Студопедия — Основные этапы проектирования АУК
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Основные этапы проектирования АУК

Напряжения в точке. Главные напряжения и главные площадки.

 

Напряжения являются результатом взаимодействия частиц тела при его нагружении. Внешние сипы стремятся изменить взаимное расположение частиц, а возникающие при этом напряжения препятствуют их смещению. Расположенная в данной точке частица по-разному взаимодействует с каждой из соседних частиц. Поэтому в общем случае в одной и той же точке напряжения различны по различным направлениям.

В сложных случаях действия сил на брус (в отличие от растяжения или сжатия) вопрос об определении наибольших напряжений, а также положения площадок, на которых они дей­ствуют, усложняется. Для решения этого вопроса приходится специально исследовать за­коны изменения напряжений при изменении положения площадок, проходящих через данную точку. Возникает проблема исследования напряженного состояния в точке деформируемого тела.

Напряженное состояние в точке - совокупность напряжений (нормальных и касательных), действующих по всевозможным площадкам (сечениям), проведенным через эту точку.

Изучение напряженного состояния дает возможность анализировать прочность материала для любого случая нагружения тела.

 

 

Рис. 5.1

 

Исследуя напряженное состояние в данной точке деформируемого тела, в ее окрестно­сти выделяют бесконечно малый (элемен­тарный) параллелепипед, ребра которого направлены вдоль соответствующих координатных осей. При действии на тело внешних сил на каждой из граней элемен­тарного параллелепипеда возникают на­пряжения, которые представляют нормаль­ными и касательными напряжениями проекциями полных напряжений на коор­динатные оси (рис. 5.1).

Нормальные напряжения обозначают буквой σ с индексом, соответствующим нормали к площадке, на которой они действуют. Касательные напряже­ния обозначают буквой τ с двумя индексами: первый соответствует нормали к площадке, а второй - направлению самого напряжения (или наоборот).

Таким образом, на гранях элементарного параллелепипеда, выделенного в окрестности точки нагруженного тела, действует девять компонентов напря­жения. Их можно записать в виде следующей квадратной матрицы:

σх τху τхz

Тσ = τуx σу τуz

τzx τzу σz

 

Эта совокупность напряжений называется тензором напряжений.

Тензор напряжений полностью описывает напряженное состояние в точке, то есть если известен тензор напряжений в данной точке, то можно найти напряжения на любой из площадок, проходящих через данную точку (заметим, что тензор представляет собой особый математический объект, компоненты которого при повороте координатных осей подчиняются специфическим правилам тензорного преобразования, при этом тензорное исчисление составляет отдельный раздел высшей математики и здесь не рассматривается).

Используем принятое правило знаков для напряжений в общем виде. Нормальное напряжение σ считается положительным, если совпадает по направлению с внешней нормалью к площадке, касательные напряжения τ считаются положительными, если вектор касательных напряжений следует поворачивать против хода часовой стрелки до совпадения с внешней нормалью (рис. 5.2). Отрицательными считаются напряжения обратных направлений.

 

 

Рис. 5.2

 

Не все девять компонентов напряжений, действующих на гранях параллеле­пипеда, независимые (несвязанные друг с другом). В этом легко убедится, составив уравнения равновесия элемента в отношении его вращений относи­тельно координатных осей. Записав уравнения моментов от сил, действую­щих по граням параллелепипеда, и пренебрегая их изменением при переходе от одной грани к другой ей параллельной, получим, что

τху = τух, τхz = τzх, τyz = τzy (5.1)

Данные равенства называют законом парности касательных на­пряжений.

Закон парности касательных напряжений: по двум взаимно перпендикуляр­ным площадкам касательные напряжения, перпендикулярные линии пересе­чения этих площадок, равны между собой.

Закон парности касательных напряжений устанавливает зависимость между величинами и направлениями пар касательных напряжений, действующих по взаимно перпендикулярным площадкам элементарного параллелепипеда.

В окрестности исследуемой точки можно выделить бесконечное множество взаимно перпендикулярных площадок. В том числе можно найти и такие площадки, на которых действуют только нормальные напряжения, а каса­тельные напряжения равны нулю. Такие площадки называют главными (более точно – площадки главных напряжений).

Рассмотрим две взаимно перпендикулярные площадки с касательными напряжениями τху и τух. Согласно закону парности касательных напряжений эти напряжения равны. Поэтому, если площадку с напряжением τху поворачивать до совпадения с площадкой с напряжением τух, то обязательно найдется такое положение площадки, когда касательное напряжение τ = 0.

Главные площадки - три взаимно перпендикулярные площадки в окрестно­сти исследуемой точки, на которых касательные напряжения равны нулю.

Главные напряжения - нормальные напряжения, действующие по главным площадкам (то есть площадкам, на которых отсутствуют касательные напряжения).

Главные напряжения обозначаются σ1, σ2, σ3, причем σ1 ≥ σ2 ≥ σ3 .

