Деформацияланатын серпімді жүйелердің тепе-теңдік күйінің орнықтылығы



1 Бойлық иілу. Дағдарыс күші. Эйлер формуласы
2. Дағдарыс күші. Эйлер формуласы.
3. Тұғыр түрлерінің дағдарыс күшінің шамасына әсері
4. Кернеулері пропорционалдық шектен үлкен сырықтардың орнықтылығын жоғалтуы туралы түсінік
Бақылау сұрақтары:
Конструкция элементтері беріктікке, қатаңдыққа есептелгенде, оған әсер етуші сыртқы күштер мен оның көлденең қималарындағы ішкі күштер өзара орнықты тепе-тендік күйде деп қарастырылады. Негізінде, кез келген серпімді жүйенің тепе-тендік күйі орнықты бола бермейді. Мұндай құбылыстар туралы толық түсінік беру үшін физика курсынан мәлім, келесі мысалдарды еске түсірейік.
1. Ойыс беттің ең төменгі нүктесіңде жатқан шарды шамалы қозғап еркіне жіберсек, ол өзінің бастапқы орнына қайта оралады (1, а-сурет). Дененің мұндай күйі орнықты тепе-тендік күй деп аталады.
2. Горизонталь жазықтық бетінде жатқан шарды шамалы қозғап еркіне жіберсек, ол бастапқы орнына қайтып келмей, қозғалысын тоқтатады (1,б-сурет). Мұндай құбылыс дененің талғаусыз тепе-теңдік күйі деп аталады.
3. Дөңес беттің ең жоғарғы нүктесіндегі жатқан шарды шамалы қозғап еркіне жіберсек, ол қозғалысын онан әрі шексіз жалғастыра береді (1,в-сурет). Мұндай құбылыс дененің орнықсыз тепе-теңдік күйі деп аталады.
Осыңдай құбылыстарды күш әсер еткен серпімді жүйелерде де байқауға болады.
Мысалы, шамасы аз бойлық күшпен сығылған сырық иіліп, өзінің түзу сызықты пішінін шамалы өзгерткенімен, орнықты тепе-тендік күйін жоғалтпайды (1,г-сурет). Сығушы күш аз шамаға өссе, деформация да аз шамаға өседі. Сыртқы күш әсері жойылса, деформация да жойылып, сырық өзінің бастапқы түзу сызықты орнықты тепе-тендік күйіне қайтып оралады. Сыртқы күш шамасы кризистік күштен аз ғана артса, сығылған сырықнің түзу сызықты тепе-теңдік күйі орнықсыз тепе-теңдік күйге айналып, орнықты қисық сызықты тепе-тендік күйге ауысар еді (1,д-сурет). Сығылған сырықты түзу сызықты тепе-теңдік күйінен ажырататын ең кіші сыртқы күш дағдарыс күші деп аталады.
Тәжірибелік зерттеулерге қарағанда сығушы күштің шамасы аумалы күштің шамасынан аз болса, стерженнің иілу мөлшері де аз, ал сығушы күштің шамасы дағдарыс күшінің шамасына жуықтаған кезде сығылған сырықтың иілу мөлшері едәуір өсіп кетеді (1,е-сурет). Сондықтан, бұл құбылыс инженерлік практикада өте қауіпті болып табылады.
Конструкция элементі орнықтылығын жоғалтпай қызметін сенімді атқаруы үшін сығушы күштің шамасы қауіпсіз күштен бір шама кіші болуы тиіс: Р  [Р], мұндағы [P] - қауіпсіз күш, Рд — дағдарыс күші, na— орнықтылыққа қауіпсіздік еселігі.
Орнықтылыққа қауіпсіздік еселігі сырықтың көлденең қимасының пішініне, материалының қасиеттеріне, жұмыс істеу шарттарына, тағы басқа факторларға байланысты қабылданады. Мысалы, құрылыс конструкцияларында қолданылатын көміртекті болаттар үшін n0 = 1,8... 3,0; шойын үшін n0= 5...6; ағаш үшін n0 = 3...4, ал мәшине жасау өнеркәсібінде пайдаланылатын болаттар үшін n0 - 4... 5; шойын үшін n0 = 8... 10 т. с. с, Орнықтылыққа қауіпсіздік еселігі беріктікке қауіпсіздік еселігінен әдетте біршама үлкен.
Конструкция элементтерінің орнықтылық мәселесі иілгенде, бұралғанда, сондай-ақ күрделі деформацияланғанда да орын алуы мүмкін. Ал бұл жерде біз орнықтылық теориясының ең қарапайым түрі — тек сығылған сырықтардың орнықтылығын қарастырамыз.

