EPURALAB · УЧЕБНОЕ РЕШЕНИЕ

Рама с двумя заделками и боковой силой

Метод сил · основная система с удалёнными опорами

1. Исходные данные и знаки

Расчётная схема
Расчётная схемаx →, y ↑ · координаты в метрах · стрелки сил показаны условноABBCCDq=(0; -2) кН/мP1: (6; 0) кНA(0; 0)B(0; 3)C(4; 3)D(4; 0)Линейно-упругая схема · локальная ось стержня a → b

x →, y ↑, положительные внешние моменты — против часовой стрелки. M отложен на растянутом волокне. Координаты — м, силы — кН, моменты — кН·м. Степень статической неопределимости n = 3; независимых узловых перемещений — 6.

СтерженьУзлыL, мEA, кНEI, кН·м²
ABA → B3200000020000
BCB → C4200000020000
CDC → D3200000020000

2. Основная система и неизвестные

Все вычисления выполняются без округления; округляется только печатная выдача. Учитываются изгибные и продольные деформации: ∫MiMj/EI + ∫NiNj/EA. Сдвиговые деформации не учитываются.

ОбозначениеФизический смыслЕдиница
X1Rx опоры S2 в узле DкН
X2Ry опоры S2 в узле DкН
X3M опоры S2 в узле DкН·м
Расчётная схема
Расчётная схемаx →, y ↑ · координаты в метрах · стрелки сил показаны условноABBCCDq=(0; -2) кН/мP1: (6; 0) кНA(0; 0)B(0; 3)C(4; 3)D(4; 0)Линейно-упругая схема · локальная ось стержня a → b

В показанной основной системе сняты опоры: S2. Неизвестные действуют в узлах снятых связей: Rx вправо, Ry вверх, M против часовой стрелки; R вдоль заданного направления подвижной опоры.

3. Грузовая и единичные эпюры

Грузовое состояние MP

Эпюра M, кН·м
Эпюра M, кН·мM отложен на растянутом волокне; масштаб усилий общий для всех стержней-34-16AB-1600BC00CDABCDЛинейно-упругая схема · локальная ось стержня a → b
X1 = 1 кН: единичная схема и эпюры
Расчётная схема
Расчётная схемаx →, y ↑ · координаты в метрах · стрелки сил показаны условноABBCCDX1: (1; 0) кНA(0; 0)B(0; 3)C(4; 3)D(4; 0)Линейно-упругая схема · локальная ось стержня a → b
Эпюра M, кН·м
Эпюра M, кН·мM отложен на растянутом волокне; масштаб усилий общий для всех стержней03AB33BC30CDABCDЛинейно-упругая схема · локальная ось стержня a → b
Эпюра N, кН
Эпюра N, кНПоложительные ординаты отложены по локальной нормали n00AB11BC00CDABCDЛинейно-упругая схема · локальная ось стержня a → b
X2 = 1 кН: единичная схема и эпюры
Расчётная схема
Расчётная схемаx →, y ↑ · координаты в метрах · стрелки сил показаны условноABBCCDX2: (0; 1) кНA(0; 0)B(0; 3)C(4; 3)D(4; 0)Линейно-упругая схема · локальная ось стержня a → b
Эпюра M, кН·м
Эпюра M, кН·мM отложен на растянутом волокне; масштаб усилий общий для всех стержней44AB40BC00CDABCDЛинейно-упругая схема · локальная ось стержня a → b
Эпюра N, кН
Эпюра N, кНПоложительные ординаты отложены по локальной нормали n11AB00BC-1-1CDABCDЛинейно-упругая схема · локальная ось стержня a → b
X3 = 1 кН·м: единичная схема и эпюры
Расчётная схема
Расчётная схемаx →, y ↑ · координаты в метрах · стрелки сил показаны условноABBCCD1 кН·мA(0; 0)B(0; 3)C(4; 3)D(4; 0)Линейно-упругая схема · локальная ось стержня a → b
Эпюра M, кН·м
Эпюра M, кН·мM отложен на растянутом волокне; масштаб усилий общий для всех стержней11AB11BC11CDABCDЛинейно-упругая схема · локальная ось стержня a → b
Эпюра N, кН
Эпюра N, кНПоложительные ординаты отложены по локальной нормали n00AB00BC00CDABCDЛинейно-упругая схема · локальная ось стержня a → b

4. Коэффициенты канонических уравнений

δᵢⱼ = Σ ∫₀ᴸ (MᵢMⱼ/EI + NᵢNⱼ/EA) ds
ΔᵢP = Σ ∫₀ᴸ (MᵢMP/EI + NᵢNP/EA) ds

Произведения полиномов интегрируются точно по длине каждого стержня. Единичные эпюры нормированы на 1 кН или 1 кН·м; размерность коэффициента определяется соответствующими неизвестными.

