Płaskie zginanie pręta: Różnice pomiędzy wersjami

[wersja przejrzana][wersja przejrzana]
Usunięta treść Dodana treść
→‎Linki zewnętrzne: drobne redakcyjne
Linia 3:
<!--obciążenia materiału, w którym na materiał działa [[moment siły|moment]], nazwany momentem zginającym, pochodzący od pary sił działających w płaszczyźnie przekroju wzdłużnego materiału. -->
 
Zginanie
<!--występuje w elementach konstrukcji, którymi najczęściej są -->
jest dominującym sposobem pracy elementów konstrukcji, którymi są
Linia 9:
 
Ze względów technicznych, dla materiałów liniowo-sprężystych, rozróżnia się kilka przypadków szczególnych zginania:
 
* czyste zginanie – naprężenia w przekroju redukują się jedynie do [[moment gnący|momentu zginającego]], brak jest [[Siły wewnętrzne|sił podłużnych]] i sił poprzecznych (ścinających),
* proste zginanie – naprężenia redukują się do momentu i sił poprzecznych,
* ściskanie/rozciąganie mimośrodowe – naprężenia redukują się do momentu i siły podłużnej, siły poprzeczne mogą, ale nie muszą wystąpić.
 
Zginanie jest pokrewne [[rozciąganie|rozciąganiu]] i [[ściskanie|ściskaniu]], gdyż powoduje pojawienie się naprężeń normalnych w przekrojach poprzecznych elementu. W przeciwieństwie jednak do rozciągana i ściskania, rozkład naprężeń normalnych w przekroju elementu jest nierównomierny.
Linia 20 ⟶ 19:
 
Skutkiem tego założenia jest równanie odkształceń wzdłuż wysokości przekroju. Przy założeniu, że odkształcenie na osi pręta (z=0) jest zerowe odkształcenia wynoszą:
:: <math> \epsilon_x = \pm \frac{z}{\rho} </math>
gdzie arbitralność znaku wynika z przyjętej parametryzacji dla obliczenia promienia [[Krzywizna krzywej|krzywizny]].
 
Odkształcenia wywołują naprężenia normalne:
:: <math> \sigma_x = \pm E \frac{z}{\rho} </math>
 
Obliczając siłę podłużną w przekroju
:: <math> N=\int_A \sigma_x dA = \pm E \int_A \frac{z}{\rho} dA= \pm \frac{E}{\rho} \int_A z dA = \pm \frac{E}{\rho} S_x </math>
oraz moment zginający
:: <math> M=\int_A z\sigma_x dA = \pm E \int_A \frac{z^2}{\rho} dA =
\pm \frac{E}{\rho} \int_A z^2 dA = \pm \frac{E}{\rho} J_x
</math>
gdzie <math> J_x</math> jest [[Geometryczny moment bezwładności|momentem bezwładności]] względem osi <math>x</math> pręta.
 
Jeśli [[Siły wewnętrzne|wielkości przekrojowe]] są obliczanie względem środka ciężkości przekroju, to <math> S_x=0</math> oraz <math> N=0</math> (zginanie bez siły podłużnej). Wtedy pozostaje jedno równanie
 
:: <math> \frac{EJ_x}{ \rho(x)} = \pm M(x) </math>
 
Stąd można wyliczyć promień krzywizny i uzyskać równanie naprężeń wzdłuż wysokości przekroju
:: <math> \sigma_x(z) = \pm \frac{z\cdot M}{J_x} </math>
 
Dla nieskończenie małych przemieszczeń i odkształceń krzywiznę przybliża się drugą pochodną równania linii ugięcia:
:: <math> \frac{1}{\rho}\approx \pm w''(x) </math>
otrzymując równanie różniczkowe:
:: <math> EJ_x w''(x) = \pm M(x)</math>
gdzie znak należy dobrać stosownie do konwencji znakowania momentów.
 
Jeśli <math> M(x) = const</math> to jest to przypadek czystego zginania. Równaniem linii ugięcia jest parabola i jest to rozwiązanie ścisłe, pozbawione sprzeczności.
 
Jeśli moment jest zmienny względem x to z tw. [[Twierdzenie Schwedlera-Żurawskiego|Schwedlera-Żurawskiego]] wynika istnienie sił poprzecznych. Wtedy równanie linii ugięcia staje się równaniem czwartego rzędu:
:: <math> EJ_x w^{IV} = - q(x) </math>
 
Jest to przypadek prostego zginania. Prowadzi on do wewnętrznie sprzecznego rozwiązania – nie są spełnione warunki nierozdzielności. Pomimo tego jest on używany do praktycznego projektowania, gdyż dla prętów długich w stosunku do rozmiarów przekroju błąd jest pomijalny. Dla prętów krępych (krótkich w stosunku do wymiarów przekroju) zginanie jest lepiej opisywane przez teorię Timoshenki.
 
Maksymalne [[naprężenie]] normalne w przekroju poprzecznym jest osiągane dla <math> z_{max}</math> i wynosi:
 
<math>\sigma_{max} = \frac {M_x} {W_x}</math>
<math>
\sigma_{max} = \frac {M_x} {W_x}
</math>
 
Gdzie:
: σ<sub>max</sub> maksymalne [[naprężenie]] normalne
: M<sub>x</sub> [[moment siły|moment gnący (zginający)]]
: W<sub>x</sub> wskaźnik [[współczynnik wytrzymałości przekroju na zginanie| wytrzymałości przekroju na zginanie]], którego wartość wynosi <math> W=\frac{J_x}{z_{max}} </math> i zależy od rozmiaru i kształtu przekroju elementu.
 
Zgodnie z [[wytężenie|hipoteza wytężeniową]] naprężenie musi spełniać warunek:
 
<math>\sigma_{max} < k_g</math>
<math>
\sigma_{max} < k_g
</math>
 
Gdzie:
k<sub>g</sub> dopuszczalna wytrzymałość na zginanie
 
== Bibliografia ==
* {{Cytuj książkę| nazwisko = Piechnik| imię = Stefan| tytuł = Wytrzymałość materiałów. Dla wydziałów budowlanych| data = 1980| wydawca = Państwowe Wydawnictwo Naukowe| miejsce = Warszawa| isbn = 8301008733| strony =}}
*{{Cytuj książkę
| nazwisko = Piechnik
| imię = Stefan
| tytuł = Wytrzymałość materiałów : dla wydziałów budowlanych
| data = 1980
| wydawca = Państwowe Wydawnictwo Naukowe
| miejsce = Warszawa
| isbn = 8301008733
| strony =
}}
 
== Linki zewnętrzne ==