Пән: Физика
Жұмыс түрі:  Материал
Тегін:  Антиплагиат
Көлемі: 10 бет
Таңдаулыға:   
Дәріс-14. Деформацияланатын серпімді жүйелердің тепе-теңдік күйінің
орнықтылығы

1 Бойлық иілу. Дағдарыс күші. Эйлер формуласы

Конструкция элементтері беріктікке, қатаңдыққа есептелгенде, оған әсер
етуші сыртқы күштер мен оның көлденең қималарындағы ішкі күштер өзара
орнықты тепе-тендік күйде деп қарастырылады. Негізінде, кез келген серпімді
жүйенің тепе-тендік күйі орнықты бола бермейді. Мұндай құбылыстар туралы
толық түсінік беру үшін физика курсынан мәлім, келесі мысалдарды еске
түсірейік.

1. Ойыс беттің ең төменгі нүктесіңде жатқан шарды шамалы қозғап еркіне
жіберсек, ол өзінің бастапқы орнына қайта оралады (1, а-сурет). Дененің
мұндай күйі орнықты тепе-тендік күй деп аталады.

2. Горизонталь жазықтық бетінде жатқан шарды шамалы қозғап еркіне
жіберсек, ол бастапқы орнына қайтып келмей, қозғалысын тоқтатады (1,б-
сурет). Мұндай құбылыс дененің талғаусыз тепе-теңдік күйі деп аталады.

3. Дөңес беттің ең жоғарғы нүктесіндегі жатқан шарды шамалы қозғап
еркіне жіберсек, ол қозғалысын онан әрі шексіз жалғастыра береді (1,в-
сурет). Мұндай құбылыс дененің орнықсыз тепе-теңдік күйі деп аталады.

Осыңдай құбылыстарды күш әсер еткен серпімді жүйелерде де байқауға
болады.

Мысалы, шамасы аз бойлық күшпен сығылған сырық иіліп, өзінің түзу
сызықты пішінін шамалы өзгерткенімен, орнықты тепе-тендік күйін жоғалтпайды
(1,г-сурет). Сығушы күш аз шамаға өссе, деформация да аз шамаға өседі.
Сыртқы күш әсері жойылса, деформация да жойылып, сырық өзінің бастапқы түзу
сызықты орнықты тепе-тендік күйіне қайтып оралады. Сыртқы күш шамасы
кризистік күштен аз ғана артса, сығылған сырықнің түзу сызықты тепе-теңдік
күйі орнықсыз тепе-теңдік күйге айналып, орнықты қисық сызықты тепе-тендік
күйге ауысар еді (1,д-сурет). Сығылған сырықты түзу сызықты тепе-теңдік
күйінен ажырататын ең кіші сыртқы күш дағдарыс күші деп аталады.

Тәжірибелік зерттеулерге қарағанда сығушы күштің шамасы аумалы күштің
шамасынан аз болса, стерженнің иілу мөлшері де аз, ал сығушы күштің шамасы
дағдарыс күшінің шамасына жуықтаған кезде сығылған сырықтың иілу мөлшері
едәуір өсіп кетеді (1,е-сурет). Сондықтан, бұл құбылыс инженерлік
практикада өте қауіпті болып табылады.

Конструкция элементі орнықтылығын жоғалтпай қызметін сенімді атқаруы
үшін сығушы күштің шамасы қауіпсіз күштен бір шама кіші болуы тиіс: Р (
[Р], мұндағы [P] - қауіпсіз күш, Рд — дағдарыс күші, na— орнықтылыққа
қауіпсіздік еселігі.

Орнықтылыққа қауіпсіздік еселігі сырықтың көлденең қимасының пішініне,
материалының қасиеттеріне, жұмыс істеу шарттарына, тағы басқа факторларға
байланысты қабылданады. Мысалы, құрылыс конструкцияларында қолданылатын
көміртекті болаттар үшін n0 = 1,8... 3,0; шойын үшін n0= 5...6; ағаш үшін
n0 = 3...4, ал мәшине жасау өнеркәсібінде пайдаланылатын болаттар үшін n0 -
4... 5; шойын үшін n0 = 8... 10 т. с. с, Орнықтылыққа қауіпсіздік еселігі
беріктікке қауіпсіздік еселігінен әдетте біршама үлкен.

Конструкция элементтерінің орнықтылық мәселесі иілгенде, бұралғанда,
сондай-ақ күрделі деформацияланғанда да орын алуы мүмкін. Ал бұл жерде біз
орнықтылық теориясының ең қарапайым түрі — тек сығылған сырықтардың
орнықтылығын қарастырамыз.

2. Дағдарыс күші. Эйлер формуласы.

Бойлық өс бойымен сығылған қос топсалы арқалықты қарастырайық. Сығушы
күштің шамасы дағдарыс күшіне теңелгенде арқалық орнықтылығын жоғалтпай,
шамалы иіліп, бейтарап тепе-тендік күйде болады (2, а-сурет).

Июші моменттің таңбалары туралы ереже бойынша иілген арқалықтың дөңес жағы
жоғары жатса, оның қималарындағы июші моменттер теріс, иілу мөлшерлері оң
танбалы, ал дөңес жағы төмен жатса, июші момент оң, иілу мөлшері теріс
таңбалы болады.

