Распределение напряжений кручения по поперечному сечению

Равенство (2.33) выражает линейный закон распределения касательных напряжений по поперечному сечению при кручении. Распределение касательных напряжений по сечению согласно этому закону показано на рис. 2.44, а. Максимальные касательные напряжения кручения возникают у края сечения, а по мере приближения к центру убывают до нуля. Таким образом, в большей степени сопротивляются кручению те части бруса, которые расположены ближе к его поверхности. Поэтому для экономии материала брусья, работающие на кручение, иногда изготовляют пустотелыми. Поперечное сечение такого бруса для полого вала имеет форму плоского кругового кольца, распределение касательных напряжений в нем показано па рис. 2.44, б. Касательные [c.185]

Компоненты напряжений легко находятся для каждой точки поперечного сечения, если известны значения производных д /ду и д( дх в этой точке. Эти производные определяются наклонами мыльной пленки по направлениям у и х. Для определения этих наклонов действуют так же, как и при решении задач кручения, т. е. прежде всего строятся горизонтали поверхности мыльной пленки. По горизонталям можно найти наклоны, проводя прямые линии, параллельные координатным осям и строя кривые, представляющие соответствующие сечения поверхности мыльной пленки. Полученные таким путем наклоны нужно внести в выражения (д) для компонент касательного напряжения. Точность этой операции можно проверить путем вычисления результирующей всех касательных напряжений, распределенных по поперечному сечению. Эта результирующая должна быть равна изгибающей силе, приложенной к концу консоли. [c.379]

Так как при чистом кручении все внутренние силы, распределенные по поперечному сечению, приводятся к одной составляющей — крутящему моменту относительно нормальной к сечению оси, то сами внутренние силы и соответствующие им напряжения лежат в сечении, т. е. являются касательными. [c.181]

При кручении стержня прямоугольного сечения в его поперечных сечениях возникают касательные напряжения. Закон распределения этих напряжений более сложен, нежели в случае кручения стержня кругового сечения. На рис. 12.136 даны эпюры распределения касательных напряжений лишь по контуру сечения. Направлены эти напряжения вдоль контура (рис. 12.13б). Из этих эпюр следует, что в угловых точках имеем г = 0. Таким образом, наличие или отсутствие крутящего момента не сказывается на напряженном состоянии малого объема материала, расположенного в углу сечения. [c.224]

Различают два типа тонкостенных стержней—стержни замкнутого (рис. 8.23, а) и открытого (рис. 8.23, б) профиля. Эти два типа стержней обладают существенно разной жесткостью при кручении, вследствие чего углы закручивания их при одинаковых крутящих моментах также существенно отличаются. Существенно различны также характер распределения и величины касательных напряжений в их поперечных сечениях. Ниже рассматривается свободное кручение тонкостенных стержней, при котором депланация сечений по длине не изменяется и в поперечных сечениях возникают только касательные напряжения. [c.179]

Имея решения для задач кручения и изгиба призматического стержня, Сен-Венан переходит к исследованию совместного изгиба и кручения ). Не ограничиваясь вычислением напряжений и изучением их распределения по поперечному сечению, он находит главные напряжения и определяет наибольшую деформацию. Он рекомендует назначать при проектировании балок их поперечные размеры такими, чтобы наибольшая деформация не превосходила величины, устанавливаемой для каждого строительного материала непосредственным испытанием. [c.288]

Рассмотренные в предыдущих главах расчеты на растяжение (сжатие) и кручение позволяют сделать вывод, что площадь поперечного сечения бруса является геометрической характеристикой его прочности и жесткости лишь при равномерном распределении напряжений по поперечному сечению. При неравномерном рас- [c.196]

В зоне стесненного кручения в поперечном сечении возникают нормальные напряжения, распределенные приблизительно по такому же закону, как и величина ии. Максимальные нормальные напряжения в заделке [c.378]

Распределение напряжений при кручении стержня поперечного сечения любой формы (рис. 7.13, а) можно получить экспериментально. Для этого из проволоки или любого другого материала сделаем контур, повторяющий контур исследуемого по- [c.181]

Эпюра распределения касательных напряжений, вызванных кручением, показана на рис. 6.15, г. Накладывая оба вида напряжений друг на друга, получим полное распределение напряжений по поперечному сечению. [c.141]

