WYZNACZANIE PRZEMIESZCZEŃ – rama2 –siły, zmiany temperatury, przemieszczenia podpór i błędy montażu, 10.02.09

OBLICZENIE PRZEMIESZCZEŃ W RAMIE PŁASKIEJ IZOSTATYCZNEJ

Dana jest rama jak na rysunku.

Błędy montażu

M=15,00 kNm

P=20,00kN

2

2

1

-30oC 2

∆L =1cm

/m

I 3

2

N

10oC

1

k

E

L

1o

0

k = 20 EI

2

L

0

m

,0

0

0

5

o C

1

,0

o

= -1.5cm

=

1

3

q

20 o C

=

1.5

∆L 1

1.4 cm

-5

cm

k 1

.8

2,00m

2,00m

1.2 cm

2,00m

2,00m

2,00m

0

cm1

∆r =

∆r =

Sporządzić wykresy sił przekrojowych od danego obciążenia siłami oraz od obciążeń jednostkowych przyłożonych w miejscach szukanych przemieszczeń. Zaprojektować wstępnie przekroje prętów.

Obliczyć zaznaczone przemieszczenia od danego obciążenia siłami, od zmiany temperatury oraz od błędów montażu i przemieszczeń podpór. W obliczeniach potraktować dane wartości obciążenia siłami jako charakterystyczne, przyjąć średni współczynnik obciążenia γ f = 2

.

1 , wytrzymałość

obliczeniową stali f

=

MPa

=

d

215

, współczynnik sprężystości podłużnej E

20 G

5 Pa , współczynnik

sprężystości poprzecznej G = 8 G

0 Pa i współczynnik rozszerzalności termicznej

o

α = 0.000012 / C .

T

1

ROZWIĄZANIE RAMY OD DANEGO OBCIĄŻENIA SIŁAMI F = (M, P, Q)

M=15,00 kNm

P=20,00kN

Uwaga: Liniami przerywanymi wzdłuż

C

D

B

x

osi prętów wyróżniono włókna do

/mN

k

k

znakowania momentów zginających.

k0

2

1

,0

E

m0

Wszystkim wielkościom z tego

5

,0

=

3

rozwiązania przypisujemy indeks górny F,

q

α sinα=0.6

cosα =0.8

V

gdy

B

ż zostały wywołane obciążeniem

HA

A

oznaczonym symbolem F

4,00m

2,00m

4,00m

V

A y

Wyznaczenie reakcji podpór.

∑ M

⇒

A = − VB ⋅10 m + P ⋅ 6 m + M + q ⋅ 3 m ⋅ 3 m / 2 = 0

− V

⇒

V = 15 7

.

k

5 N ,

B ⋅10 m + 20 kN ⋅ 6 m + 15 kNm + 5 kN / m ⋅ 3 m ⋅ 3 m / 2 = 0

B

∑ Y = − V

⇒ − V

⇒

V =

2

.

4

k

5 N ,

A − 15 7

. 5 kN + 20 kN = 0

A − VB + P = 0

A

∑ X = H

⇒

H

⇒

H

= 1

− 5 0

. 0 kN .

A + 5 kN / m ⋅ 3 m = 0

A + q ⋅ 3 m = 0

A

Kontrola

∑ M

B = − H A ⋅ 3 m + V A ⋅10 m − P ⋅ 4 m + M − q ⋅ 3 m ⋅ 3 m / 2 =

= 1

( 5 ⋅ 3 + 4.25 ⋅10 − 20 ⋅ 4 + 15 − 5 ⋅ 3 ⋅ 3 / 2) kNm = 0

Obliczenie wartości rzędnych charakterystycznych sił przekrojowych.

M

,

AC = 0

M

E = VA ⋅ 2 m − H A ⋅

5

.

1 m − q ⋅ 5

.

1 m ⋅ 5

.

1 m / 2 =

= 4.25 kN ⋅ 2 m +15 kN ⋅1.5 m − 5 kN / m ⋅1.5 m ⋅1.5 m / 2 = 25.375 kNm, M

= V ⋅ 4 m − H ⋅ m

3

− q ⋅ m

3 ⋅ m

3 / 2 = 4.25 ⋅ 4 m + 15 kN ⋅ m

3

− 5 kN / m ⋅ m

3 ⋅ m

3 / 2 = 39.50 kNm ,

CA

A

A

M

= M

+ M = 39.5 kNm +15 kNm = 54.50 kNm , CD

CA

M

= V ⋅ 4 m = 15 7

.

k

5 N ⋅ 4 m = 63 0

. 0 kNm ,

M

,

BD = 0

D

B

Rzędne środkowe momentów zginających dla przedziału CD i DB obliczono jako średnie arytmetyczne z wartości brzegowych.

