WPŁYW TARCIA W PRZEGUBACH NA PRZEBIEG WYBOCZENIA PRĘ TA Ś CISKANEGO. 1. Wstę p

Podobne dokumenty
Wykład 3. Ruch w obecno ś ci wię zów

WYZNACZANIE NAPRĘ ŻŃ ENA PODSTAWIE POMIARÓW TYLKO JEDNEJ SKŁ ADOWEJ ODKSZTAŁ CENIA

Ruch w potencjale U(r)=-α/r. Zagadnienie Keplera Przybli Ŝ enie małych drgań. Wykład 7 i 8

STATECZNOŚĆ EULEROWSKA PRĘ TÓW PRZEKŁADKOWYCH Z RDZEN IEM O ZMIENNEJ CHARAKTERYSTYCE. 1. Wstę p

Mechanika i Budowa Maszyn

- Wydział Fizyki Zestaw nr 2. Krzywe stożkowe

Wyboczenie ściskanego pręta

OPTYMALIZACJA POŁOŻ ENIA PODPÓR BELKI SZTYWNO- PLASTYCZNEJ OBCIĄ Ż ONEJ IMPULSEM PRĘ DKOŚ CI. 1, Wstę p

PRAWA ZACHOWANIA. Podstawowe terminy. Cia a tworz ce uk ad mechaniczny oddzia ywuj mi dzy sob i z cia ami nie nale cymi do uk adu za pomoc

PŁYTY PROSTOKĄ TNE O JEDNOKIERUNKOWO ZMIENNEJ SZTYWNOŚ CI

- Wydział Fizyki Zestaw nr 2. Krzywe stożkowe

MAREK Ś LIWOWSKI I KAROL TURSKI (WARSZAWA)

Scenariusz lekcji. Wojciech Dindorf Elżbieta Krawczyk

Podstawowe przypadki (stany) obciążenia elementów : 1. Rozciąganie lub ściskanie 2. Zginanie 3. Skręcanie 4. Ścinanie

1. A. B. C. D. 2. A. B. C. D. 3. A. B. C. D. 4. A. B. C. D.

POWŁOKI PROSTOKREŚ LNE OPARTE NA OKRĘ GU PRACUJĄ CE W STANIE ZGIĘ CIOWYM STANISŁAW BIELAK, ANDRZEJ DUDA. 1. Wstę p

DANE DOTYCZĄCE DZIAŁALNOŚ CI OGÓŁEM DOMÓW MAKLERSKICH, ASSET MANAGEMENT I BIUR MAKLERSKICH BANKÓW W 2002 ROKU I W PIERWSZYM PÓŁROCZU 2003

Wytrzymałość Materiałów

DYNAMIKA SZTYWNEJ PŁYTY SPOCZYWAJĄ CEJ NA SPRĘ Ż YSTO- PLĄ STYCZNY M PODŁOŻU ZE ZMIENNĄ GRANICĄ PLASTYCZNOŚ CI CZĘ ŚĆ II. SPRĘ Ż YSTE ODCIĄ Ż ENI E

BADANIA DOŚ WIADCZALNE STANU ZAKRYTYCZNEGO RÓWNOMIERNIE Ś CISKANEJ PŁYTY PROSTOKĄ TNEJ, BĘ D Ą CEJ ELEM EN TEM ZG IN AN EG O DŹ WIG ARA

I Pracownia fizyczna ćwiczenie nr 16 (elektrycznoś ć)

SYMULACJA NUMERYCZNA STEROWANEGO SAMOLOTU W RUCHU SPIRALNYM. 1. Wstę p

WGŁĘ BIANIE NARZĘ DZIA Z PERIODYCZNYM ZARYSEM KLINOWYM W OŚ RODEK PLASTYCZNY. 1. Wprowadzenie

Ć w i c z e n i e K 4

Mechanika. Wykład nr 2 Wypadkowa dowolnego układu sił. Równowaga. Rodzaje sił i obciążeń. Wyznaczanie reakcji.

