Материал: 598

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

Рис. 6

Воспользуемся расчетами предшествующей схемы. Согласно рис. 6 запишем граничные условия:

1.r 0; 0;

2.r a; Mr 0;

3.r a; w 0.

По первому условию в уравнении (2.8) – C2 0. Следовательно,

 

q r3

 

C

 

r

 

. Уравнение (2.9) примет вид:

 

 

 

 

 

 

16D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q r4

 

 

 

 

 

 

 

r2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

w

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

C

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

64D

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

 

 

 

 

3q r2

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

q r2

 

C

 

Производная

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

. Запишем второе

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dr

 

 

 

 

 

 

16D

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

16D

 

2

 

 

 

 

условие в развернутом виде:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3q a2

 

 

C D

 

 

 

 

 

q a2

 

 

 

 

C D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q a2 3

M

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

0; C

 

 

 

 

 

 

.

 

16

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

8D 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q a4

 

 

 

q a

4 3

 

 

 

 

 

 

По третьему условию w

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C3 0.

 

 

64D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

32D 1

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

q a4

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

64D 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Окончательно, уравнения (2.8) и (2.9) запишем как:

 

 

 

 

 

 

 

 

q r3

 

 

 

 

 

q a

2 r 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– уравнение углов поворота;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16D

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

2

 

2

3

 

 

 

4

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

w

 

 

 

 

 

 

 

 

2a

r

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– уравнение прогибов.

 

 

 

 

64D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Mr

 

 

q

3 a2

r2

 

 

 

– радиальный момент в произвольном

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сечении.

 

 

a2 3 r2 1 2 – окружной момент.

 

 

 

 

Mt

 

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Радиальные и окружные нормальные напряжения определим по

зависимостям r

 

 

6 Mr

и t

 

6 Mt

. В соответствии с условием

 

 

 

h2

 

 

 

 

 

 

 

h2

жесткости

r max

 

6 Mr max

 

 

5% производим корректиров-

 

 

 

 

 

h2

 

 

изг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ку толщины сечения h.

2.4. Кольцевая пластинка, нагруженная распределенными

моментами по контурам

Пластинка, свободно опертая по внешнему радиусу и нагруженная погонными моментами по обоим контурам (см. рис. 7). Перерезающая сила Q при этом равна нулю.

Рис. 7

Общее уравнение равновесия изогнутой срединной поверхности пластины примет вид

d

1 d r

0.

(2.16)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dr

dr r

 

 

 

 

Интегрируя по dr, получим угол поворота сечения пластинки

 

C1

r

С2

;

(2.17)

 

 

2

 

r

 

 

C r2

 

 

C r2

Прогиб w

1

С2 lnr С3

или w

1

 

 

4

 

4

Граничные условия для расчетной схемы, (рис. 7): 1. r b; Mr M1;

2. r a; Mr M2 ; 3. r a; w 0.

r

С2 ln a С3. (2.18)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Согласно выражению Mr D

 

 

 

 

 

 

 

,

определим значения

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dr

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

слагаемых уравнения (2.17)

 

d

 

 

С1

 

 

С2

;

 

 

 

 

 

 

 

 

(2.19)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dr

 

 

 

2

 

 

 

 

r2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С1

 

 

С2

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2.20)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

2

 

 

 

 

 

r2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подставим граничные условия в уравнение радиального момен-

 

С

 

 

 

С

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

та, получим D

 

1

1

 

 

 

1

 

M1;

 

 

 

 

 

 

 

(2.21)

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С

 

 

 

 

 

 

 

 

С

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

1

1

 

 

 

1

M2.

 

 

 

(2.22)

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Совместное решение уравнений (2.21) и (2.22) определяет по-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 M

2

a2 M b2

 

 

 

стоянные интегрирования С и С

 

 

 

: С

 

 

 

 

 

 

1

 

 

;

(2.23)

 

 

 

 

D 1 a2 b2

 

a2b2 M2 M1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

С2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D 1 a2

b2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2.24)

Для определения С3 (2.18), используем третье граничное условие. Тогда второе слагаемое превращается в нуль и

 

 

 

 

С

 

2

 

 

 

a2 M

2

a2 M b2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С

 

1

a

 

 

 

 

 

 

 

1

 

.

