РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ РАМЫ С ЛОМАНОЙ ОСЬЮ кратко

Пространственные системы – это шарнирно-стержневые системы, опирающиеся на пространственные опоры, имеющие свои статические и кинематические свойства.

Пространственные системы опираются на пространственные опоры, которые имеют свои кинематические и статические свойства. Обычно связи опор считаются жесткими, а перемещения по их направлениям равны нулю

В пространственной раме, в отличие от плоской, как стержни, составляющие раму, так и нагрузки не находятся в одной плоскости (рис 7.4 а, 6). При построении эпюр используется, как и в других случаях, метод усечений. При наличии заделки удобно обходить раму со свободного конца, в противном случае при общем нагружении надо определять в заделке шесть реакций - три силы и три момента.

Рис. 7.4

Особенности построения эпюр ВСФ для пространственных рам:

1. Используется скользящая система.координат, при этом ось Z направлена всегда вдоль стержней Оси х, у, z связаны между собой жестко и при повороте оси Z поворачиваются вместе с ней (рис. 7.4 в, г).
2. Суммы проекций внешних сил, действующих на оставленную часть рамы, на продольные оси стержней, равны продольным силам Ni, на поперечные оси - поперечным сипам Qi.
3. Правило знаков для продольной силы N прежнее, знак поперечной силы Q не определяется. Знак изгибающего момента также не определяем, эпюра строится на сжатом волокне.
4. Эпюры Ni строятся в любой плоскости с любой стороны стержней. Эпюры Q удобно строить в плоскости действия силы, которая вызывает поперечную силу Q.
5. На взаимно перпендикулярных стержнях, лежащих в одной плоскости, при наличии нагрузки, перпендикулярной плоскости расположения стержней, изгибающие моменты переходят в крутящие и наоборот.
6. Внешние силы нагружают все стержни, которые соединяют точку приложения силы с заделкой.
7. При построении эпюр в пространственных рамах удобно рассматривать каждый стержень в отдельности, т.е.:
   • а) закреплять стержни (ставить заделку) в точках соединения с соседними стержнями;
   • б) нагружать стержни в начале всеми теми усилиями, которые приходят с соседних стержней;
   • в) строить на этом стержне эпюры от каждого силового фактора (рис. 7.4, а, б, в, г), пришедшего к началу участка, в отдельности;
   • г) направление изгибающих моментов определять по эпюрам Мизг, помня, что они построены на сжатом волокне.

Применение

Применение знаний о расчете на прочность пространственной рамы с ломаной осью

расчет на прочность пространственной рамы с ломаной осью является важной задачей в инженерной практике. Такие рамы могут использоваться в различных конструктивных и технических приложениях, где важна их надежность и устойчивость при эксплуатации. Вот основные области применения и примеры:

Области применения:

Гражданское строительство

• Строительные сооружения: Пространственные рамы с ломаной осью используются в каркасных конструкциях зданий и мостов. Анализ их прочности позволяет обеспечить устойчивость и безопасность конструкций при различных нагрузках.

• Арочные конструкции: Часто применяются в арочных мостах и крышах, где ломаная ось рамы помогает распределять нагрузки более равномерно.

Промышленное строительство

• Промышленные здания и сооружения: Важны для создания конструкций цехов, складов и ангаров, где требуется выдерживать значительные нагрузки от оборудования и материалов.

• Крановые конструкции: В промышленных кранах используются рамы с ломаной осью для обеспечения стабильности и грузоподъемности.

Аэрокосмическая инженерия

• Каркасные конструкции самолетов: Пространственные рамы с ломаной осью применяются в каркасе фюзеляжа и крыльев, обеспечивая прочность и жесткость конструкции.

• Космические аппараты: Используются в каркасах и опорных элементах космических аппаратов для противодействия деформациям и нагрузкам в условиях космоса.

Машиностроение

• Станки и оборудование: Пространственные рамы применяются в конструкции станков, прессов и другого оборудования, чтобы обеспечить их жесткость и надежность.

• Каркасы транспортных средств: Используются в автомобилях и железнодорожном транспорте для создания прочных и устойчивых каркасов.

Энергетика

• Поддерживающие конструкции: В энергетических установках, таких как электростанции и нефтеперерабатывающие заводы, рамы с ломаной осью используются для поддержки оборудования и трубопроводов.

• Трубопроводные системы: Применяются для создания прочных опорных конструкций трубопроводов, особенно в местах изгибов и разворотов.

Примеры расчета на прочность:

Статический анализ

Используется для определения напряжений и деформаций в элементах рамы под воздействием статических нагрузок. Анализ позволяет выявить наиболее напряженные участки конструкции и определить их устойчивость к разрушению.

Метод конечных элементов (МКЭ)

Часто применяется для численного анализа пространственных рам с ломаной осью. Метод позволяет моделировать сложные геометрические формы и распределение нагрузок, что особенно полезно для анализа нестандартных конструкций.

Динамический анализ

Необходим для оценки поведения конструкции под воздействием динамических нагрузок, таких как вибрации, удары и сейсмические воздействия. Динамический анализ помогает предотвратить разрушение конструкции в экстремальных условиях.