ĆWICZENIE PROJEKTOWE NR 2 Z MECHANIKI BUDOWLI

ANALIZA WYNIKÓW BADAŃ PEŁZANIA MECHANICZNEGO I OPTYCZNEGO MATERIAŁU MODELOWEGO SYNTEZOWANEGO Z KRAJOWEJ Ż YWICY EPOKSYDOWEJ

JEDNOMODALNA I DWUMODALNA OPTYMALIZACJA Ś CISKANYCH PRĘ TÓW DRGAJĄ CYCH 1 >

MODELOWANIE CYFROWE PROCESU STEROWANIA SAMOLOTU W RUCHU SPIRALNYM. 1. Wstę p

STATYKA Z UWZGLĘDNIENIEM DUŻYCH SIŁ OSIOWYCH

PROJEKT NR 2 STATECZNOŚĆ RAM WERSJA KOMPUTEROWA

Liczba godzin Liczba tygodni w tygodniu w semestrze

Badanie silnika asynchronicznego jednofazowego

11.1. Zale no ć pr dko ci propagacji fali ultrad wi kowej od czasu starzenia

Schemat ukł adu pokazano na rys. 1. Na masę m podwieszoną na sprę ż yni e o sztywnoś ci c działa siła okresowa P(t) = P o

ANALIZA WYTRZYMAŁOŚ CIOWA PIONOWEJ PRZEPŁYWOWEJ WYTWORNICY PARY ELEKTROWNI JĄ DROWYCH MICHAŁ N I E Z G O D Z I Ń S K I, WACŁAW ZWOLIŃ SKI (ŁÓDŹ)

BADANIE WPŁYWU ODKSZTAŁCENIA PLASTYCZNEGO NA ZACHOWANIE SIĘ METALU PRZY RÓŻ NYCH DROGACH WTÓRNEGO OBCIĄ Ż ENI A. 1. Wprowadzenie

Równa Równ n a i n e i ru r ch u u ch u po tor t ze (równanie drogi) Prędkoś ędkoś w ru r ch u u ch pros pr t os ol t i ol n i io i wym

ZASTOSOWANIE RÓŻ NIC SKOŃ CZONYCH DO TWORZENIA MACIERZY SZTYWNOŚ CI W METODZIE ELEMENTÓW SKOŃ CZONYCH NA PRZYKŁADZIE ZGINANEJ PŁYTY. 1.

Stateczność ramy. Wersja komputerowa

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH. Doświadczalne sprawdzenie zasady superpozycji

REGULAMIN PRZEPROWADZANIA OCEN OKRESOWYCH PRACOWNIKÓW NIEBĘDĄCYCH NAUCZYCIELAMI AKADEMICKIMI SZKOŁY GŁÓWNEJ HANDLOWEJ W WARSZAWIE

METODA OBLICZANIA AMPLITUD DRGAŃ WYMUSZONYCH BELEK SŁABO TŁUMIONYCH TARCIEM KONSTRUKCYJNYM. 1. Wstę p

INFORMACJA DOTYCZĄCA DZIAŁALNOŚ TOWARZYSTW FUNDUSZY INWESTYCYJNYCH W 2004 ROKU

1. METODA PRZEMIESZCZEŃ

Mechanika teoretyczna

40. Międzynarodowa Olimpiada Fizyczna Meksyk, lipca 2009 r. ZADANIE TEORETYCZNE 2 CHŁODZENIE LASEROWE I MELASA OPTYCZNA

ANALIZA DOKŁADNOŚ CI PROWADZENIA WYPORNOŚ CIOWYCH OBIEKTÓW NAWODNYCH PO ZADANEJ TRAJEKTORII W RÓŻ NYCH WARUNKACH HYDROMETEOROLOGICZNYCH.

Tarcie poślizgowe

7. REZONANS W OBWODACH ELEKTRYCZNYCH

EKSPERYMENTALNY SPOSÓB WYZNACZANIA WSPÓŁCZYNNIKA RESTYTUCJI PRACUJĄ CEJ MASZYNY WIBROUDERZENIOWEJ MICHAŁ TALL (GDAŃ. 1. Wstę p

7. WYZNACZANIE SIŁ WEWNĘTRZNYCH W BELKACH

5. METODA PRZEMIESZCZEŃ - PRZYKŁAD LICZBOWY

7. Symulacje komputerowe z wykorzystaniem opracowanych modeli

w którym a oznacza naprę ż eni e wystę pują ce w danym punkcie budowli, a k naprę ż eni e dopuszczalne.

Rozwiązywanie umów o pracę

PODSTAWY METROLOGII ĆWICZENIE 4 PRZETWORNIKI AC/CA Międzywydziałowa Szkoła Inżynierii Biomedycznej 2009/2010 SEMESTR 3

O PEWNYM UOGÓLNIENIU METODY ORTOGONALIZACYJNEJ. 1, Uwagi wstę pne

Przykład 1 Dany jest płaski układ czterech sił leżących w płaszczyźnie Oxy. Obliczyć wektor główny i moment główny tego układu sił.