M

=

+

/ 2 = 54.5 + 63 / 2 ⋅

= 58.75

,

S , CD

( M

M

C , CD

D )

(

) kNm

kNm

M

=

+

/ 2 = 63 + 0 / 2 ⋅

= 31.50

S , DB

( M M

D

B )

(

) kNm

kNm

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski 1

WYZNACZANIE PRZEMIESZCZEŃ – rama2 –siły, zmiany temperatury, przemieszczenia podpór i błędy montażu, 10.02.09

V

= V ⋅ cosα − H ⋅sinα = 4.25⋅ 0.8 +15⋅ 0.6

= 12.40

,

AC

A

A

(

) kN

kN

N

= V

− ⋅sinα − H ⋅ cosα = − 4.25⋅ 0.6 +15⋅ 0.8

= 9.45

,

AC

A

A

(

) kN

kN

V

= V ⋅ cosα − H ⋅sinα − q ⋅ m

3 ⋅ sinα = 4.25 ⋅ 0.8 + 15 ⋅ 0.6 − 5 ⋅ 3 ⋅ 0.6

= 3.40

,

CA

A

A

(

) kN

kN

N

= V

− ⋅sinα − H ⋅ cosα − q ⋅ m

3 ⋅ cosα = − 4.25 ⋅ 0.6 + 15 ⋅ 0.8 − 5 ⋅ 3 ⋅ 0.8

= 2

− .55

,

CA

A

A

(

) kN

kN

V

= P − V = 20 kN −15.75 kN = 4.25 kN , V

= V

−

= −15 7

.

k

5 N ,

N

.

CB = 0

CD

B

DB

B

Siła podłużna w więzi sprężystej nr 1:

S F = V

−

= 1

− 5.75 kN

1

B

Moment zginający w więzi sprężystej nr 2:

S F = M

= 39 5

. 0 kNm

2

C , AC

Wykresy sił przekrojowych

39,50kN

2

m

5,

3

3

,

7

4

5

5

k

+

k

2

N

N

- ,

9

5

m

+

m

,

5

4

m

k

m

m

N

5

N

N

k

kN

k

N

N

0

0

k

k

+

5

NF

0

,5

,5

1

4

,7

,0

MF

3

5

8

3

5

6

3

N

N

,

k

4

k

0

5

5

kN

,2

,2

7

4

4

,90

+

kN

-

12,40

N

N

k

k

+

k

N

5

5

,75

,7

1

VF

51

2

ROZWIĄZANIE RAMY OD OBCIĄŻENIA P1 = 1

W celu wyznaczenia przesunięcia

P =1

(w temacie kierunek nr 1 zaznaczony linią

1

B

C

D

x

przerywaną) niezbędne jest rozwiązanie

k

ramy od obci

k

ążenia siłą jednostkową

2

1

E

m0

przyłożoną w miejscu i kierunku szukanego

,03

przemieszczenia.

α sinα=0.6

cosα =0.8

V

Uwaga: Wszystkim wielko

B

ściom z

HA

A

tego rozwiązania przypisujemy indeks górny

4,00m

2,00m

4,00m

gdy

V

ż zostały wywołane obciążeniem

A y

oznaczonym numerem 1

Wyznaczenie reakcji podpór.

∑ M

⇒ V

,

B =

4

.

0 0

A = − VB ⋅10 m + 1⋅ 4 m = 0

∑ Y = − V

⇒ V

,

A =

6

.

0 0

A − VB + P = 0

1

∑ X = H = 0

⇒ H

.

A = 0

A

Kontrola

∑ M

B = − H A ⋅ 3 m + V A ⋅10 m − P ⋅ 6 m =(−0 ⋅ 3 +

6

.

0 ⋅10 −1⋅ )

6 m = 0

1

Obliczenie wartości rzędnych charakterystycznych sił przekrojowych.

M

,

M

= V ⋅ 4 m − H ⋅ m

3

= 2.40 m ,

A = 0

C

A

A

M

= V ⋅ 4 m = 6

.

1 0 m ,

M

,

B = 0

D

B

V

V

H

,

N

V

H

,

AC = − A ⋅ sin α −

A ⋅ cosα = −0.36

AC =

A ⋅ cosα −

A ⋅ sin α = 0.48

V

V

,

N

.