В данной книге рассматриваются случаи только чистого (свободного) кручения. Отметим, что решение задачи о распределении напряжений по некруглому сечению и в этом случае столь сложно, что в курсах сопротивления материалов обычно приводят лишь готовые формулы, необходимые для практического использования, а именно формулы для наибольшего касательного напряжения в данном поперечном сечении. [c.81]

Совместное решение этих трех групп уравнений позволяет определить все реакции связей, т. е. раскрыть статическую неопределимость. Поскольку при установлении реакций связей используются перемещения системы, можно утверждать, что они будут зависимыми от способности к деформированию отдельных частей механической системы. Следовательно, статически неопределимой можно назвать систему, реакции связей которой зависят от деформаций. С примерами таких систем мы уже знакомы. Так, при определении законов распределения напряжений (внутренних сил) по поперечному сечению при растяжении, кручении, чистом изгибе сначала записывали уравнения равновесия (связь напряжений с внутренними силовыми факторами, которые определены через внешние силы), затем — с использованием гипотезы плоских сечений связь между деформациями в различных точках сечения и дополняли полученную систему уравнений физическими законами. [c.508]

Уже было указано, что в практических приложениях мы обычно не встречаем равномерного распределения касательных напряжений по граням бруска, как было предположено на рис. 46, и что чистый сдвиг осуществляется в случае кручения. Ниже мы увидим, что чистый сдвиг имеет место также при изгибе балок. Имеется много практических задач, в которых решение получается при допущении, что мы имеем дело с чистым сдвигом, хотя это допущение является грубым приближением. Возьмем, например, соединение на рис. 49. (Очевидно, что, если диаметр болта аЬ недостаточно большой, соединение может разрушиться вследствие сдвига по поперечным сечениям тп и т п . Хотя более строгое изучение вопроса [c.61]

Расчеты по допускаемым напряжениям и по предельным нагрузкам приводят к различным результатам в случаях, когда в упругой стадии работы системы напряжения в поперечных сечениях ее элементов распределены неравномерно (например, при изгибе или кручении), и в тех случаях, когда система статически неопределима (даже при равномерном распределении напряжений). [c.274]

Метод сечения при изгибе, как и при других видах деформаций, дает возможность определить изгибающий момент и поперечную силу в сечении балки. Вопрос же распределения упругих сил по сечению является вообще задачей, статически неопределимой. Такие задачи, как мы это видели выше, решаются на основании рассмотрения деформаций. При растяжении и сжатии предполагалось, что все волокна материала получают в направлении действия, сил одинаковые относительные деформации отсюда делалось заключение, что напряжения распределяются по сечению равномерно. Вопрос о распределении напряжений при кручении был решен на основании предположения, что относительные сдвиги отдельных элементов поперечного сечения прямо пропорциональны их расстоянию до оси стержня. Выяснение закона распределения напряжений по сечению при изгибе также может быть выполнено только па основании рассмотрения деформаций. [c.216]

Кручение пластинок с выемкой по торцовым поверхностям может осуществляться при поперечном сечении ее рабочей части, выполненной в форме круга, кольца и квадрата. Наиболее приемлемым с точки зрения характера распределения касательных напряжений является сечение в виде кольца. Но процесс его изготовления намного сложнее, чем изготовление квадратного сечения. Значительные трудности возникают при обработке боро-, органо-и углепластиков. Кроме того, в местах выемки и сверления по наружным поверхностям наблюдается повреждение структуры материала. Пределы прочности при сдвиге таких образцов для большинства исследованных композиционных материалов оказываются ниже, чем значения, полученные на образцах с рабочей частью в форме квадрата (табл. 2.10). Технология изготовления последних весьма проста, не требует специальных инструментов и приспособлений. Однако размеры поперечного сечения квадрата, как показывают исследования, оказывают заметное влияние на сдвиговую прочность. [c.47]

Скручиваемый брус прямоугольного сечения с его размерами показан на рис. 151, а. Задача по определению напряжений и установлению закона их распределения по сечению бруса методами сопротивления материалов не решается, так как гипотеза плоских сечений здесь неприменима. В процессе деформации при кручении такого бруса поперечные сечения искривляются. Картину искривления сечений легко проследить при кручении резинового бруса с нанесенной на его поверхности прямоугольной сетки. Характер деформации такого бруса показан на рис. 151,6. [c.177]