OSZACOWANIE ROZWIĄ ZAŃ RÓWNAŃ KANONICZNYCH METODY SIŁ W PRZYPADKU PRZYBLIŻ ONEGO WYZNACZANIA LICZB WPŁYWOWYCH. 1. Wstę p

ZMODYFIKOWANA METODA PROPORCJONALNEGO NAPROWADZANIA POCISKÓW W POZIOMEJ PŁASZCZYŹ NIE ZBLIŻ ENIA

ODPOWIEDZI I SCHEMAT PUNKTOWANIA ZESTAW NR 2 POZIOM ROZSZERZONY. S x 3x y. 1.5 Podanie odpowiedzi: Poszukiwane liczby to : 2, 6, 5.

SYSTEM PRZERWA Ń MCS 51

ZADANIA OTWARTE KRÓTKIEJ ODPOWIEDZI

R o z w i ą z a n i e Przy zastosowaniu sposobu analitycznego należy wyznaczyć składowe wypadkowej P x i P y

Egzamin maturalny z matematyki Poziom podstawowy ZADANIA ZAMKNI TE. W zadaniach od 1. do 25. wybierz i zaznacz na karcie odpowiedzi poprawn odpowied.

FERDYNAND TWARDOSZ I JERZY ZIELNICA (POZNAŃ)

Projekt MES. Wykonali: Lidia Orkowska Mateusz Wróbel Adam Wysocki WBMIZ, MIBM, IMe

Politechnika Białostocka

Ksztaªt orbity planety: I prawo Keplera

PRZEGLĄ D NOWSZYCH PRAC Z DZIEDZINY STATECZNOŚ CI POWŁOK CIENKOŚ CIENNYCH. 1. Wstę p

ĆWICZENIE 7 Wykresy sił przekrojowych w ustrojach złożonych USTROJE ZŁOŻONE. A) o trzech reakcjach podporowych N=3

DRGANIA SWOBODNE UKŁADU O DWÓCH STOPNIACH SWOBODY. Rys Model układu

Laboratorium Wytrzymałości Materiałów. Wyboczenie

Spis treści. Wstęp Część I STATYKA

Zadanie 1. (0-1 pkt) Liczba 30 to p% liczby 80, zatem A) p = 44,(4)% B) p > 44,(4)% C) p = 43,(4)% D) p < 43,(4)% C) 5 3 A) B) C) D)

Dr inż. Andrzej Tatarek. Siłownie cieplne

ANALIZA ROZKŁADU NAPRĘ Ż EŃ W SPOINIE KLEJOWEJ POŁĄ CZENIA ZAKŁADKOWEGO W ZAKRESIE ODKSZTAŁCEŃ PLASTYCZNYCH

1972 Nr kol ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ Serias GÓRNICTWO z. 52. Walery Szuścik, Jerzy Kuczyński

BADANIA ELASTOOPTYCZNE MIESZKÓW KOMPENSACYJNYCH Z PIERŚ CIENIAMI WZMACNIAJĄ CYMI. 1. Wstę p

RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE WYKŁAD 4

Wyznaczanie współczynnika sprężystości sprężyn i ich układów

MODELE OBLICZENIOWE I BADANIA DOŚ WIADCZALNE ZAWIESZENIA LOTNICZEGO SILNIKA TŁOKOWEGO. 1. Wstę p

6. WYZNACZANIE LINII UGIĘCIA W UKŁADACH PRĘTOWYCH

NOŚ NOŚĆ GRANICZNA ROZCIĄ GANYCH OSIOWO- SYMETRYCZNYCH PRĘ TÓW OSŁABIONYCH SZEREG IEM KARBÓW KĄ TOWYCH LECH D I E TR I C H, KAROL TU R SKI (WARSZAWA)

12. Wyznaczenie relacji diagnostycznej oceny stanu wytrzymało ci badanych materiałów kompozytowych

STATECZNOŚĆ DYNAMICZNA Ś MIGŁOWCA Z WIRNIKIEM PRZEGUBOWYM

Uchwały podjęte przez Nadzwyczajne Walne Zgromadzenie Zakładów Lentex S.A. z dnia 11 lutego 2014 roku