CB = 0

CB = − B =

0

− .40

M

= M

=

+

/ 2 = 0 + 2.4 / 2 ⋅

= 1.20 ,

E

S , AC

( M M

A

C )

(

) m

m

2

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski

WYZNACZANIE PRZEMIESZCZEŃ – rama2 –siły, zmiany temperatury, przemieszczenia podpór i błędy montażu, 10.02.09

M

=

+

/ 2 = 2.4 + 1.6 / 2 ⋅

= 2.00 ,

S , CD

( M

M

C

D )

(

) m

m

M

=

+

/ 2 = 1.6 + 0 / 2 ⋅

= 0.80

S , DB

( M

M

D

B )

(

) m

m

Siła podłużna w więzi sprężystej nr 1:

1

S = − V

B =

0

− .40

1

Moment zginający w więzi sprężystej nr 2:

S 1 = M = 2.40 m

2

C

Wykresy sił przekrojowych.

2,40m

0,36

1,

+

-

N1

20

m

m

m

+

0

m

m

0

0

,8

0

,6

0

,0

,4

1

2

2

M1

0,36

0,48

-

0

0

0

0

+

,

,4

4

,4

,4

8

0

0

V1

0

3

ROZWIĄZANIE RAMY OD OBCIĄŻENIA P2 = 1

W celu wyznaczenia kąta obrotu (w

P =M=1

temacie kierunek nr 2 zaznaczony łukiem z

2

C

D

B

x

linii przerywanej) niezbędne jest

k

k

rozwiązanie ramy od obciążenia

2

1

E

m0

jednostkowym momentem przyłożonym w

,03

miejscu szukanego k

α sinα=0.6

ąta obrotu.

cosα =0.8

VB

Uwaga: Wszystkim wielkościom z

HA

A

tego rozwiązania przypisujemy indeks górny

4,00m

2,00m

4,00m

V

2, gdyż zostały wywołane obciążeniem

A y

oznaczonym numerem 2

Wyznaczenie reakcji podpór.

∑ M

⇒ V = 1

.

0 0 / m ,

A = − VB ⋅10 m + 1 = 0

B

∑ Y = − V

V

⇒ V =

1

.

0

− 0 / m ,

A −

= 0

B

A

∑ X = H = 0

⇒ H

.

A = 0

A

Kontrola

∑ M

B = − H A ⋅ 3 m + VA ⋅10 m + P = − 0 ⋅ 3 −

1

.

0 ⋅10 +1 = 0

2

Obliczenie wartości rzędnych charakterystycznych sił przekrojowych.

M

,

M

,

C = VA ⋅ 4 m − H A ⋅ 3 m = −0.40

A = 0

M

,

M

,

B = 0

D = VB ⋅ 4 m − 1 = −

6

.

0 0

V

= V ⋅cosα − H ⋅sinα = −0.08/ m , N

= V

− ⋅sinα − H ⋅cosα = 0.06/ m ,

AC

A

A

AC

A

A

V

= V

−

= −0.10 / m

N

.

CB =

CB

B

,

0

M

M

M

M

,

E =

S AC =

A +

C

= −

= −

,

(

)/ 2 (0 0.4)/ 2 0.20

M

M

M

,

S CD =

C +

D

= −

−

= −

,

(

)/ 2 ( 0.4 0.6)/ 2 0.50

M

M

M

S DB =

D +

B

= −

−

= −

,

(

)/ 2 ( 0.6 )1/ 2 0.80

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski 3

WYZNACZANIE PRZEMIESZCZEŃ – rama2 –siły, zmiany temperatury, przemieszczenia podpór i błędy montażu, 10.02.09

Siła podłużna w więzi sprężystej nr 1:

S 2 = V

−

= −0.10 / m

1

B

Moment zginający w więzi sprężystej nr 2:

2

S = M

C =

0

− .40

2

Wykresy sił przekrojowych

0

0

0

0

,

0

,0

0

0

,8

1

6/

0

,6

,5

0

m

,

,4

4

0

0

0

0

-

-

0,20

0,0

+

6

M2

/m

N2

0,08/m

-

-

/m

/m

/m

0

0

0

,1

,1

,1

0

0

V2

0

4

PROJEKTOWANIE WSTĘPNE PRZEKROJÓW PRĘTÓW

Pręt AC

Potrzebny wskaźnik wytrzymałości na zginanie

max M ⋅γ f

39 5

. kNm ⋅ 2

.

