Opracował: dr inż. Mariusz Leus T: Równania różniczkowe linii ugięcia belki – metoda Clebscha Zadanie 1.

Dla belki podpartej i obciążonej jak na rys. wyznaczyć ugięcie w punkcie C i kąt obrotu w punkcie D.

Dane: a, q, M = qa 2, P = 2 qa, EJ = const Szukane: y

; Θ

D = ?

C = ?

1. Równania równowagi

1

1) ∑ M = 0 ;

2

qa + M − R

;

B ⋅ 2 a + P ⋅ 3 a = 0

A

2

1

15

3

2

2

qa + qa − R

;

2

R ⋅ 2 a =

qa ; R = 3

qa

B ⋅ 2 a + 2 qa ⋅ 3 a = 0

2

B

2

B

4

3

2) ∑ M = 0 ;

2

− qa + M + R

;

A ⋅ 2 a + P ⋅ a = 0

B

2

3

3

3

2

2

− qa + qa + R

;

2

R ⋅ 2 a = −

qa ; R = −

qa

A ⋅ 2 a + 2 qa ⋅ a = 0

2

A

2

A

4

Sprawdzenie:

3

3

∑ F = R

A + RB − qa − P = −

qa + 3

qa − qa − 2 qa = 0

y

4

4

2. Momenty gnące w poszczególnych przedziałach 1) Przedział I: 0 ≤ x 1 ≤ a

2

q ⋅ x

M

=

⋅

−

g ( x )

1

R

x

A

1

1

2

2) Przedział II: a ≤ x ≤ a 2

2

2

q ⋅ x

q x − a

2

( 2 )2

M

=

⋅

−

+

+

−

g (

R

x

M x

a

x

A

2 )

2

(

)0

2

2

2

3) Przedział III: a

2 ≤ x ≤ a

3

3

q ⋅ x 2

q

−

3

( x a

3

)2

M

0

=

⋅

−

+

+

−

+

− 2

g ( x 3 )

R

x

M

A

3

( x a

3

) RB( x

a

3

)

2

2

- 1 -

Opracował: dr inż. Mariusz Leus 3. Równania różniczkowe dla poszczególnych przedziałów Przedział I:

2

2

d y

q ⋅ x

1)

1

1

⋅ EJ = − R ⋅ x +

2

A

1

dx

2

1

2

dy

x

q

1

1

⋅ x 3

2)

⋅ EJ = − R ⋅

+

1 + C

dx

A

2

6

1

x 3

q

1

⋅ x 4

3) y

1 ⋅ EJ =

R

−

⋅

+

1

+ C ⋅ x 1 + D

A

6

24

Przedział II:

2

2

d y

q ⋅ x

q x − a

2

2

( 2 )2

4)

⋅ EJ = − R ⋅ x +

−

− M x − a

2

A

2

(

)0

2

dx

2

2

2

dy

x 2

q

2

2

⋅ x 3 q

2

( x 2 − a)3

5)

⋅ EJ = R

−

⋅

+

−

− M

2 −

+

A

( x a) C

dx

2

6

6

2

x 3

q

2

⋅ x 4 q

2

( x − a)4

2

( x 2 − a)2

6) y

2 ⋅ EJ =

R

−

⋅

+

−

− M

+ C ⋅ x 2 + D

A

6

24

24

2

Przedział II:

d 2 y

q ⋅ x 2

q

−

3

3

( x a

3

)2

7)

⋅ EJ = R

−

⋅ x +

−

− M

0

−

−

− 2

2

A

3

( x a

3

) RB( x

a

3

)

dx

2

2

3

dy

x 2

q

3

3

⋅ x 3 q

3

( x 3 − a)3

x 3 − a

2 2

8)

⋅ EJ = R

−

⋅

+

−

− M

3 −

−

+

A

( x a)

(

)

R

C

dx

B

2

6

6

2

3

x 3

q

2

3

⋅ x 4 q

3

( x − a)4

3

( x − a)2

3

( x 3 − a)3

9) y

3 ⋅ EJ = − R

⋅

+

−

− M

− R

+ C ⋅ x 3 + D

A

B

6

24

24

2

6

4. Wyznaczenie stałych całkowania dla x1 = 0 → y1 = 0 z równania nr 3 otrzymujemy: D = 0

dla x2 = 2 a → y2 = 0 z równania nr 6 otrzymujemy

 3

 (2 a)3

q(2 a)4

q(2 a − a)4

a − a

2 (2

)2

0 = − −

qa  ⋅

+

−

− qa

+ C ⋅ 2 a + 0

 4



6

24

24

2

24

4

16

4

1

4

1

0 =

qa +

qa −

qa −

qa 4 + C ⋅ a 2

24

24

24

2

27

4

C ⋅ 2 a = −

qa

24

9

3

C = −

qa

16

5. Wyznaczenie ugięcia w punkcie C ( yC) dla x

=

1 = a → z równania nr 3 otrzymujemy y y

C

1

x 3

q

1

⋅ x 4

y ⋅ EJ = R

−

⋅

+

1

+ C ⋅ x 1 + D

C

A

6

24

 3

3

4

 a

q ⋅ a



9



3

yC ⋅ EJ = 

− − qa ⋅

+

+ −

qa  ⋅ a + 0

 4

 6

24

 16



3

1

9

4

4

4

y ⋅ EJ =

qa +

qa −

qa

C

24

24

16

- 2 -

Opracował: dr inż. Mariusz Leus 6

2

27

4

4

4

y ⋅ EJ =

qa +

qa −

qa

C

48

48

48

1 q

9 a 4

y = −

C

4 E

8 J

6. Wyznaczenie kąta obrotu w punkcie D ( Θ ) D

dy

dla x

3

Θ =

3 = 3 a → z równania nr 8 otrzymujemy D

dx 3

x 2

q

3

⋅ x 3 q

3

( x − a)3

3

3 −

2

Θ ⋅

2

EJ = R

−

⋅

+

−

− M

3 −

−

+

D

A

( x a)

( x

a)

R

C

C

2

6

6

2

 3

 (3 a)2

q ⋅ (3 a)3

q(3 a − a)3

−

Θ ⋅ EJ = 

− − qa ⋅

+

−

− qa ⋅

− −

⋅

−

D

(

a

a

3 a

a)

3

(3 2 )2 9

2

3

3

qa

qa

 4



2

6

6

4

2

16

27

27

8

15

9

3

3

3

2

3

3

Θ ⋅ EJ =

qa +

qa −

qa − 2 qa −

qa −

qa

D

8

6

6

8

16

162

216

64

90

27

3

3

3

2

3

3

Θ ⋅ EJ =

qa +

qa −

qa − 2 qa −

qa −

qa

D

48

48

48

48

48

10 q

1 a 3

Θ =

D

4 E

8 J

- 3 -