I B. EFEKT FOTOWOLTAICZNY. BATERIA SŁONECZNA

MATEMATYKA POZIOM ROZSZERZONY PRZYK ADOWY ZESTAW ZADA NR 2. Miejsce na naklejk z kodem szko y CKE MARZEC ROK Czas pracy 150 minut

DTR.ZL APLISENS PRODUKCJA PRZETWORNIKÓW CIŚNIENIA I APARATURY POMIAROWEJ INSTRUKCJA OBSŁUGI (DOKUMENTACJA TECHNICZNO-RUCHOWA)

KOMISJA WSPÓLNOT EUROPEJSKICH. Wniosek DECYZJA RADY

i- i.a... (i) 1. Wstę p

DZYSZKOLNE ZAWODY MATEMATYCZNE. Eliminacje rejonowe. Czas trwania zawodów: 150 minut

Politechnika Białostocka

Systemy liczbowe Plan zaję ć

3. FUNKCJA LINIOWA. gdzie ; ół,.

Ć w i c z e n i e K 3

UCHWAŁA N r XX X/306 l 2ot3. Rady Miejskiej w Brzozowie. z dnia 25 kwietnia 2OI3 r. Rada Miejska w Brzozowie. uchwala, co nastę puje: Rozdział l

Transkrypt:

MECHANIKA TEORETYCZNA I STOSOWANA 3, 13 (1975) WPŁYW TARCIA W PRZEGUBACH NA PRZEBIEG WYBOCZENIA PRĘ TA Ś CISKANEGO ANDRZEJ TROJNACKI (KRAKÓW) 1. Wstę p Doś wiadczalne badania prę tów na wyboczenie przeprowadza się najczę ś cie j dla dwuprzegubowego sposobu zamocowania. W konstrukcyjnych rozwią zaniach przegubów niemoż liwe jest całkowite wyeliminowanie tarcia, a jak się okazuje, ma ono duży wpływ na przebieg i wynik eksperymentu. W niektórych przypadkach tarcie może spowodować nawet przekroczenie siły eulerowskiej, rozumianej jako siła krytyczna dla prę ta idealnego, zamocowanego dwuprzegubowo. Na zjawisko to zwraca uwagę WASIUTYŃ SKI [9], doszukują c się w nim przyczyny nagłoś ci procesu wyboczenia:,...przed wygię ciem prę ta, sił y tarcia, wzrastają cstopniowo do wartoś cirozwinię tych, dają w przegubach pewne momenty opierają cesię wygię ciu prę ta, a wię c dział ają ce podobnie jak czę ś ciowezamocowanie jego koń ców, i pozwalają ce na doprowadzenie obcią ż eniado wartoś cinieco wię kszejod tej, którą by moż nabył o osią gną ćw razie zmniejszenia sil tarcia. W chwili powstania ruchu, rozwinię te sił y tarcia w przegubach zmniejszają się nagle do wartoś citarć posuwistych, wskutek czego obcią ż enieprę ta nagle staje się wię ksze o skoń czoną nadwyż kę od sił y, odpowiadają cejstanowi równowagi." Tej nadwyż ce obcią ż eni a WASIUTYŃ SKI przypisuje dynamiczny charakter wię kszoś i c prób na wyboczenie. Tarcie w przegubach z jednej strony, a podatność utwierdzenia z drugiej powodują, że rzeczywiste warunki zamocowania ś ciskanych prę tów odbiegają od idealnych i są zawarte mię dzy idealnymi przegubami a idealnym utwierdzeniem. Z zagadnieniem tym wią żą się również inne nieuniknione odstę pstwa od teoretycznego schematu: pierwotna krzywizna osi prę ta i mimoś rodowe przyłoż enie obcią ż enia. Wpływ tych czynników na przebieg wyboczenia jest szeroko omówiony w monografiach BLEICHA [1], TIMOSHENKI [8] i WOLMIRA [11]. Oprócz rozważ ań teoretycznych, autorzy przytaczają wyniki licznych doś wiadczeń oraz proponują metody uwzglę dniania wymienionych wyż ej nieprawidłowoś ci w obliczeniach wytrzymałoś ciowych rzeczywistych elementów konstrukcyjnych. Doś wiadczalny sposób okreś lenia warunków brzegowych na koń cach ś ciskanego prę ta, ą w konsekwencji wielkoś ci obcią ż eni a krytycznego, podają HORTON, CRAIG i STRUBLE [3]. Przy klasycznych badaniach na ś ciskanie siłą osiową, obcią ż eni e musi być doprowadzone do bliskiego krytycznemu. Wią żą się z tym jednak niepoż ą dane odkształcenia trwałe, zatem autorzy proponują badać pręt na zginanie siłą prostopadłą do osi. W pracy zamieszczone są wyniki badań prę tów aluminiowych i stalowych, których koń ce zamocowane był y na spiralnych sprę ż ynach o róż nej sztywnoś ci. Podobnym zagadnieniem

