

+

=

=

   

0

18

12

54

72

24

6

3

6

3

4

9

6

18

4

6

4

6

kN

kN

kN

kN

kN

m

M

m

kNm

kN

kN

kN

kN

m

M

F

L

B

B

i

i

 

kNm

M

kN

kN

kN

kN

kN

m

M

B

B

30

0

18

12

54

72

24

6

=

=

+

+

+

+

+

 

 
 

 
 
 
 
 
 
 
 

Zadania do samodzielnego rozwiązania: 
 

Korzystając z zasady prac wirtualnych wyznacz reakcje podpór w zadaniach: 
Zadanie 1 z pliku ‘zadania z reakcji 1.pdf’, 
Zadania 1  i 2 z pliku ‘zadania z reakcji 2.pdf’.