Формула для перемещения щ в тонкостенном стержне замкнутого профиля при чистом кручении. Рассмотрим тонкостенный стержень замкнутого поперечного сечения, фрагмент последнего показан на рис. 11.35, а. На этом рисунке изображены и две системы осей М т) — подвижная и Ол (/ —неподвижная. В подвижной системе ось направлена по касательной к контуру в текущей его точке М, а т) —по нормали к контуру. Обе системы левые. Исходя из аналогии Прандтля и допуская некоторую весьма несущественную погрешность, будем считать, что полные касательные напряжения по толщине б распределены равномерно и параллельны — касательной к контуру, т. е. Тг = Тг, Тгг, = 0. Аналогично по толщине б будем считать распределенными равно.мерно и перемещения да. [c.77]

Испытания на кручение (ГОСТ 3565—58). Обычно испытывают цилиндрические образцы приложением к их головкам двух равных, противоположно направленных моментов в плоскостях, перпендикулярных к продольной оси образца. При скручивании реализуется напряженное состояние, называемое чистым сдвигом в поперечных сечениях образца действуют только касательные напряжения т, распределенные по линейному закону и достигающие наибольшего значения на поверхности. [c.463]

На протяжении всей истории определения модулей по продольному деформированию металлических образцов, как динамическому, так и квазистатическому, значения, полученные при сжатии, оказывались несколько выше, чем при растяжении. Важность этого наблюдения в отношении малой деформационной нелинейности уже отмечалась выше, в гл. II. Обычная интерпретация данных экспериментов как по кручению сплошных цилиндров, так и изгибу балок круглого или прямоугольного поперечных сечений предполагает распределение напряжений в соответствии с линейной упругостью [c.243]

В случае кручения стержня сплошного круглого сечения или в форме толстостенной трубы предположение о равномерном распределении напряжений по радиусу, использованное в предыдущем параграфе, неприменимо. Для установления распределения напряжений при заданном внешнем крутящем моменте используем гипотезу плоских сечений и предположение, что радиальные волокна остаются при деформации радиальными. При этом каждое поперечное сечение поворачивается около оси стержня как целое, так что касательных напряжений между соосными цилиндрами, на которые можно мысленно разрезать рассматриваемый стержень, не возникает. Поэтому можно утверждать [c.111]

Так называемые простые испытания (растяжение и сжатие) даже и в наше время составляют основу лабораторной работы по испытанию материалов к этим опытам следовало бы, пожалуй, добавить изучение сопротивления кручению в валах круглого поперечного сечения однако, все перечисленные методы испытаний не удовлетворяют уже больше потребности современной инженерной практики теперь необходимо производить исследование работы материала при действии сил иными более сложными способами. Новые способы испытаний, несмотря на все возрастающие трудности удовлетворительного истолкования и согласования их результатов, оказали большую пользу инженерам-проектировщикам. И до сих пор остается открытой для исследования обширная область изучения научных основ почти всех современных методов испытания материалов, так как почти всегда мы имеем дело с сложным распределением напряжений примером может служить напряженное состояние материала при различных испытаниях на твердость, а также в надрезанных образцах для ударной пробы. Эти и другие вопросы, такие, как влияние на напряжения повторных нагрузок, изменения в микроскопическом и атомном строении, вызванное действием нагрузок, и многие другие составляют характерные черты современных исследований. [c.477]

Ранние работы по сопротивлению материалов касались в основном призматических стержней, для которых размеры поперечного сечения малы по сравнению с длиной. В таких случаях очень хорошие результаты могут быть получены в предположении, что поперечные сечения стержней в процессе деформации остаются плоскими. Таким образом, были решены задачи растяжения, сжатия, кручения и изгиба призматических стержней. Было установлено, что эти решения неточны вблизи точек приложения сил и в местах резкого изменения размеров поперечного сечения. При анализе напряженного состояния этими местными возмущениями в распределении напряжения обычно пренебрегали, что было оправдано в случае статических задач, с которыми имели дело инженеры-строители. [c.660]

Особый интерес представляет распределение касательных напряжений по тонкостенному сечению при поперечном изгибе. В таких сечениях в точках вблизи контура касательные напряжения направлены касательно к контуру. Это их свойство было подробно разобрано в п. 6.6.1 при анализе кручения брусьев тонкостенного замкнутого сечения. Так же, как и там, будем предполагать, что и при поперечном изгибе касательные напряжения в тонкостенных сечениях постоянны по толщине и направлены по касательной к средней линии. Учитывая это, несколько изменим рассуждения, которые проводились в предыдущем разделе. [c.203]

Бели для какой-либо формы поперечного сечения стержня нам удается найти такое решение уравнения (76), при котором ф остается постоянным на контуре, то этим самым решается задача о распределении напряжений при кручении этого стержня. При этом боковая поверхность стержня будет свободна от всяких усилий что касается концевых поперечных сечений, то на них касательные напряжения должны быть распределены таким же образом, как и на всяком другом поперечном сечении стержня. Если усилия, распределенные по концам и вызывающие скручивание стержня, распределены по какому-либо иному закону, то это обстоятельство вызовет изменения в распределении напряжений, определяемых на основании уравнения (76), но на основании принципа Сен-Венана мы можем утверждать, что эти изменения будут значительны лишь у концов стержня. Вдали от места приложения сил мы с уверенностью можем пользоваться решением, получаемым на основании уравнения (76). [c.124]

Если стержень не является призматическим, т. е. если его профиль меняется по длине, то в поперечных сечениях при растяжении и изгибе возникнут касательные напряжения, и сечения перестанут быть плоскими. В результате нормальные напряжения при растяжении будут распределяться неравномерно, а при изгибе закон их распределения отклонится от известного линейного закона. Точно так же при кручении стержня переменного профиля касательные напряжения в поперечных сечениях будут распределяться по иным законам, чем в призматическом стержне. Во всех случаях степень отклонения от закономерностей, установленных для призматического стержня, тем заметнее, чем резче меняется профиль стержня по его длине. [c.225]

При несимметричном сечении балки следует ожидать и несимметричного распределения касательных напряжений в этом сечении. В таком случае перерезывающее усилие, оставаясь равным и параллельным поперечной силе, не будет проходить через центр тяжести поперечного сечения. Таким образом, обе эти силы составят пару сил, действующую в плоскости поперечного сечения балки (рис. 185), и вызовут кручение балки, причем, так как поперечные силы, а следовательно, и перерезывающие усилия, вообще говоря, переменны по длине балки, то величина крутящего момента балки также будет переменной по длине балки. Только в том случае, когда нагрузка, приложенная к балке, действует не в плоскости, проходящей через центры тяжести сечений (через ось) балки, а в плоскости, проходящей через точку Сь кручение будет отсутствовать и, следовательно, балку несимметричного сечения можно рассчитывать так же, как балку симметричного сечения. Точка Си т. е. та точка сечения, через которую должна проходить плоскость действия сил, [c.292]

Для бруса круглого сечения нормальные напряжения от изгиба определяются по результирующему изгибающему моменту М==У Му-1-М1. Кроме того, в поперечных сечениях возникают равномерно распределенные нормальные напряжения от растяжения (сжатия). Характер напряженного состояния в опасной точке в этом случае не отличается от состояния, представленного на рис. 24.9, а, но нормальные напряжения вызываются не только изгибом, но и растяжением (или сжатием). При изгибе с кручением опасными являются две точки поперечного сечения, расположенные на пересечении плоскости действия изгибающего момента с контуром поперечного сечения. При наличии и продольной силы опасной является одна из этих точек при этом если брус изготовлен из- пластичного материала, то та точка, в которой напряжения от изгиба и осевого нагружения имеют одинаковые знаки. . [c.444]

Подобное же явление наблюдается и при других способах нагружения. Так, например, при пластическом кручении цилиндрического образца с поперечным отверстием распределение местных сдвигов по длине образца неоднородно. На кромке отверстия имеются зоны максимальной деформации, а на некотором расстоянии от этих зон наблюдаются зоны пониженной деформации, что, очевидно, связано с разгружающим действием надреза (рис. 18.4). Если же добавить в менее напряженных местах сечения дополнительный, но более мягкий, чем основной, надрез, то он, несколько повышая концентрацию в тех местах, где он нанесен, в то же время будет уменьшать концентрацию вблизи основного надреза и тем способствовать более равномерному распределению напряжений и, как следствие, повышению конструктивной прочности. Этим объясняется и уменьшение упругой концентрации при растяжении полосы со многими отверстиями (рис. 18.5). [c.115]