364 A. TROJNACKI zajmowali się LAZARD i MOUTY [5]. Badali oni na zginanie prę t z utwierdzonymi sprę ż yśeci koń cami, wyliczają c sił ę krytyczną z wyprowadzonej zależ nośi cmię dzy gię tną sztywnoś cią elementu i osiowym obcią ż eniem prę ta. Metoda doś wiadczalnego okreś lenia począ tkowego ugię cia i mimoś rodu obcią ż eni a ś ciskanego osiowo prę ta przedstawiona jest w pracach [2] i [4]. Zakładają c pierwotną krzywiznę w postaci pół fali sinusoidy i wykorzystują c znane równanie róż niczkowe osi prę ta dla małych przemieszczeń, autorzy otrzymują zależ ność ugię ć prę ta od ugię cia pierwotnego i mimoś rodu. Przy jej pomocy opracowano wyniki badań, z których wynika, że wpływ mimoś rodu wypadkowej siły zewnę trznej jest w porównaniu z wpływem krzywizny począ tkowej niewielki i daje efekty rzę du 10%. Ten sam problem jest celem rozważ ań SHINGO [7]. N iniejsza praca zajmuje się teoretycznym opisem przebiegu wyboczenia sprę ż ystego. prę ta, zamocowanego w dwóch rzeczywistych przegubach z tarciem. Wyboczenie rozumie się tu w sensie technicznym (WIERZBICKI [10]), jako silny wzrost ugięć ś ciskanego prę ta o niewielkich niedokładnoś ciach wstę pnych, które w pracy bę dą reprezentowane stałą krzywizną pierwotną prę ta x 0 Wpływ mimoś rodowośi cobcią ż eni a i niejednorodnoś ci materiał u prę ta ma zbliż ony charakter i zazwyczaj może być uję ty pewną zastę pczą krzywizną pierwotną (Ż YCZKOWSKI [12]). Takie podejś cie umoż liwi zbliż enie teorii do realnych warunków doś wiadczalnych, gdzie całkowite wyeliminowanie niedokładnoś ci wstę pnych nie jest moż liwe. Praca pozostaje w zwią zku z eksperymentalnymi badaniami wyboczenia, wykonanymi dla prę tów z tworzywa sztucznego. Obcią ż eni e realizowano przy stał ej prę d- koś ci przesuwu półek maszyny, równej 0,5 cm/min. Dla serii sześ ciu prób, w czterech przypadkach nagły wzrost ugię ć prę ta wystą pił wyraź nie powyż ej teoretycznej siły krytycznej (eulerowskiej) dla zamocowania dwuprzegubowego, przekraczają c ją odpowiednio o 5, 3, 1 i 5%. Ponieważ reologiczne własnoś ci materiał u powodować mogą jedynie zmniejszenie siły krytycznej badanych prę tów (RABOTNOW, SZESTIERIKOW [6]), wyniki doś wiadczeń moż na wytłumaczyć przede wszystkim istnieniem tarcia w przegubach i temu zagadnieniu jest poś wię cona obecna praca. 2. Opis budowy zastosowanego przegubu i okreś lenie momentu tarcia Prę t zamocowany był w maszynie wytrzymałoś ciowej w dwóch jednakowych przegubach (rys. 1). Każ dy z nich skł adał się z płytki oporowej /, z wydrą ż onym wgł ę bieniem w kształ - cie stoż ka o ką cie rozwarcia 2<p. We wgłę bieniu osadzona był a koń cówka 2, zamocowana w badanym prę cie. Miała ona również kształ t stoż ka, lecz o mniejszym ką cie rozwarcia i wierzchołku zaokrą glonym promieniem r. Oba elementy był y wykonane ze stali. Moment tarcia M r w przegubie (przy zał oż eniu, że w przegubie tym wystę puje ruch) moż na okreś lić, analizują c jego budowę i współpracę koń cówki z pł ytką podczas obcią ż ani a prę ta. W dalszym cią gu założ ono, że styk obu tych czę ś i cnastę puje jedynie w dwóch punktach A i B, leż ą cych w płaszczyź nie osi wstę pnie wygię tego prę ta (rys. 2). Zgodnie z prawem tarcia Coulomba pojawią się w nich reakcje normalne P A i P B oraz proporcjonalne do nich reakcje styczne. Ich zwrot jest przeciwny do założ onego kierunku obrotu koń cówki,