1

3

3

W ≥

=

= 0

.

0 002205 m = 202 5

. cm

2

fd

215000 kN / m

Przyjęto I 220 ⇒

3

W = 278.18 cm ,

4

I = 3060 cm ,

2

A = 39.6 cm

2

4

2

EI

= 205000000 kN / m ⋅ 0.00003060 m = 6273 kNm AC

EA

= 205000000 kN / m 2 ⋅ 0.00396 m 2 = 811800 kN

AC

GA

= 80000000 kN / m 2 ⋅ 0.00396 m 2 = 316800 kN

AC

Pole powierzchni środnika

2

Aw

= ( h − 2 ⋅ t ) ⋅ t = (22 cm − 2 ⋅ 2

.

1 2 cm) ⋅ 8

.

0 1 cm = 15 8

. 4 cm

AC

f

w

Parametr kształtu przekroju przy ścinaniu κ

AC = 39.6

2

cm /15.84

2

cm = 2.50

max M ⋅ γ f

63 kNm ⋅ 2

.

1

Pr

3

ęt CB

3

W ≥

=

= 0

.

0 003516 m = 351 6

. cm

2

f d

215000 kN / m

Przyjęto I 240 ⇒

3

W = 354 cm ,

4

I = 4250 cm ,

2

A = 46.1 cm

2

4

2

EI

= 205000000 kN / m ⋅ 0.00004250 m = 8712.5 kNm CB

EA

= 205000000 kN / m 2 ⋅ 0.0046 m

1 2 = 945050 kN

CB

GA

= 80000000 kN / m 2 ⋅ 0.0046 m

1 2 = 368800 kN

AC

2

Aw

= ( h − 2 ⋅ t ) ⋅ t = (24 cm − 2 ⋅ 3

.

1 1 cm) ⋅ 8

.

0 7 cm = 18 6

. 0 cm

CB

f

w

κ

CB = 46.1

2

cm /18.60

2

cm = 2.48

Sztywności więzi sprężystych

EI

EI

Ponieważ w warunkach zadania nie określono, dla którego pręta przyjąć i

, można wybrać

L

3

L

dowolnie. Przyjmiemy jak dla pręta CB.

Sztywność więzi sprężystych wynoszą:

EI

EI

2

8712.5 kNm

kN

translacyjnej

k = 100 ⋅

=100

CB

⋅

=100 ⋅

= 4034

1

3

L

3

L

3

(6 m)

m

CB

4

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski

WYZNACZANIE PRZEMIESZCZEŃ – rama2 –siły, zmiany temperatury, przemieszczenia podpór i błędy montażu, 10.02.09

EI

EI

8712.5 kNm 2

rotacyjnej

k = 20

=

CB

20 ⋅

= 20 ⋅

= 29042 kNm

2

⋅ L

L

6 m

CB

5

OBLICZENIE SZUKANYCH PRZEMIESZCZEŃ OD OBCIĄŻENIA SIŁAMI

Przemieszczenia obliczono na podstawie wzorów:

1

F

1

F

M 2 ⋅

F

M

S 2 S

s ⋅

F

∆

M

M

S

S

dx

,

∆

dx

2 F = ∫

+ ∑

s

1 F

∫

⋅

=

∑ s ⋅

+

s

EI

k

EI

k

s

s

s

s

Do obliczenia powyższych całek zastosowano wzór Simpsona lub Mohra. W tym celu (ze względu na charakter wykresów momentów zginających) przedstawiono je w postaci sum 3 całek odpowiadających poszczególnym przedziałom, w których funkcje podcałkowe spełniają założenia umożliwiające zastosowanie odpowiedniego wzoru.

Przesuniecie:

1

F

1

F

∆

1

S

S

S

S

1 ⋅

1

2 ⋅

1

1

1

1

1

+

2

=

1 F =

∫ M ⋅ M F ⋅ dx +

∫ M ⋅ M F ⋅ dx +

∫ M ⋅ M F ⋅ dx +

EI

EI

EI

k

k

AC AC

CD CD

DB DB

1

2

=

1

⋅ 5 m ⋅[0 + 4 ⋅ 25.375 kNm ⋅1.2 m + 39.5 kNm ⋅ 2.4 m]+

627 k

3 Nm 2

6

1

⋅ 2 m ⋅[54.5⋅ 2.4 + 4 ⋅58.75⋅ 2 + 63⋅ .