КоэффициентСтерженьИзгибРастяжение/сжатиеСумма
δ11AB0,000451.02409e-320,00045
δ11BC0,00182.00000e-60,001802
δ11CD0,0004500,00045
δ12AB0,0009-1.23941e-190,0009
δ12BC0,00121.08420e-190,0012
δ12CD-1.30104e-180-1.30104e-18
δ13AB0,0002254.98913e-330,000225
δ13BC0,00065.42101e-200,0006
δ13CD0,00022500,000225
δ22AB0,00241.50000e-60,0024015
δ22BC0,001066675.87747e-330,00106667
δ22CD5.01544e-331.50000e-61.50000e-6
δ23AB0,0006-6.03813e-200,0006
δ23BC0,00042.93874e-330,0004
δ23CD-4.33681e-190-4.33681e-19
δ33AB0,000152.43060e-330,00015
δ33BC0,00021.46937e-330,0002
δ33CD0,0001500,00015
Δ1PAB-0,004959.91525e-19-0,00495
Δ1PBC-0,00320-0,0032
Δ1PCD3.90313e-1803.90313e-18
Δ2PAB-0,015-1.20000e-5-0,015012
Δ2PBC-0,00320-0,0032
Δ2PCD-2.00618e-320-2.00618e-32
Δ3PAB-0,003754.83051e-19-0,00375
Δ3PBC-0,001066670-0,00106667
Δ3PCD4.33681e-1904.33681e-19

5. Канонические уравнения и решение

ΣδᵢⱼXⱼ + ΔᵢP = 0

(0,002702)·X1 + (0,0021)·X2 + (0,00105)·X3 + (-0,00815) = 0
(0,0021)·X1 + (0,00346967)·X2 + (0,001)·X3 + (-0,018212) = 0
(0,00105)·X1 + (0,001)·X2 + (0,0005)·X3 + (-0,00481667) = 0
УравнениеX1X2X3ΔᵢP
10,0027020,00210,00105-0,00815
20,00210,003469670,001-0,018212
30,001050,0010,0005-0,00481667
НеизвестноеЗначениеЕдиница
X1-3,953722кН
X25,837151кН
X36,261848кН·м

6. Реакции и окончательные эпюры

M = MP + ΣXᵢMᵢ; Q = QP + ΣXᵢQᵢ; N = NP + ΣXᵢNᵢ

ОпораУзелКомпонентаЗначение
S1ARx-2,046278 кН
S1ARy2,162849 кН
S1AM4,389547 кН·м
S2DRx-3,953722 кН
S2DRy5,837151 кН
S2DM6,261848 кН·м
Расчётная схема
Расчётная схемаx →, y ↑ · координаты в метрах · стрелки сил показаны условноABBCCDq=(0; -2) кН/мP1: (6; 0) кНA(0; 0)B(0; 3)C(4; 3)D(4; 0)Линейно-упругая схема · локальная ось стержня a → b
Эпюра N, кН
Эпюра N, кНПоложительные ординаты отложены по локальной нормали n-2,16285-2,16285AB-3,95372-3,95372-3,95372BC-5,83715-5,83715CDABCDЛинейно-упругая схема · локальная ось стержня a → b
Эпюра Q, кН
Эпюра Q, кНПоложительные ординаты отложены по локальной нормали n2,046282,04628AB2,162850-5,83715BC3,953723,95372CDABCDЛинейно-упругая схема · локальная ось стержня a → b
Эпюра M, кН·м
Эпюра M, кН·мM отложен на растянутом волокне; масштаб усилий общий для всех стержней-4,389551,74929AB1,749292,91876-5,59932BC-5,599326,26185CDABCDЛинейно-упругая схема · локальная ось стержня a → b

7. Перемещения и контроль

Узелux, мuy, мθ, рад
A000
B0,00052724-3.24427e-6-0,00019802
C0,00051933-8.75573e-6-4.96896e-5
D000
ПроверкаНевязкаРезультат
Равновесие свободных степеней свободы1.77636e-15Пройдена
Совместность деформаций2.31071e-18Пройдена
Опорные перемещения0Пройдена
Узловое равновесие1.77636e-15Пройдена
Стержень AB: равновесие8.88178e-16Пройдена
Стержень AB: перемещения концов5.42101e-20Пройдена
Стержень BC: равновесие8.88178e-16Пройдена
Стержень BC: перемещения концов2.71051e-20Пройдена
Стержень CD: равновесие8.88178e-16Пройдена
Стержень CD: перемещения концов2.31240e-18Пройдена
ΣFx, ΣFy, ΣM1.24345e-14Пройдена
Совместность по X11.73472e-18Пройдена
Совместность по X21.73472e-18Пройдена
Совместность по X31.73472e-18Пройдена
X: Rx опоры S2 в узле D1.37668e-14Пройдена
X: Ry опоры S2 в узле D2.48690e-14Пройдена
X: M опоры S2 в узле D1.77636e-15Пройдена
Восстановление N, Q, M по суперпозиции9.37028e-13Пройдена

Линейная теория первого порядка; без сдвиговых деформаций, потери устойчивости, пластичности, температуры и осадок.

Методические ориентиры: F. Udoeyo: метод сил; метод перемещений. Схемы и вычисления сформированы этим модулем.