Задачи (с решениями) по сопромату

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГОХОЗЯЙСТВА РФ
Федеральное государственноеобразовательное учреждение
высшего профессиональногообразования
«Пермская государственнаясельскохозяйственная академия имени академика Д.Н. Прянишникова»Кафедра «Детали машин»
КОНТРОЛЬНАЯРАБОТА № 1
подисциплине «Сопротивление материалов»
Выполнил студент второго курса
Факультета заочного обучения
специальности «Технология обслуживания
 иремонта машин в АПК»
шифр ТУ – 04 – 30
 гр.Борисов Г. В.
Домашний адрес: г. Пермь,
ул. Нефтяников 55-70
Проверил: Сюзёв В.П.
____________________
«____» _________2005г.Пермь

Шифр контрольной работы:
а
б
в
г
д
д
3
3
3 Задача № 1.
Стальнойстержень находится под воздействием продольной силы Р и собственного веса.Найти перемещение сечения I– I.
Дано:Р

            2F
                                                                           a
                      
                       I                                    I              b
                                                                           c
                          F
F
20 cм2
a
2.3 м
b

c
1.3 м
γ
78 кН/м3
Е
5 МПа
Схема
III

Решение: Перемещение сечения I – Iзависит от удлинения участков а и в, которые находятся поддействием собственного веса Gaи Gbи внешней силы (Р + Ga+ Gb),где Gа– вес участка длиной а; Gb – вес участка длиной b:

Удлинением участка с пренебрегаем, т.к. оно не влияет на удлинениесечения I – I.
Ответ: Удлинение составит Задача № 2
Абсолютно жесткий брус опирается на шарнирно неподвижную опору иприкреплён к двум стержням при помощи шарниров.
Требуется:
1)        Q;
2)        Qдоп, приравняв большееиз напряжений в двух стержнях к допускаемому напряжению
3)         и допускаемую нагрузкуQдоп,если предел текучести и запас прочности k = 1,5;
4)        Qдоп, полученные при расчёте по допускаемымнапряжениям и допускаемым нагрузкам.
Дано:Р
1300 Н
F
20 cм2
a
2.3 м
b
3.0 м
c
1.3 м
γ
78 кН/м3
α
45°
Н
150 кН
105 β
3
σх
30 МПа
σх
100 МПа
σх
30 МПа
Е
2 * 105 МПа
Схема
III
Решение
Для определения усилий N1и N2воспользуемся уравнением равновесиябруса:
            (1)
 и условием совместности деформации:
 где:

                              (2)
 Из уравнений (1) и (2) получим уравнение:
 
Подставим в уравнениецифровые значения:

Из уравнения находим:
тогда из уравнения (2)получим:       (2а)
определим напряжения встержнях:
 
Приравниваем большеенапряжение, т.е.  допускаемому:  
Предельнуюгрузоподъёмность системы найдем из уравнения (1) заменив усилия N1и N2их предельными выражениями:
  
Подставим в уравнениецифровые значения:

При запасе прочности k= 1,5 допускаемая нагрузка составит:
                 (4)
Сравнивая значениядопускаемой нагрузки Qполученные при расчёте по допускаемым нагрузкам и прирасчёте по допускаемым напряжениям делаем вывод: для обеспечения прочности(надёжности) конструкции величина силы Qне должна превышать 927,5 кН.
Задача № 4.
Стальной кубик находитсяпод действием сил, создающих плоское напряженное состояние (одно из тех главныхнапряжений равно нулю). Требуется найти:
1)    главные напряжения и направлениеглавных площадок;
2)    максимальные касательные напряжения,равные наибольшей полуразности главных напряжений;
3)    относительные деформации έх, έy, έz;
4)    относительное изменение объёма;
5)    удельную потенциальную энергию.
Дано:
Для стали: Е =  G= ;  μ = 0,25 – коэффициент Пуассона.
Решение:
Главные напряженияопределим по формуле:

Между главными напряжениямисуществует зависимость поэтому:   
Определим направлениеглавных площадок:   отсюда:
Определим максимальные касательныенапряжения по формулам:

Определим максимальныедеформации по формуле:

Удельная потенциальнаяэнергия деформаций
Потенциальная энергияизменения формы определяется по формуле:

Потенциальная энергияизменения объёма определяется по формуле:

Полная удельнаяпотенциальная энергия деформации:

Задача № 5.
К стальному валуприложены три известных момента: М1,М2, М3. Требуется:
1) установить, при какомзначении момента Х угол поворота правого концевого сечения вала равен нулю;
2) для найденногозначения Х построить эпюру крутящих моментов;
3) при заданном значении  определить диаметрвала на прочность и округлить его до ближайшего размера: 30, 35, 40, 45, 50,60, 70, 80, 90, 100мм;
4) построить эпюру угловзакручивания;
5) найти наибольшийотносительный угол закручивания (на 1 метр).
Дано:
Решение: 1. Из условиязадачи известно:
Составим условие того,что поворот правого концевого сечения равен нулю  
где   — жесткость прикручении вала, отсюда находим:
Подставим в уравнениецифровые значения и вычислим Х:

2. Вычислим значениекрутящих моментов на участках вала и построим эпюру крутящих моментов. Крутящиймомент находим методом сечений:

По найденным значениямстроим эпюру.
3. Диаметр вала находимиз условия прочности при:

Принимаем d= 40 мм.
Крутильная мощность вала
 где G– модуль упругости второго рода JP– полярный момент инерции
4. Определяем углызакручивания сечений относительно левого защемлённого конца и строим эпюруψ:
Угол участка ψаравен нулю, т.к. защемлён;

По найденным значениямстроим эпюру.Задача № 8 (а)
Для заданных двух схем балок требуется написатьвыражения Qи М для каждого участка в общем виде, построитьэпюры Qи М, найти МMAXи подобрать: а) для схемы(а) деревянную балку круглого поперечного сечения при  б) для схемы (б)стальную балку двутаврового сечения при
Дано:
 
Решение:
1.                   Находим методом сечений значения поперечной силы на участках балки и вхарактерных сечениях:

2.                   Изгибающий момент на участках балки и в характерных сечениях:
3.                   Подбор сечения. Максимальный изгибающий момент:  Момент сопротивлениясечения из условия прочности:  
Диаметр круглого сечения равен:  
Принимаем d= 16 см.Задача № 8 (б)
Дано:
 
Находим длины участок:

Решение:
1.     Уравнение равновесия балки:

Отсюда находим реакции опор:

2.     Поперечная сила на участкахбалки и в характерных сечениях:
3.     Изгибающий момент научастках балки и в характерных сечениях:
4.     Подбор сечения. Максимальныйизгибающий момент:  Момент сопротивленияиз условия прочности:  По табл. ГОСТ 8239 –76 выбираем двутавр № 12, у которого: Задача № 15.
Шкив с диаметром D1и с углом наклона ветвейремня к горизонту ά1 делает nоборотов в минуту ипередает мощность NкВт. Два других шкива имеютодинаковый диаметр D2  и одинаковые углы наклона ветвей к горизонту ά2и каждый из них передаёт мощность N/2. Требуется: 1) определитьмоменты, приложенные у шкивам, по заданным Nи n;2) построить эпюру крутящих моментов Мкр; 3) определитьокружные усилия t1и t2, действующие на шкивы, понайденным моментам и заданным диаметрам шкивов D1и D2; 4) определить давления на вал, принимая их равными трём окружнымусилиям; 5) определить силы, изгибающие вал в горизонтальной и вертикальнойплоскостях (вес шкивов и ремней не учитывать); 6) построить эпюры изгибающихмоментов от горизонтальных сил Мгор и от вертикальных сил Мверт;7) построить эпюры суммарных изгибающих моментов, пользуясь формулой  ; 8) при помощи эпюр Мкри Мизг  найтиопасное сечение и определить максимальный расчётный момент; 9) подобратьдиаметр вала dпри  и округлить его доближайшего.
Дано:
 
1.     Момент, приложенный к шкиву1:

Моменты, приложенные к шкиву 2:

2.     Крутящие моменты на участкахвала находим методом сечении:
По найденным значениямстроим эпюру.
3.     Окружные усилия, действующиена шкивы:
4.     Силы давления на вал вплоскости ремней:

Силы давления на вал вгоризонтальной плоскости:

Силы давления на вал ввертикальной плоскости:

Расчётные схемы нагрузок навал в горизонтальной и вертикальной плоскостях показаны на рисунке. На основерасчётных схем составлены уравнения равновесия для определения опорных реакцийв горизонтальной и вертикальной плоскостях, что необходимо для построения эпюризгибающих моментов.Горизонтальная плоскость

Отсюда находим:

Проверка: Вертикальная плоскость

Отсюда находим:

Проверка:
Изгибающие моменты вхарактерных сечениях.
Горизонтальная плоскость:

Вертикальная плоскость:

Суммарные изгибающиемоменты:

Опасное сечение – сечение«а». Эквивалентный момент этом сечении:

Диаметр вала:
Округляя до стандартногозначения, принимаем Задача № 17
Стальной стержень длиной lсжимается силой Р.Требуется: 1) найти размеры поперечного сечения при допускаемом напряжении напростое сжатие
Дано:

 при данном способе закрепления стержня.
Решение:
Площадь сечения стержня:
Минимальный момент инерции сечения:
Минимальный радиус инерции сечения:
Определим
Определим сечение стержня:
Гибкость стержня:
Для Ст.3 находим по таблице: при  находим φ,соответствующее гибкости
 
 следующееприближение:
 повторяем вычисления: