Исходные материалы, физико-механические свойства, геометрические размеры. Модель конструкции, свойства углепластиков. Расчет упругих характеристик слоистого композита по заданным характеристикам слоя. Определение коэффициента запаса прочности, массы.
Аннотация к работе
Работа основана на аналитических методах и поэтому, на первый взгляд, при современных возможностях исследования прочности на основе универсальных методов может показаться несовременной. Между тем основное преимущество аналитических методов исследования состоит в том, что онидают ясное представление о взаимосвязи параметров конструкции с ее несущей способностью, возможностью параметрического анализа и формулировки новых закономерностей.Проверочный расчет на прочность заданной конструкции, определение запасов прочности конструкции в исходном варианте, оценка возможности облегчения конструкции - рациональное проектирование элементов конструкции (стержней), при условии варьирования толщиной (количество слоев), схемой намотки, геометрией поперечного сечения.· Углепластик КМУ 4Л · Углепластик на основе препрега К Физико-механические свойства материалов Углепластик на основе препрега К ?b = 1,7 г/см3· Высота конструкции h= 700ммДанная конструкция состоит из двух кольцевых шпангоутов и симметрично расположенных стержневых элементов фермы. Стержни в узлах соединены шарнирами. Нагрузка приложена в центре меньшего шпангоута и распределена по шести точкам соединения стержней. Стержень фермы представляет собой слоистый композиционный материал, армированный прямыми волокнами. Верхний слой намотан под углом плюс 800 по направлению к нагрузке, далее четыре слоя - под углом 00, и последний слой намотан под углом минус 800.Закон Гука устанавливает функциональную зависимость между напряжениями и деформациями. Напряжения и деформации являются физическими величинами, которые можно классифицировать как тензоры второго ранга. Для ортотропного слоя, нагруженного в плоскости армирования 1-2 и для случая плоского напряженно-деформированного состояния закон деформирования выглядит следующим образом: (1.2) где Составим матрицу Q1 для слоев под углом 00 Составим матрицу Q2 для верхнего нижнего слоевПотеря устойчивости первоначальной формы равновесия элементов конструкций может оказаться причиной исчерпания их несущей способности и в процессе эксплуатации недопустима. При центральном сжатии стержня с прямолинейной осью, с фиксированной линией действия силы характерны следующие ситуации: a) Если Р<Ркр , то при снятии малых поперечных возмущений продольная ось стержня стремится вернуться к исходному прямолинейному положению равновесия. b) При Р=Ркр возможно множество форм равновесия - прямолинейная и близкие к ней мало деформированные, что соответствует безразличному положению равновесия. Нагрузка Р= Ркр, при которой прямолинейная форма равновесия перестает быть устойчивой, называется критической. c) При Р>Ркр прямолинейное положение оси стержня статически возможно, но неустойчиво. Для определения критической силы для сжатого стержня при различных условиях закрепления (различных граничных условиях) воспользуемся формулой Эйлера: (3.1) где ? - коэффициент приведенной длины, показывающий во сколько раз нужно изменить длину шарнирно опертого стержня, чтобы критическая сила для него равнялась критической силе для стержня длиной l при рассматриваемых граничных условиях.Найдем коэффициент запаса прочностиДля облегчения конструкции изменим размер сечения и схему армирования стержней. Используя формулы (1.3), (1.6), (1.8), (1.10), (1.11) найдем упругие характеристики для четырехслойного пакета. Найдем критические напряжения по формуле (3.4)В данном курсовом проекте был проведен проверочный расчет ферменно-стержневой конструкции.
План
Содержание
Введение
Основная часть
I. Исходные данные
1. постановка задачи
2. исходные материалы
3. физико-механические свойства
4. геометрические размеры
II. теоретическая часть
1. модель конструкции
2. свойства углепластиков
III. расчетная часть
1. расчет упругих характеристик слоистого композита по заданным характеристикам слоя
2. расчет сил в элементах фермы
3. определение критической нагрузки стержня
4. определение коэффициента запаса прочности. Определение массы.
5. облегчение конструкции
Заключение
Список литературы
Приложения
Введение
Данный курсовой проект содержит основы проектирования ферменно-стержневой конструкции. Работа основана на аналитических методах и поэтому, на первый взгляд, при современных возможностях исследования прочности на основе универсальных методов может показаться несовременной. Между тем основное преимущество аналитических методов исследования состоит в том, что онидают ясное представление о взаимосвязи параметров конструкции с ее несущей способностью, возможностью параметрического анализа и формулировки новых закономерностей. Кроме того (и это главное), современными универсальными пакетами нетрудно рассчитать любую конструкцию, но перед проектантом стоит другая задача: как быстро и грамотно определить параметры конструкции минимальной масс, принять рационально конструкторские решения?
Проектирование силовой конструкции представляет собой сложный многоступенчатыйпроцесс, своеобразие которого оределяется в основном двумя требованиями к конструкции: прочности или механической надежности, минимальной массы. Эти два требования - взаимопротиворечащие, так как, очевидно, проще всего обеспечить механическую надежность, увеличив массу, и , соответсвенно, снизить массу конструкции, уменьшив запасы прочности. Поиск путей увеличения прочности без увеличения массы или снижения массы без уменьшения прочности и составляют творческое содержание процесса проектирования силовой схемы кострукции.[5]
Основная часть
Вывод
В данном курсовом проекте был проведен проверочный расчет ферменно-стержневой конструкции. При заданном сечении стержня, конструкция может выдерживать сравнительно большие осевые нагрузки. Но при заданных поперечной и продольной силах можно уменьшить прочностные характеристики, т.к. коэффициент запаса прочности получился слишком большой.
Изменив форму сечения, размеры сечения и схему армирования, удалось снизить массу фермы более чем в 3 раза. Причем прочностные характеристики остались достаточно высокими.