WPŁYW TARCIA NA PRZEBIEG WYBOCZENIA PRĘ TA 365 zaznaczonego na rys. 2 strzałką. Reakcje P A i P B moż na wyliczyć z warunku równowagi sił w przegubie, a moment tarcia ostatecznie wynosi gdzie n jest współ czynnikiem tarcia dla materiał ów koń cówki i pł ytki, a P aktualną siłą osiową. Wzór (2.1) moż na stosować w powyż szej formie (ze znakiem równoś ci), gdy obrót w przegubie jest moż liwy od samego począ tku obcią ż ania, to jest w ukł adach o duż ych niedokł adnoś ciach wstę pnych i mał ym współczynniku tarcia / u. W przeciwnym przypadku, Rys. 1 Przegub zastosowany w próbie statecznoś ci Rys. 2. Rozkł ad sil w uruchomionym przegubie tarcie w przegubach da zauważ alny efekt, w postaci począ tkowego utwierdzenia koń ców prę ta. Pojawią się momenty utwierdzenia, zwię kszają ce się ze wzrostem siły ś ciskają cej. Przegub bę dzie unieruchomiony aż do chwili, gdy momenty utwierdzenia pokonają momenty tarcia (2.1) i w przegubie rozpocznie się obrót. Wymienione warianty bę dą poddane analizie w dalszej czę ś i c pracy. 3. Analiza procesu obcią ż ani a prę ta Proces utraty statecznoś ci moż na najogólniej rozpatrywać w dwóch etapach. Począ tkowo prę t zachowuje się jak utwierdzony (rys. 3a) aż do chwili, gdy w przegubach zostaną przekroczone momenty tarcia (2.1) o wartoś ci wynikają cej z wymiarów przegubu, współczynnika tarcia \ i i aktualnej sił y osiowej P. N astę pnie rozpocznie się ruch elementów przegubu i ten sam prę t należy potraktować jak dwuprzegubowy, lecz obcią ż ony oprócz siły ś ciskają ce j dodatkowo momentami tarcia M T (rys. 3b). Granicę tych etapów wyznaczy siła P, przy której zachodzi równość M v M T. W rozdziale 4 zostaną zbadane również warunki, w których etap I nie wystę puje i zjawisko od począ tku przebiega zgodnie z założ eniami II etapu. 3.1. Etap I, utwierdzenie w wyniku tarcia w przegubach. W pierwszym etapie rozważ ano obustronnie utwierdzony prę t o długoś ci /, z krzywizną pierwotną o stałej wartoś ci H 0 = const (rys. 3a). Jedynym obcią ż eniem zewnę trznym jest osiowa siła ś ciskają ca P. Całkowite ugię cie

366 A. TROJNACKI osi prę ta y jest sumą ugię cia pierwotnego y 0 i przyrostu tego ugię cia y y. W ramach teorii mał ych przemieszczeń pierwotna linia ugię cia jest parabola o równaniu y 0 = x 0 (lx x 2 )/ 2. Funkcję y t moż na podobnie wyznaczyć ze znanego równania róż niczkowego osi prę ta (3.1) Ely 1! 1 " - P(y 1 +y 0 )+M v,,p b). J "u Rys. 3. Przyję ty schemat zamocowania prę ta: a) I etap utwierdzenie w wyniku tarcia, b) II etap zamocowanie przegubowe z tarciem gdzie Ma oznacza moment utwierdzenia w wyniku tarcia w przegubach. Do dyspozycji są po dwa warunki brzegowe na każ dym koń cu prę ta dla x = 0 V, = 0, (3.2) dla x = / j^ = 0, y[ =0 1ub/ = i i, i>i = o iub y = - i^-. Stałe całkowania w rozwią zaniu równania (3.1) dają się wyznaczyć przy pomocy pierwszego i trzeciego z nich, a całkowite ugię cie osi prę ta wynosi (3.3) {EIx o - M v )l 2 mn 2 EI cos 1 cos gdzie m jest bezwymiarową siłą zdefiniowaną nastę pują co (3.4) P Pl 2 n 2 EI'

WPŁYW TARCIA NA PRZEBIEG WYBOCZENIA PRĘ TA 367 Do okreś lenia zależ nośi cmomentów utwierdzenia M v od siły osiowej P, moż na wykofzystać pozostałe dwa warunki brzegowe (3.2). Przyję cie, że ze wzglę du na symetrię momenty Mv są na obu koń cach równe, pozwoli ograniczyć się tylko do jednego z nich, np. drugiego (3.5) Mu = EIx 0 [l - ~]/ m ctgly ]/ m Uwzglę dniając ten zwią zek w równaniu (3.3), otrzymamy równanie linii ugię cia prę ta w I e- tapie, gdy koń ce prę ta są utwierdzone w przegubach w wyniku dział ania tarcia (3.6) yi = 7= znym cosh 1 - i - ]..In Sm \2 3.2. Ograniczenia I etapu, począ tek ruchu w przegubach. Pierwszy etap obcią ż ani a koń czy się w chwili, gdy momenty utwierdzenia pokonują ruchowe momenty tarcia. Porównanie wzorów na M r (2,1) i M v (3.5) ofaz wykorzystanie podstawienia (3.4) daje (3.7) am+ ~ / / Mctg(~]/ m)-l = 0, z \ z / gdzie a jest pewnym «uogólnionym» współczynnikiem tarcia, zdefiniowanym nastę pują co (3 ' 8) " = (l+/ i 2 )x Q Psm<p ' Graniczną bezwymiarową siłę, przy której rozpocznie się obrót koń cówki wzglę dem płytki i przejś cie do II etapu, okreś la pierwiastek m* równania (3.7). 3.3. Etap II, uruchomione przeguby z tarciem. Analizę zachowania się prę ta w II etapie wykonano w oparciu o rys. 3b. Obecnie prę t jest zamocowany przegubowo, obcią ż ony siłą osiową P i momentami tarcia M r w przegubach. Równanie linii ugię cia moż na otrzymać z (3.3), wstawiają c, wobec M a = M T, zamiast Mu zależ ność (2.1) cos 1 r- Hr 7i m cos 4. Dyskusja wyników i wnioski Okazuje się, że pierwiastek w* równania (3.7) nie zawsze istnieje. Zależy to od współczynnika a i oznacza, że dla pewnych jego wartoś ci nie może dojść do wstę pnego utwierdzenia koń ców prę ta, wskutek zbyt małego współczynnika tarcia fx lub zbyt duż ej krzywizny x 0 : Równanie (3.7) jest przestę pne ze wzglę du na m, lecz daje się łatwo rozwią zać ze wzglę du na a. W przedziale 0 < m < 4 funkcja a = / (m), przedstawiona na rys. 4, posiada kres dolny infa = 7t 2 / 12 = 0,8225,

368 A. TROJNACKI oraz przechodzi przez punkt o współrzę dnych (1,1). Prosta m 1 i krzywa a. = / (m) dzielą płaszczyznę na dwa obszary. Obszar ż akreskowany jest, w ś wietle zastosowanej tu teorii małych ugię ć, nieosią galny dla rozpatrywanego układu. W pozostałym obszarze przebieg wyboczenia zależy w zasadniczy sposób od współczynnika a, przy czym istnieją jego dwie graniczne wartoś ci: a.' ST = 7t 2 / 12 i a' B ' r = 1. Dla prę ta zakrzywionego (x 0 ^ 0) moż na rozróż nić trzy przypadki (rys. 4): Rys. 4. Wykres zależ nośi cwspółczynnika a od bezwymiarowej siły m 1. Jeż el i 0 < a < cr 2 / 12, równanie (3.7) nie ma pierwiastków, co oznacza, że moment utwierdzenia od samego począ tku musiałby być wię kszy od momentu tarcia i nie może dojść do skutku I etap. Proces przebiega jednoetapowo, zgodnie z założ eniami II etapu (schemat «b» z rys. 3), a ugię cia prę ta opisuje wzór (3.9). 2. Gdy JI 2 / 12 < a < 1, równanie (3.7) daje się rozwią zać i, jak wynika z rys. 4, ma pierwiastek m* < 1. Tarcie w przegubach jest wystarczają co duż e, aby spowodować wstę pne utwierdzenie koń ców prę ta (M T > M v ). Obcią ż eni e prę ta odbywa się w dwóch etapach, wedł ug schematów «a» i «b» (rys. 3), W I etapie zależ ność linii ugię cia od siły opisuje równanie (3.6), a w II etapie równanie (3.9). Siła P jest w obu etapach rosną cą funkcją ugię cia, co odpowiada równowadze statecznej.

