Determinazione della rigidità di un raggio con momento di inerzia variabile


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Devo calcolare o la rigidità equivalente di una trave che ha una I variabile per tutta la sua lunghezza. Mi è stato dato in funzione di x , o lunghezza.KIIx

Non sono stato in grado di trovare un'equazione o un insieme di equazioni che descrivono come ottenere per questa situazione. Ho trovato equazioni per valori I costanti su tutta la lunghezza dei raggi. Esiste un'equazione di cui non sono a conoscenza o una procedura generale per derivare K per valori di I variabili ?KIKI

Risposte:


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È possibile inserire la variabile nell'equazione integrale per la rotazione e la deflessione.I(x)

M(x)

θ=∫M(x)E∗I(x)dx

θ(0)=0

ν=∫θdx

e aggiungere le condizioni al contorno pertinenti.

In bocca al lupo!


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La risposta breve è che non puoi.

La risposta leggermente più lunga è possibile, ma la soluzione è specifica della sezione trasversale adottata.

x=0LE⋅I(x)h0h1P

Come già accennato da @jos nella loro risposta, usiamo le equazioni del raggio.

Questo è un raggio isostatico, quindi l'equazione del momento flettente può essere ottenuta banalmente come

M=P(L−x)

questo deve quindi essere diviso per la rigidità del raggio e il risultato deve essere integrato per ottenere la tangente del raggio.

θ=∫0LP(L−x)E⋅I(x)dx

EII(x)

I(x)

I(x)=b⋅h(x)312=b⋅(h0+(h1−h0)xL)312=b⋅(h0+ΔhxL)312

θ

θ=1E∫12P(L−x)b⋅(h0+ΔhxL)3dxθ=6PL3EbΔh2(−ΔhL+2Δhx+h0L(Δhx+h0L)2+C1)

Stai già diventando brutto, vero? Ora, non ci resta che integrarlo ancora una volta per ottenere la deflessione.

δ=6PL3EbΔh2∫0L(−ΔhL+2Δhx+h0L(Δhx+h0L)2+C1)dxδ=6PEbΔh2(L(Δh+h0)Δh(Δhx+h0L)+2ln⁡(Δhx+h0L)Δh+C1x+C2)

C1C2

θ(0)=0=−ΔhL+h0L(h0L)2+C1∴C1=ΔhL−h0L(h0L)2δ(0)=0=L(Δh+h0)Δhh0L+2ln⁡(h0L)Δh+C2∴C2=−L(Δh+h0)Δhh0L−2ln⁡(h0L)Δh

∴δ=6PEbΔh2(L(Δh+h0)Δh(Δhx+h0L)+2ln⁡(Δhx+h0L)Δh+ΔhL−h0L(h0L)2x−L(Δh+h0)Δhh0L−2ln⁡(h0L)Δh)

h0=200 mmh1=100 mmb=100 mmL=10 mE=10000 MPaP=1 kN

Ho simulato il raggio tagliandolo in segmenti discreti, ognuno con una sezione trasversale uniforme diversa. Per testare la sensibilità, ho realizzato due modelli: uno con dieci segmenti e uno con venti. Ecco i risultati:

inserisci qui la descrizione dell'immagine

Usando l'equazione ottenuta sopra, ho ottenuto 81,78 mm, per un errore dell'1% rispetto ai modelli. Date quelle sono approssimazioni, sembra piuttosto buono.

1 kN/81.78 mm=12.2 kN/m

tf,topbf,toptf,botbf,bottwhw

Questo è il motivo per cui la soluzione più comune quando si tratta di sezioni variabili è fare come me: dividere il raggio in segmenti discreti, ognuno con una sezione trasversale interpolata diversa. Alcuni programmi FEA professionali lo rendono facile e alcuni hanno anche sezioni variabili integrate, ma non so come siano implementate.

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