1 6]

2

kNm +

2

8712.5 kNm

6

1

4 m

+

⋅

⋅[

−

⋅ −

⋅

63 ⋅1.6 + 4 ⋅ 31.5 ⋅ 0.8 + 0]

2

0.4 ( 15.75 kN )

2.4 m 39.5 kNm

kNm +

+

= 0.0759 m

8712.5 kNm 2

6

4034 kN / m

29042 kNm

Kąt obrotu:

2

S

S F

S

S F

1 ⋅

2

1

2 ⋅

∆

= 1

∫

1

1

M 2

+

+

2

=

2

⋅ M F ⋅ dx +

∫ M 2 ⋅ M F ⋅ dx +

∫ M 2 ⋅ M F ⋅ dx

F

EI

EI

EI

k

k

AC AC

CD CD

DB DB

1

2

=

1

⋅ 5 m ⋅[0 + 4 ⋅ 25.375 kNm ⋅ (−0.2) + 39.5 kNm ⋅ (−0.4)]+

6273

2

kNm

6

+

1

⋅ 2 m ⋅[54.5⋅ (−0.4) + 4 ⋅58.75⋅ (−0. )

5 + 63 ⋅ (−0.6)] kNm +

8712.5 kNm 2

6

+

1

⋅ 4 m ⋅[63⋅ (−0.6) + 4 ⋅31.5⋅ (−0. )

8 + 0 ⋅ (− )

1 ] kNm +

8712.5 kNm 2

6

−

o

0.1/ m ⋅ (−15.75 kN)

− 0.4 ⋅

+

+

39 5

. kNm =

180

o

− 0.02233 = 0

− .0223 r

3 ad = −0.02233 ⋅

= −1.279

4034 kN / m

29042 kNm

π

Uwaga: Należy zdawać sobie sprawę, że szukane przemieszczenia obliczono pomijając człony N i N F

i

F

∫

⋅

κ ⋅ V V

dx i ∫

⋅

dx , które dla ram na ogół nie są istotne. Otrzymane wartości przemieszczeń EA

GA

są wiec przybliżone. W celu sprawdzenia czy tak jest rzeczywiście obliczmy pominięte człony.

N 1 ⋅

F

∆

1

1

( N

1

1

)

1 F

= ∫

N dx =

∫ N ⋅ N F ⋅ dx +

∫ N ⋅ N F ⋅ dx =

EA

EA

EA

AC AC

CB CB

=

5 m

⋅ 9

[ .45 kN ⋅ (−0.36) + 4 ⋅ 3.45 kN ⋅ (−0.36) − 2.55 kN ⋅ (−0.36)] + 0 =

6 ⋅ 811800 kN

= −0.0000076 m = 0

− .00076 cm

κ ⋅ V 1 ⋅ F

κ

κ

κ

∆ V

1

1

1

( )

1 F

= ∫

V dx = AC ∫ V ⋅ V F ⋅ dx + CD ∫ V ⋅ V F ⋅ dx + DB ∫ V ⋅ V F ⋅ dx =

GA

GA

GA

GA

AC AC

CD CD

DB DB

5 m ⋅

=

2.50

⋅ 1

[ 2.4 kN ⋅ 0.48 + 4 ⋅ 7.9 kN ⋅ 0.48 + 3.4 kN ⋅ 0.4 ]

8 +

6 ⋅ 316800 kN

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski 5

WYZNACZANIE PRZEMIESZCZEŃ – rama2 –siły, zmiany temperatury, przemieszczenia podpór i błędy montażu, 10.02.09

2.48

=

⋅[4.25 kN ⋅ 2 m ⋅ ( 0

− .4) −15.75 kN ⋅ 4 m ⋅ (−0.4)] = 0.0002962 m = 0.02962 cm 316800 kN

∆ V

( , N ) =

0

.

0 2962 − 0

.

0 007 c

6 m =

0

.

0 288 c

6 m

1 F

N 2 ⋅

F

∆

1

1

( N

2

2

)

2 F

= ∫

N dx =

∫ N ⋅ N F ⋅ dx +

∫ N ⋅ N F ⋅ dx =

EA

EA

EA

AC AC

CB CB

5

=

m

⋅ 9

[ .45 kN ⋅ 0.06 / m + 4 ⋅ 3.45 kN ⋅ 0.06 / m − 2.55 kN ⋅ 0.06 / m] + 0 = 0.0000013

6 ⋅ 811800 kN

κ ⋅ V 2 ⋅ F

κ

κ

κ

∆ V

2

2

2

( )