На главных площадках нормальные напряжения (главные напряжения) принимают свои экстремальные значения – максимум σ1, минимум σ3 .

Тензор напряжений, записанный через главные напряжения, принимает наиболее простой вид:

σ1 0 0

Тσ = 0 σ2 0

0 0 σ3

 

В зависимости от того, сколько главных напряжений действует в окрестности данной точки, различают три вида напряженного состояния:

1) линейное (одноосное) - если одно главное напряжение отлично от нуля, а два других равны нулю (σ1 ≠0, σ2 = 0, σ3 = 0);

2) плоское (двухосное) - если два главных напряжения отличны от нуля, а одно равно нулю (σ1 ≠0, σ2 ≠ 0, σ3 = 0);

3) объемное (трехосное) - если все три главных напряжения отличны от нуля (σ1 ≠0, σ2 ≠ 0, σ3 ≠ 0).

Рис. 5.3

 

Линейное напряженное состояние

Линейным или одноосным называется напряженное состояние, при котором два из трех главных напряжений равны нулю (рис. 5.3, а).

Элементы, находящиеся в линейном напряженном состоянии, можно выделить в окрест­ности некоторых точек стержня, работающего на изгиб, иногда — при сложном нагружении, но главным образом на растяжение или сжатие.

Рассмотрим стержень, испытывающий простое растяжение (рис.5.4). Нормальные напряжения в его по­перечных сечениях определяются следующим образом:

σ3 = = .

Касательные напряжения здесь равны нулю. Следовательно, эти сечения являются главными площадками (σ1 = σ0).

 

 

 

Рис. 5.4

 

Перейдем теперь к определению напряжений на неглавных, наклонных площадках. Выделим площадку, нормаль к которой составляет с осью стержня угол α (рис. 5.5). Проведенную таким образом наклонную площадку будем обозначать α -площадкой, а действующие на ней полные, нор­мальные и касательные напряжения - р α, σ α, τα соответственно. При этом площадь α -площадки (А α)связана с площадью поперечного сечения стержня (А0)следующим образом: А α = А0 /cos α.

Для определения напряжений воспользуемся методом мысленных сечений. Считая, что наклонная площадка рассекла стержень на две части, отбросим одну из них (верхнюю) и рассмотрим равновесие оставшейся (нижней). Осевая сила (N) в сечении представляет собой равнодействующую полных на­пряжений р α. Следовательно,

N = рα · Аα.

Отсюда

р α= = cos α = σ0 cos α.

 

 

Рис. 5.5

 

Нормальные и касательные напряжения определим, проецируя полное на­пряжение на нормаль и плоскость α -площадки соответственно:

σ α = р α · cos α;

τα = р α · sin α,

или, учитывая, что р0 = σ0 cos α;

σ α = σ0 cos2 α;

τα = 0,5σ0 sin 2α.

Из анализа формул видно, что:

1) На площадках, перпендикулярных оси, касательные напряжения равны нулю (такие площадки называются главными, а действующие на них нормальные напряжения – главными нормальными напряжениями), т.е. при α = 0 в поперечных сечениях стержня τα = 0, σ α = σ01 = σ0, σ2 = 0, σ3 = 0);

2) На площадках, параллельных оси, никаких напряжений нет, поэтому это также главная площадка, т.е. при α = π / 2 в поперечных сечениях стержня τα = 0, σ α = 0;

3) Наибольшие нормальные напряжения действуют в поперечных сечениях, а наибольшие касательные – на площадках, наклоненных к ним под углом 45°, т.е. при α = ± π / 4 в поперечных сечениях стержня возникают максимальные касательные напряжения τα = τmax= σ0 / 2 (нормальные напряжения σα = σ0 / 2).

 

Напряжения на наклонных площадках при плоском напряженном состоянии

Плоским или двухосным называется напряженное состояние, при котором одно из трех главных напряжений равно нулю (рис. 5.3, б).

Плоское (двухосное) напряженное состояние встречается при кручении, изгибе и сложном сопротивлении и является одним из наиболее распространенных видов напряженного со­стояния.

 

Рис. 5.6

 

Определим напряжения на наклонных пло­щадках при плоском напряженном состоя­нии. Рассмотрим элементарный параллеле­пипед, грани которого являются главными площадками (рис. 5.6). По ним действуют положи­тельные напряжения σ1 и σ2 , а третье глав­ное напряжение σ3 = 0.

Проведем сечение, нормаль к которому по­вернута на угол α от большего из двух глав­ных напряжений (σ1) против часовой стрел­ки (положительное направление α;). Напря­жения σα и τα на этой площадке будут вызываться как действием σ1. так и действием σ2.

Запишем правила знаков. Будем считать положительными следующие направления напряжений и углов: нормальные напряжения σ — растягивающие: касательные напряжения τ — вращающие элемент по часовой стрелке: угол α — против часовой стрелки от наибольшего из главных напряжений (α; < 45°).

