Руководство к решению задач по механике твердого деформируемого тела матричными методами. Бундаев В.В. - 126 стр.

UptoLike

Составители: 

251
Задание 3. Расчет ступенчатого вала при кручении
МКЭ
Стальной вал ступенчатого поперечного сечения с неподвиж-
но закрепленными одним или двумя концами находится под
действием внешних крутящих моментов (рис.3).
Рис.3
Требуется:
- составить систему линейных уравнений по МКЭ;
- найти вектор узловых углов поворота
ϕ
ρ
, выразив их че-
рез M, l и D;
- построить эпюры углов поворота
)(x
ϕ
и максимальных
касательных напряжений τ
max
;
- построить эпюру крутящих моментов Т;
- при заданном значении допускаемого касательного на-
пряжения τ
adm
=70МПа и М=2 кНм определить диаметр вала D
adm
и округлить его до ближайшего значения (в большую сторону),
оканчивающегося на цифру 0 или 5;
- найти максимальный угол поворота сечений ϕ
max
, приняв
l=0,5 м; G=0,810
5
Мпа;
- составить программу для ЭВМ на языке Паскаль, реали-
зующую алгоритм решения задачи.
252
Таблица 2
строки l
1
/l l
2
/l l
3
/l l
4
/l d
1
/D d
2
/D
1 1 0,5 2,4 0,5 2,0 0,4
2 1,5 0,7 2,2 0,6 1,1 1,3
3 0,6 0,9 2,0 0,7 1,2 1,2
4 0,8 1,1 1,8 0,8 1,3 1,1
5 0,9 1,3 1,6 0,9 1,4 1,0
6 1,5 1,5 1,4 1,0 1,5 0,9
7 2,0 1,7 1,2 1,1 1,6 0,8
8 1,6 1,9 1,0 1,2 1,3 1,7
9 1,8 2,1 0,8 1,3 1,8 0,6
0 1,9 2,3 0,6 1,4 1,9 0,5
а б в а б в
Таблица 3
стро-
ки
М
1
/M M
2
/M M
3
/M M
лев
/M M
пр
./М
1 -2,0 0 -1,3
-1,3
2 1,9 -1,0 1,4 -1
3 -1,8 0 -1,3
1,6
4 1,7 -0,8 1,2
5 -1,6 0,7 -1,1
-1,4
6 1,5 0 1,0 1,5
7 -1,4 0,5 -0,9
8 1,3 0 0,8 1,1
9 -1,2 0,5 -0,7
-1,5
0 1,1 0 0,6 -1,3
а б в в
Замечание.
1. В таблице 3 значокобозначает, что соот-
ветствующий конец вала неподвижно закреплен (заделан).
Если значканет , то соответствующая заделка отсутству-
ет и к этому концу приложен момент М
лев
или М
пр
.
                             251                                                               252

      Задание 3. Расчет ступенчатого вала при кручении                                                         Таблица 2
МКЭ                                                                  № строки    l1/l   l2/l    l3/l    l4/l    d1/D d2/D
                                                                         1       1      0,5     2,4     0,5     2,0    0,4
  Стальной вал ступенчатого поперечного сечения с неподвиж-              2       1,5    0,7     2,2     0,6     1,1    1,3
  но закрепленными одним или двумя концами находится под                 3       0,6    0,9     2,0     0,7     1,2    1,2
  действием внешних крутящих моментов (рис.3).                           4       0,8    1,1     1,8     0,8     1,3    1,1
                                                                         5       0,9    1,3     1,6     0,9     1,4    1,0
                                                                         6       1,5    1,5     1,4     1,0     1,5    0,9
                                                                         7       2,0    1,7     1,2     1,1     1,6    0,8
                                                                         8       1,6    1,9     1,0     1,2     1,3    1,7
                                                                         9       1,8    2,1     0,8     1,3     1,8    0,6
                                                                         0       1,9    2,3     0,6     1,4     1,9    0,5
                                                                                 а      б       в       а       б      в

                                                                                                                     Таблица 3
                                                                  № стро-    М1/M       M2/M      M3/M         Mлев/M Mпр./М
                                                                    ки
                            Рис.3                                    1        -2,0        0          -1,3        ∞         -1,3
                                                                     2        1,9       -1,0         1,4         -1         ∞
      Требуется:                                                     3        -1,8        0          -1,3        ∞         1,6
      - составить систему линейных уравнений по МКЭ;                 4        1,7       -0,8         1,2         ∞          ∞
                                             ρ
      - найти вектор узловых углов поворота ϕ , выразив их че-       5        -1,6       0,7         -1,1        ∞         -1,4
рез M, l и D;                                                        6        1,5         0          1,0        1,5         ∞
      - построить эпюры углов поворота ϕ (x ) и максимальных         7        -1,4       0,5         -0,9        ∞          ∞
касательных напряжений τmax;                                         8        1,3         0          0,8        1,1         ∞
      - построить эпюру крутящих моментов Т;                         9        -1,2       0,5         -0,7        ∞         -1,5
      - при заданном значении допускаемого касательного на-          0        1,1         0          0,6        -1,3        ∞
пряжения τadm=70МПа и М=2 кНм определить диаметр вала Dadm                     а          б           в                в
и округлить его до ближайшего значения (в большую сторону),
оканчивающегося на цифру 0 или 5;
                                                                 Замечание. 1. В таблице 3 значок “∞” обозначает, что соот-
      - найти максимальный угол поворота сечений ϕmax, приняв
                                                                 ветствующий конец вала неподвижно закреплен (заделан).
l=0,5 м; G=0,8⋅105 Мпа;
                                                                 Если значка “∞” нет , то соответствующая заделка отсутству-
      - составить программу для ЭВМ на языке Паскаль, реали-
                                                                 ет и к этому концу приложен момент Млев или Мпр .
зующую алгоритм решения задачи.