Олай болса координаты z-ке тең арқалықтың қимасындағы июші момент

(1)

Арқалық серпімді деформацияланады деп, серпімді сызығының
дифференциалдық тендеуін құрайық

немесе . (2)

Енді

(3)

деп белгілейік. Сонда (2) теңдеуін келесі түрде жазуға болады

(4)

Бұл сызықты дифференциалдық тендеудің шешуі

Мұндағы А және В шеттік шарттардан анықталатын интегралдау тұрақтылары.

Бірінші шарт бойьнша A = 0, өйткені cos =1, sin = 0. Олай
болса

(5)

Екінші шарт бойынша В sin = 0. Erep B = 0 болса, онда арқалықтың
кез келген қимасындағы иілу мөлшері нөлге тең болғаны. Бұл шешім есептің
бастапқы шартына қайшы, сондықтан В 0, sin = 0, яғни = 0,
, осыдан

(6)

Алынған (3, 6) теңдіктерін салыстырып

екенін көреміз.

Сығылған арқалық орнықтылығын ең кіші қатаңдық жазықтығында жоғалтады,
олай болса J=Jmin яғни
, (7)

Енді сырықтың орнықты тепе-теңдік күйінен ауытқуына сәйкес, дағдарыс
күшінің ең кіші мәнін табайық

Бұл шешім есептің бастапқы шартына қайшы, демек, дағдарыс күші n = 1
болғанда өзінің ең кіші мәніне ие болады

(8)

Бұл формуланы 1744 жылы Петербург академиясының академигі Л. Эйлер
ұсынғаңдықтан, Эйлер формуласы деп атайды.

Erep (5,6) теңдеулерін бірге қарастырсақ, сығылған арқалықтың серпімді
сызығы келесі теңдеумен өрнектеледі:

(9)

Соңғы теңдеуден z бойынша туынды алып, нөлге теңестірейік:
мұңдағы Косинустың ең кіші мәніне сәйкес аргумент 2
болғандықтан,

(10)

n = 1 болғаңда . Демек, талғаусыз күйдегі кос тіректі арқалықтың
серпімді сызығы синусоиданың жарты толқынына сәйкес келеді, ал ең үлкен
иілу мөлшері синусоиданың ортасында жатады (2, а-сурет).

n = 2 болса, , ал n = 3 болса, . Яғни, тірек аралығындағы
синусоидалық жарты толқындардың саны n-ге тең (2 б, в-сурет).

3. Тұғыр түрлерінің дағдарыс күшінің шамасына әсері

Бейтарап күйдегі топсалы қос тұғырлы арқалықтың серпімді сызығы
синусоиданың жарты толқынымен сәйкес келеді (3, а-сурет). Еңді, басқа
тұғырларға бекітілген арқалықтарды қарастырайық.

Бір ұшы қатаң бекітілген арқалықтың екінші ұшында, шамасы дағдарыс
күшіне тең бойлык күш әсер етсін. Бұл арқалыктың серпімді сызығы, бейтарап
күйдегі топсалы қос тұғырлы, ұзындығы 2l-ге тең арқалықтың серпімді
сызығының жартысына сәйкес келеді (3а,б-сурет). Олай болса, қарастырылған
арқалықтың дағдарыс күші ұзындығы 21-ге тең, топсалы қос тұғырлы арқалықтың
дағдарыс күшіне тең

(11)

Енді екі ұшы катаң бекітілген бейтарап күйдегі арқалықты
қарастырайық. Арқалықтың серпімді сызығы синусоиданың екі жарты толқынына
сәйкес келеді (3, в-сурет). Талғаусыз күйдегі қос тұғырлы арқалықтың
серпімді сызығымен салыстырып,

(12)

екенін көреміз (3 а, в-сурет).

Дәл осылай бір ұшы қатаң, ал екінші ұшы топсалы тірекпен талғаусыз
күйдегі арқалықтың аумалы күшін табамыз. (3, а, г-сурет)

(13)

Бейтарап күйдегі, тіректері әр түрлі ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Инженерлік механика пәні бойынша Құрылыс мамандығының білім алушыларына арналған ПӘННІҢ ОҚУ-ӘДIСТЕМЕЛIК КЕШЕНІ
Көлденең күш пен июші моменттер
Сырықтардың деформациясын математикалық тұрғыда ұтымды басқару моделі
Электромеханикалық ұқсастық және оның тербелісті зерттеуге қолданылуы
Материалдар кедергісі ғылымының даму тарихы
Сыртқы күштер
Механикалық тербелістер мен механикалық толқындарға, осы тақырып бойынша негізгі ұғымдар мен анықтамаларға ғылыми-әдістемелік талдау жүргізу
Деформация туралы
Полимерлі материалдардың реологиясы және жылуфизикалық қасиеттерін зерттеу
Мыс және оның қорытпалары
Пәндер