Плоское напряженное состояние может быть представле­но как наложение (суперпозиция) двух взаимноперпендикулярных (ортогональных) одноосных напряженных состояний (рис. 5.7). При этом:

σα = σα΄ + σα΄΄,

τα = τα΄ + τα΄΄,

где σα΄, τα΄—напряжения, вызванные действием σ1;

σα΄΄, τα΄΄ — напряжения, вызванные действием σ2.

рис.5.7

Напряжения при одноосном напряженном состоянии (от действия Ci) связаны между собой как

σα΄ = σ1 cos2 α;

τα΄ = 0,5 σ1 sin 2 α;.

Напряжения σα΄΄, τα΄΄, вызванные действием σ2, можно найти аналогично, но при этом необходимо учесть, что вместо угла α; в формулы необходимо под­ставить угол β; = — (90°— α;) — угол между α; -площадкой и напряжением σ2.Отсюда получим

σα΄΄ = σ2 ∙ cos2[— (90°— α;)] → σα΄΄ = σ2 sin2 α;;

τα΄΄ = 0,5 σ2 sin 2[— (90°— α;)] → τα΄΄ = - 0,5 σ2 sin2 α;;

Окончательно можем записать

σα = σ1 cos2 α; + σ2 sin2 α = + cos2 α;; (5.2)

τα = 0,5 σ1 sin 2 α; - 0,5 σ2 sin2 α; = sin2 α;. (5.3)

Основные этапы проектирования АУК

Резюмируя рассмотренный выше учебный материал можно рекомендовать следующую последовательность проектирования АУК.

1. Разработка модели содержания учебного материала АУК. Строят на основе модели содержания всего комплекса. Дело в том, что учебный комплекс может включать набор из нескольких АУК. При этом разбиение учебного материала на УЭ проводят исходя из рекомендуемых размеров информационных блоков (3-5 страниц).

2. Разработка модели освоения учебного материала АУК. За основу принимают модель всего комплекса.

3. Разработка содержания ИБ. Для каждого УЭ готовят учебные тексты, эскизы графических иллюстраций, сценарии анимационных вставок и т.п. Здесь же готовят ИБ для мотивационных, вводных и обобщающих фрагментов АУК.

4. Формирование последовательности ИБ. Располагают их в соответствии с моделью освоения учебного материала и с учетом мотивационных, вводных и обобщающих ИБ.

5. Выбор структуры АУК. Возможные варианты: глобальная многослойная структура, при реализации которой все УЭ осваиваются на уровне , затем на уровне и т.д.; локальная многослойная структура, в которой продвижение вверх по осуществляется внутри каждого фрагмента АУК.

6. Разработка упражнений и кадров обратной связи к ним. Для каждого ИБ готовят не менее 2-5 упражнений на каждом уровне усвоения , предусмотренном в модели содержания учебного материала. Типы упражнений выбирают в соответствии с уровнем усвоения (см. п. 2.5) и выбранным психологическим механизмом усвоения (см. п. 2.2). Последовательность выполнения упражнений планируют также с учетом выбранной теории усвоения. Форму упражнений определяют на основе возможностей используемой инструментальной среды.

 




<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
ОСНОВЫ ТЕОРИИ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ | Система защиты

Дата добавления: 2015-03-11; просмотров: 404. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Обзор компонентов Multisim Компоненты – это основа любой схемы, это все элементы, из которых она состоит. Multisim оперирует с двумя категориями...

Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм...

Важнейшие способы обработки и анализа рядов динамики Не во всех случаях эмпирические данные рядов динамики позволяют определить тенденцию изменения явления во времени...

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Статика является частью теоретической механики, изучающей условия, при ко­торых тело находится под действием заданной системы сил...

Устройство рабочих органов мясорубки Независимо от марки мясорубки и её технических характеристик, все они имеют принципиально одинаковые устройства...

Ведение учета результатов боевой подготовки в роте и во взводе Содержание журнала учета боевой подготовки во взводе. Учет результатов боевой подготовки - есть отражение количественных и качественных показателей выполнения планов подготовки соединений...

Сравнительно-исторический метод в языкознании сравнительно-исторический метод в языкознании является одним из основных и представляет собой совокупность приёмов...

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ИЗНОС ДЕТАЛЕЙ, И МЕТОДЫ СНИЖЕНИИ СКОРОСТИ ИЗНАШИВАНИЯ Кроме названных причин разрушений и износов, знание которых можно использовать в системе технического обслуживания и ремонта машин для повышения их долговечности, немаловажное значение имеют знания о причинах разрушения деталей в результате старения...

Различие эмпиризма и рационализма Родоначальником эмпиризма стал английский философ Ф. Бэкон. Основной тезис эмпиризма гласит: в разуме нет ничего такого...

Индекс гингивита (PMA) (Schour, Massler, 1948) Для оценки тяжести гингивита (а в последующем и ре­гистрации динамики процесса) используют папиллярно-маргинально-альвеолярный индекс (РМА)...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.016 сек.) русская версия | украинская версия