Распределение напряжений в поперечном сечении цилиндрического стержня, подвергнутого кручению за пределом упругости двумя моментами на небольшой угол относительно своей оси, может быть установлено достаточно просто для изотропного материала, при произвольном законе деформирования этого материала ). Для сравнительно малых значений относительного угла закручивания допустимо считать, что деформации в цилиндре представляют собой простой сдвиг пропорциональный расстоянию г рассматриваемой точки Р от оси стержня. Это равносильно предположению, что одно из двух поперечных сечений, расположенных на взаимном расстоянии I, повернется вокруг общей оси по отношению к другому сечению на небольшой угол а, пропорциональный /, [c.395]

Предположим, что стержень круглого поперечного сечения, защемленный нижним концом, подвергается кручению. Мысленно рассечем этот стержень плоскостью abed, перпендикулярной к его оси, на две части (рис. 6.2). Отбросим одну из них, например нижнюю, и рассмотрим условия равновесия оставшейся части. Для того чтобы эта часть стержня находилась в равновесии, в плоскости сечения должны действовать усилия, сводящиеся к паре сил и уравновешивающие внешнюю пару сил М .. Такая пара сил в плоскости сечения может быть создана только усилиями, касательными к самому сечению. Это усилие может быть создано только напряжениями, также касательными к сечению, т. е. касательными напряжениями т. Каков закон их распределения по поперечному сечению, мы пока не знаем, но эти напряжения на любой элементарной площадке должны давать усилия, сводящиеся к паре сил в плоскости, перпендикулярной к оси стержня. [c.124]

Первая цель решения задачи о кручении стержня состоит в определении закона распределения касательных напряжений по его поперечному сечению и получении выражений и Jy. для этого сечения. Обших формул для и получить нельзя, поэтому для каждой формы поперечного сечения бруса задача кручения должна решаться самостоятельно. После определения и Л, Tmai и ф находятся соответственно по формулам (III.13) и (III.16). [c.90]

Свободным, или, иначе, нестесненным кручением призматического стержня называют деформацию, возникающую в случае, если к каждому из его торцов приложены поверхностные тангенциальные силы, статическим эквивалентом которых является лишь момент, действующий, разумеется, в плоскости торца. Моменты на противоположных торцах равны по величине и противоположны по направлению. Никакие связи на скручиваемый брус не накладываются (деформация его ничем не стеснена). В случае круглого или кругового кольцевого поперечного сечения скручиваемого бруса при определенном законе распределения тангенциальных поверхностных сил на торцах торцы и все поперечные сечения остаются плоскими. Такой частный случай свободного кручения называется чистым кручением. В случае любого другого поперечного сечения, кроме указанных выше, плоскость поперечного сечения под влиянием кручения искривляется— йе/гламирг/еш (перестает быть плоской) при одном определенном для каждого вида поперечного сечения законе распределения касательных сил на торцах и таком же законе во всех поперечных сечениях депла-нация всех поперечных сечений оказывается одинаковой. Из сказанного ясно, что при свободном кручении призматического бруса нормальные напряжения в поперечных сечениях отсутствуют. [c.14]

Предварительные замечания. Рассматривается случай, когда можно использовать принцип независимости действия сил. Условнов этом случае стержень будем называть жестким.. При комбинации деформаций, указанной в заголовке параграфа, в поперечных сечениях стержня, вообще говоря, возникают отличные от нуля следующие усилия и моменты Qx, Qy, М, и Му. Отличие от случая, обсужденного в предыдущем параграфе, состоит в наличии продольной силы Л/, возникшей вследствие того, что у внешних сосредоточенных сил (включая реактивные) и интенсивности распределенной нагрузки q, кроме составляющих по осям л и I/, имеется и составляющая по оси 2. От общего случая деформации стержня рассматриваемый отличается лишь отсутствием кручения (М = 0). Обсудим два вопроса — вид нейтральной поверхности в брусе и распределение нормальных напряжений в поперечном сечении бруса. Распределение касательных напряжений в поперечных сечениях получается таким же, как и в случае пространственного изгиба. [c.298]