2 F

= ∫

V dx = AC ∫ V ⋅ V F ⋅ dx + CD ∫ V ⋅ V F ⋅ dx + DB ∫ V ⋅ V F ⋅ dx =

GA

GA

GA

GA

AC AC

CD CD

DB DB

5 m ⋅

=

2.50

⋅ 1

[ 2.4 kN ⋅ (−0.08 / m) + 4 ⋅ 7.9 kN ⋅ (−0.08 / m) + 3.4 kN ⋅ (−0.08 / m)] +

6 ⋅ 316800 kN

2.48

+

⋅[4.25 kN ⋅ 2 m ⋅ (−0.1/ m) −15.75 kN ⋅ 4 m ⋅ (−0.1/ m)] = 0.0000117

316800 kN

o

∆

V

( , N ) = 0.0000013 + 0.0000117 = 0.00001299 = 0.0000 *180 /π = 0.00074

2 F

Zestawienie wyników obliczeń przemieszczeń od obciążenia siłami: Przesuniecie:

-wartość przybliżona (bez wpływu odkształcalności poprzecznej i podłużnej)

∆ = 5

.

7

c

9 m

1 F

-wpływ odkształcalności podłużnej

∆ ( N) = 0

.

0 007 c

6 m

1 F

-wpływ odkształcalności postaciowej

∆ V

( ) =

0

.

0 296 c

2 m

1 F

-razem wpływ odkształcalności postaciowej i podłużnej

∆ V

( , N ) =

0

.

0 288 c

6 m

1 F

-wartość dokładna

∆ + ∆ V

( , N ) =

5

.

7

c

9 m + 0

.

0 288 c

6 m =

6

.

7 1 c

6 m

1 F

F

1

0.02886

-błąd

⋅100% = 0.3 %

8

7.616

Kąt obrotu:

-wartość przybliżona (bez wpływu odkształcalności poprzecznej i podłużnej) o

∆

= −0.0223 r

3 ad = −1.279

2 F

-wpływ odkształcalności podłużnej

∆ ( N) = 0

.

0 00001 r

3 ad

2 F

-wpływ odkształcalności postaciowej

∆

V

( ) =

0

.

0 00117 rad

2 F

-razem wpływ odkształcalności postaciowej i podłużnej

o

∆

V

( , N ) = 0.00001299 rad = 0.00074

2 F

-wartość dokładna

o

∆ + ∆

V

( , N ) = 1

− .279 + 0.00074 = −1.279

2 F

2 F

0.00074

-błąd

⋅100% = 0.00%

1.279

6

OBLICZENIE SZUKANYCH PRZEMIESZCZEŃ OD ZMIANY TEMPERATURY

α ⋅ ( T

∆ w − T

∆ p)

Uwzględniając, że wyrażenia T

i α ⋅ T

∆ o są na długości prętów stałe,

h

T

przemieszczenia wyznaczamy na podstawie wzorów

α

∆

( Tw

Tp)

α

,

1

To

T

1

= ∑ T ⋅ ∆

− ∆





⋅ Ω  + ∑

M

( T ⋅∆ ⋅Ω N 1)

h

p 



p

p

p

α

∆

( Tw

Tp)

α

2

To

2 T = ∑ 

T ⋅ ∆

− ∆





⋅ Ω  + ∑

M

( T ⋅∆ ⋅Ω N 2 )

h

p 



p

p

p

Określenie składników wzorów dla poszczególnych prętów

2.4 m ⋅ 5 m

− 0.4 ⋅ 5 m

Dla pręta AC

2

Ω =

= m ,

Ω

=

= −

,

2

m

1

1

6

M

2

M

2

6

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski

WYZNACZANIE PRZEMIESZCZEŃ – rama2 –siły, zmiany temperatury, przemieszczenia podpór i błędy montażu, 10.02.09

Ω = −

⋅

= −

0.6

,

Ω =

⋅ m =

2

5

3

1

0.36 5 m

1.8 m

N

N

m

T

∆ w + T

∆ p − 5 + 20

T

∆ w

o

= −5 C , T

∆ p

o

= 20 C , T

∆ o

o

=

=

= 7.5 C (przekrój symetryczny),

2

2

α ⋅ (∆ Tw − ∆ Tp)

o

0.000012 ⋅ (−5 − 20) C

h = 0.22 m (I 220), T

=

= 0

− .001364 / m

h

o C ⋅ 0.22 m

α ⋅ T

∆ o = 0.000012 / o C ⋅ 7.5 o C = 0.00009

Tα ⋅(∆ Tw− ∆ Tp)

T

∆

=

⋅ Ω + α ⋅ ∆ To ⋅ Ω =

1

1 T , AC

M

1

h

T

N

= −0.001364 / m ⋅ 6 m 2 + 0.00009 ⋅ (−1.8 m) = 0

− .00834 m = 0

− .834 cm

α ⋅ (∆ Tw − ∆ Tp)

T

∆

=

⋅ Ω

+ α ⋅ ∆ To ⋅ Ω

= −0.001364 / m ⋅ (−1 m) + 0.00009 ⋅ 0.3 = 0.00139

2

2 T , AC

M

2

h

T

N

2.4 m ⋅ 6 m

− (0.4 + )

1 ⋅ 6 m

Dla pręta CB

2

Ω

=

=

m , Ω

=

= −

, Ω

= , Ω =

2

0

1

0

2

4.2 m

1

7.2

M

2

M

2

N

N

∆

10 − 30

Tw

o

= 10 C , ∆ Tp

o

= 3

− 0 C , ∆ To

o

=

= 1

− 0 C , h = 0.24 m (I 240),

2

α ⋅ (∆ Tw − ∆ Tp)

o

0.000012 ⋅ 1

( 0 − (−30)) C

T

=

= 0.002 / m

h

o C ⋅ 0.24 m

α ⋅ T

∆ o = 0.000012 / o C ⋅ (−10) o C = 0

− .00012

T

α ⋅ (∆ Tw − ∆ Tp)

T

∆

=

⋅ Ω + α ⋅ ∆ To ⋅ Ω = 0

.

0 02 / m ⋅ 2

.

7 m 2 − 0

.

0 0012 ⋅ 0 =

0

.

0 144 m = 4

.

1

c

4 m

1

1 T , CB

M

1

h

T

N

α ⋅ (∆ Tw − ∆ Tp)

T

∆

=

⋅ Ω

+ α ⋅ ∆ To ⋅ Ω

= 0.002 / m ⋅ ( 4

− .2 m) + 0.00012 ⋅ 0 = −0.0084

2

2 T , CB

M

2

h

T

N

Szukane przesunięcie:

∆

= − 8

.

0 3 c

4 m + 4

.

1

c

4 m =

6

.

0

c

1 m

T

1

Szukany kąt obrotu:

o

∆ = 0.00139 − 0.0084 = −0.00701 = 0

− .00701*180 /π = 0

− .402

2 T

7

OBLICZENIE SZUKANYCH PRZEMIESZCZEŃ OD BŁĘDÓW MONTAŻU I

PRZEMIESZCZEŃ PODPÓR

Przemieszczenia obliczamy na podstawie wzorów:

∆

1

1

1

1

∆

ϕ

,

1

= ∑ M

V

h

N

L

R

m ⋅ ∆

m + ∑

v ⋅ ∆ v + ∑

n ⋅ ∆ n − ∑

r ⋅ ∆ r

m

v

n

r

∆

2

2

2

2

ϕ

2∆ = ∑ M

V

h

N

L

R

m ⋅ ∆

m + ∑

v ⋅ ∆ v + ∑

n ⋅ ∆ n − ∑

r ⋅ ∆ r

m

v

n

r

Błędy montażu wystąpiły w dwóch przekrojach, co

2

symbolicznie zilustrowano na rysunku obok.

∆L =1cm

2

Błędy montażu znakuje się analogicznie jak

1

1o

odpowiednie siły przekrojowe tzn. zmiany kąta jak

o

= -1.5cm

momenty zginające, przesunięcia poprzeczne jak siły

∆L 1 1.5

1.4 cm

tnące a odkształcenia podłużne jak siły osiowe.

Odkształceniom podłużnym L

∆ i L

∆ przypisano

1.2 cm

1

2

znaki zgodnie z zasadą: wydłużenie i siła osiowa

rozciągająca „+”, skrócenie i siła osiowa ściskająca „-„.

Symbole odkształceń kątowych ilustrują zmiany

kąta między przekrojami równoległymi, co symbolicznie

na osi pręta i dla elementu odkształconego przedstawiono

na rysunku obok.

∆ϕ > 0

∆ϕ < 0

Jeśli tej zmianie towarzyszy wydłużenie włókien

wyróżnionych (symbol lewy) to takiej zmianie kąta

M

M włókna

włókna

przypisujemy znak „+” w przeciwnym przypadku

wyróżnione

wyróżnione

(symbol prawy) znak „-„.

dx

dx

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski 7

WYZNACZANIE PRZEMIESZCZEŃ – rama2 –siły, zmiany temperatury, przemieszczenia podpór i błędy montażu, 10.02.09

Wynika stąd, że odkształceniu kątowemu w przekroju „1” należy przypisać znak „-„ a odkształceniu kątowemu w przekroju „2” znak „+”.

Symbole odkształceń postaciowych ilustrują poprzeczne

przesunięcie osi pręta, co symbolicznie na osi pręta i dla

elementu odkształconego przedstawiono na rysunku obok

Symbol lewy oznacza deformację ∆ h o zwrocie

V

zgodnym z dodatnimi zwrotami siły poprzecznej (znak „+”) a

∆

∆ h <

h > 0

0

symbol prawy oznacza deformację ∆ h o zwrocie prze-

V

ciwnym z dodatnimi zwrotami siły poprzecznej (znak „-”).

dx

dx

Wynika stąd, że odkształceniu postaciowemu w przekroju

„1” należy przypisać znak „-„ a odkształceniu postaciowemu w przekroju „2” znak „+”.

Wartości błędów montażu są, więc następujące:

1.5 o π

1 o π

o

⋅

o

⋅

∆ϕ = 1

− .5 = −

= −0.0262 ,

∆ϕ = 1 =

= 0.0175,

1

2

180 o

180 o

h

∆ = − c

2

.

1

m = − 0

.

0 12 m ,

h

∆ =

c

4

.

1

m =

0

.

0 14 m ,

1

2

L

∆ = − c

5

.

1

m = − 0

.

0 1 m

5 ,

L

∆ = c

1 m =

0

.

0

m

1

1

2

Siły przekrojowe od obciążeń jednostkowych, w miejscach błędów, mają wartości M 1 = 1.2 m , M 1 = 0.8 m , 1

V = 0.48 , 1

V = −0.4 ,

1

N = −0.36 ,

1

N = 0 ,

1

2

1

2

1

2

2

M

= 0.2 , 2

M

= −0.8 , V 2 = −0.08 / m , V 2 = −0.1/ m , N 2 = 0.06 / m , 2

N = 0 ,

1

2

1

2

1

2

Przemieszczenia podpór wystąpiły w kierunku reakcji V i w kierunku reakcji V .

A

B

Wynoszą one

∆ = c

1 m = 0.0 m

1 , ∆

= 0. c

8 m = 0.008 m .

VA

VB

Zwroty reakcji V w rozwiązaniach od obciążeń jednostkowych przyjęto zgodnie ze zwrotem B

przemieszczenia podpory, więc wartości tej reakcji do obliczania przemieszczeń przyjmujemy z takim znakiem, jaki otrzymano w wyniku obliczeń

1

V

V 2 = 0.1/ m

B = 0.4

B

Zwroty reakcji V w rozwiązaniach od obciążeń jednostkowych przyjęto przeciwnie do zwrotu A

przemieszczenia podpory, więc do obliczania przemieszczeń zmieniamy znaki tej reakcji.

Przyjmujemy:

1

V

V 2 = 0.1/ m

A = −0.6

A

Wartości przemieszczeń wynoszą:

Przesunięcie

∆ ∆ = 2

.

1 m

m

m

m

m

1

⋅ (− 0

.

0 26 )

2 + 8

.

0

⋅ 0

.

0 175 + 4

.

0 8 ⋅ (− 0

.

0 12 ) − 4

.

0 ⋅ 0

.

0 14

− 3

.

0 6 ⋅ (− 0

.

0 15 ) + 0 +

− 0.4 ⋅ 0.008 m − (−0.6 ⋅ 0.0 m

1 ) = −0.0262 m = −2. c

1 m ,

Kąt obrotu

∆ ∆ = − 2

.

0

m

m

m

m

m

m

2

⋅ (− 0

.

0 26 )

2 − 8

.

0 ⋅ 0

.

0 175 − 0

.

0 8 /

⋅ (− 0

.

0 12 ) − 1

.

0 /

⋅ 0

.

0 14

+ 0

.

0 6 /

⋅ (− 0

.

0 15 ) + 0 +

o

o

− 1

.

0 / m ⋅ 0

.

0 0 m

8

− 1

.

0 / m ⋅ 0

.

0

m

1

= − 0

.

0 08267 = − 0

.

0 1187 ⋅180 / π = − 6

.

0 8 .

8

http://www.iil.pwr.wroc.pl/zukowski