 

 

 

 

 

(2.25)

 

 

 

 

4

 

 

 

2D 1 a2 b2

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подставив постоянные С1, С2 , С3

в (2.18), получим уравнения

углов поворота и прогибов в общем виде

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M2 a2 M1 b2 r

 

 

 

a2 b2 M2 M1 1

 

 

 

 

 

D 1 a2

b2

 

 

D 1 a2 b2

 

 

;

 

 

(2.26)

 

 

r

 

 

w

M2 a2 M1 b2 r2

 

a2 b2 M2 M1

ln

r

 

 

 

D 1 a2 b2

 

 

 

D 1 a2 b2

 

 

 

 

 

a

 

a2 M2 a2 M1 b2

 

M2 a2 M1 b2

2

 

 

 

 

 

2

 

 

 

2D 1 a2 b2

 

 

 

2D 1 a2 b2 a

 

 

2r

 

+

 

 

a2 b2 M2 M1

 

 

r

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2.27)

 

 

D 1 a2 b2

 

ln

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Радиальный и окружной моменты с учетом (2.26) равны
d Mr D ;
dr r
d Mt D .
r dr

 

Для определения постоянной C3

 

в уравнение (2.18) подставим

 

 

 

 

 

 

 

C a2

 

 

 

a

 

 

 

С

и

С

 

при r a

w

1

С

2

ln

 

С

3

0. Таким образом,

 

4

a

1

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C a2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

1

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

(2.28)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2.29)

(2.30)

Радиальные и окружные нормальные напряжения определим по

зависимостям r

 

 

6 Mr

и t

 

6 Mt

. В соответствии с условием

 

 

 

 

h2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h2

 

 

 

 

 

 

 

 

жесткости

r max

 

6 Mr max

 

 

 

5% производим корректиров-

 

 

 

 

 

h2

 

 

 

 

 

 

изг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ку толщины сечения h.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В частном случае, когда

M2 0,

 

С1, С2 , С3

соответственно

равны: С

 

2b2 M

1

 

 

;

С

 

 

 

 

 

a2b2 M

1

 

 

;

D 1 a2 b2

 

 

 

D 1 a2 b2

1

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С3

 

 

 

 

a2b2 M1

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2D 1 a2 b2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Уравнения углов поворота нормалей к срединной линии пластины и ее прогиб, в общем виде, имеют следующие выражения:

 

 

a2b2M1

 

 

1

1

 

r

;

 

 

(2.31)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D 1

a2

 

 

 

 

 

 

 

b2 r

1 a2

 

 

 

 

 

b2M1

2

 

2

 

 

 

 

a2b2M1

 

 

 

r

 

w

2D 1 a2 b2 a

 

r

 

 

D 1 a2

b2 ln

 

.

(2.32)

 

 

a

2.5.Кольцевая пластина, защемленная по внутреннему контуру

сраспределенной нагрузкой

Определим действие погонной силы Q 2 r в произвольном сечении пластины радиуса r (см. рис.8). С учетом неподвижности центрального стержня диаметром 2b усилия от внешнего воздействия равны: Q 2 r q a2 b2 q b2. Последнее слагаемое

показывает противодействие распределенной нагрузки на площади неподвижного стержня. Тогда

Q

q a2

b2 q b2

 

q a2

 

 

 

 

.

 

2 r

 

 

 

 

2r

Рис. 8

Общее уравнение равновесия изогнутой срединной поверхности пластины примет вид

d 1 d r

 

q a2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

(2.33)

 

 

 

dr

 

dr r

 

 

 

2rD

 

Произведем преобразования, аналогичные 2.6 (без учета первого слагаемого), получим уравнения углов поворота и прогибов пластины:

 

 

q a2

r

2lnr 1

C

 

 

С

2

 

 

 

 

 

 

 

 

1

r

 

;

(2.34)

 

8D

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

r

 

 

q a2

r2

lnr 1

C r2

 

 

 

 

 

 

 

 

w

 

 

 

1

 

 

С2 lnr С3.

(2.35)

8D

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Граничные условия, (см. рис. 8):

1.r b; 0;

2.r a; Mr 0;

3.r b; w 0.

 

 

Определение постоянных интегрирования С1

и С2 по условиям

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q a2

b

2lnb 1

C

 

 

 

 

С

2

 

 

 

 

 

1 и 2:

 

 

 

 

 

 

1

b

 

 

0

;

 

 

(2.36)

 

8D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

 

 

q a3

2

 

 

 

 

b

 

С D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2lna 1 1

1

Mr D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

С2D

 

dr

 

 

 

r

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 0,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2.37)

a2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q a2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

 

 

2lnr 1

 

C

С

2

 

 

 

 

 

 

 

 

где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

(2.38)

 

dr

 

 

8D

2

r2