Аналогичный метод для определения остаточных напряжений можно применить и в случае кручения круговых цилиндрических валов. Если предположить, что при кручении вала за пределом текучести радиусы поперечных сечений остаются прямыми, то сдвиг будет пропорционален радиальному расстоянию, и закон распределения напряжений по радиусу при сдвиге изобразится кривой линией Отп (рис. 38). Если же допустить, что при разгрузке материал вала будет следовать закону Гука, то напряжения, представленные прямой линией Os должны быть вычтены из напряжений, представленных кривой линией Отп. Остаточные напряжения, вызванные пластической деформацией материала, показаны штриховкой. Величины этих напряжений найдем из того условия, что моменты кручения, соответствующие закону распределения напряжений Отпр, равны моментам, соответствующим линейному закону распределения напряжения Osp. Пластическую деформацию при кручении стержней некруглого поперечного сечения исследовали А. Надан ) и Э. Треффтц 2). [c.633]

Для одного частного случая, именно для нрямоутояьной пластаяки, мы можем без всякого затруднения исследовать как общий изгиб, так и местные деформации иластинки под действием равномерно распределенных по контуру моментов И. Для этого воспользуемся решением Сен-Венана для кручения призм прямоугольного поперечного сечения. Прямоугольную пластинку мы можем рассматривать как предельный случая такой призмы, когда одна из сторон прямоугольного сечения весьма мала по сравнению с другой. Рассмотрвсм сначала кручение пластинки моментами, приложенными по краям, параллельным оси х (рис. 99). Распределение касательных напряжений по этим краям возьмем таким же, как это получается из решения Сен-Венана для поперечных сечений скрученной призмы (см. на- [c.388]

В основу программы положены две методики расчета профилей методика канд. техн. наук С. И. Лашнева и упрощенная методика канд. техн. наук С. А. Лопатина. Первая методика позволяет решать общие задачи по оптимизации профиля, параметров установки изделия и инструментов на строгой математической основе, учитывающей все необходимые и достаточные условия, исключающие интерференцию профилей. При разработке программы в соответствии с этой методикой было учтено требование максимального расширения диапазона использования программы, для чего входные данные предусмотрено задавать в виде массива значений координат текущей точки профиля безотносительно к виду обрабатываемого инструмента. Массив координат точек при этом целесообразно использовать тот же, что и при решении задачи о расчете геометрических характеристик сечений и напряжений с дополнением некоторыми данными. В конечном результате расчеты исходного профиля и профиля инструмента для его обработки представляются частью общей задачи по выбору профиля поперечного сечения инструмента, обладающего оптимальными геометрическими характеристиками (жесткостью на изгиб и кручение, равномерным распределением напряжений на контуре и т. д.) и, кроме того, технологичного в изготовлении (под технологичностью изготовления при. этом понимается возможность обработки профиля без его искажений, вызванных подрезаниями и интерференцией обрабатываемой и обрабатывающей поверхностей). Такой общий подход необходим при разработке конструкций или модернизации инструмента, при его исследовании, при выборе допусков на изготовление и т. д., ибо в конечном счете все расчеты служат одной задаче — обеспечению выпуска высококачественного инструмента, повышению его эффективности. [c.346]

Упругое кручение. Аналогия с мыльной пленкой, предложенная Прандтлем. Функция напряженпй для упругого кручения. Распределение касательных напряжений при упругом кручении стержня нагляднее всего может быть представлено аналогией с мембраной или мыльной пленкой, предложенной Прандтлем. Чтобы найти результирующее касательное напряжение в данно1 1 точке Р поперечного сечения стержня, воспользуемся прямоугольной системой координат ос, у, ъ, выбрав ее начало в точке оси, относительно которой происходит закручивание стержня, и совместив с последней ось 2, т. е. ось стержня (точка О на фиг. 427 представляет собой пересечение этой оси с плоскостью чертежа). Касательное напряженпе т в точке Р разложим на взаимно перпендикулярные с оставляюишои Ху по направлениям осей х и г/ ). [c.553]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...