WPŁ YW TARCIA NA PRZEBIEG WYBOCZENIA PRĘ TA 369 3. Wreszcie, gdy 1 < a < oo, istnieje również rozwią zanie równania (3.7) m* > 1. Ugię cia w obu etapach wyraż ają się tymi samymi wzorami co poprzednio, przy czym sił a P w drugim etapie maleje (równowaga niestateczna). Przypadek prę ta prostego («0 = 0 lub a -> oo) ma niewielkie znaczenie, gdyż jest praktycznie nieosią galny. Przy braku mimoś rodowoś i c sił y P, nawet niewielkie momenty tarcia w przegubach dają teoretyczną moż liwość doprowadzenia obcią ż ani a do wartoś ci m = 4, jak dla idealnego utwierdzenia. Moż na rozróż nić trzy etapy procesu obcią ż ania. Począ tkowo, przy narastaniu sił y od zera do m = 4, pręt zachowuje prostoliniową postać równowagi statecznej. Osią gnię e ci sił y m = 4 powoduje przejś cie do II etapu, w którym ukł ad jest w stanie równowagi oboję tnej. Równowaga prę ta (z utwierdzonymi nadal w wyniku tarcia koń cami ) pod tym obcią ż eniem, jest moż liwa dla róż nych postaci linii ugię cia, jednak z pewnym ograniczeniem. Istnieje graniczna linia ugię cia y v, stanowią ca przejś cie z etapu II do III. Moż na ją otrzymać ze wzoru (3.6) (4.1) JV przy warunku pobocznym, którym jest równanie (3.7). W efekcie mamy, s?'/ " / 1 2TIX\ 9 (4.2) y g, = 7z ~ I - cos 7. * ' (l+ ^sinca / / Gdy ugię cia prę ta przekroczą wartoś ci wynikają ce z (4.2), momenty utwierdzenia w przegubach pokonają momenty tarcia i przeguby zostaną uruchomione. Obecnie, w III etapie, wystą pi gwał towny wzrost ugięć przy spadku sił y, zgodnie z odpowiednio przekształ conym równaniem (3.9). Graficzną interpretację wyników, otrzymanych dla prę ta z krzywizną pierwotną, jest najwygodniej przedstawić w ukł adzie: bezwymiarowa strzał ka ugię cia w poł owie prę ta / / / o bezwymiarowa sił a m (rys. 5). Odpowiednie wzory moż na otrzymać z (3.6) i (3.9), podstawiając x = / / 2. W przypadku I utrata statecznoś ci odbywa się jednoetapowo i w cał ym zakresie obowią zuje zależ ność (4.3) jr - d Dla przypadków 2 i 3 mamy (4-4) { (45) (E,- (i i - "" ) [ 8sc (f' / )- 1 ]- W równaniu (4.4) dla I etapu współ czynnik a nie interweniuje; wpł ywa on jedynie na wartość sił y m*. Po jej osią gnię u ci nastę puje przejś cie do II etapu i prawie natychmiastowe wyboczenie. Z przedstawionych na rys. 5 zależ nośi cmię dzy sił ą i ugię ciem wynika, że gdy a > I (przyp. 3), moż na w pewnych warunkach przekroczyć pod koniec I etapu procesu obcią ż ani a krytyczną sił ę eulerowską m = I dla idealnego prę ta dwuprzegubowego, bez 5 Mechanika Teoretyczna

370 A. TROJNACKI utraty statecznoś ci. Równanie (3.7), które rozgranicza I etap od II, ma wtedy pierwiastek ni* > 1. W zakresie obcią ż eni a 1 < m «* m* prę t jest nadal stateczny (wzrostowi siły towarzyszy wzrost ugię ć) w wyniku tarcia w przegubach, które daje momenty utwierdzają ce. Gwał towny wzrost ugię ć, poł ą czony ze spadkiem siły, rozpoczyna się dopiero po osią gnię ciu Rys. 5. Wykres zależ nośi csiły m od bezwymiarowej strzałki ugię cia / / / 0 dla róż nych wartoś ci "współczynnika a siły w*, uruchomieniu przegubów i przejś ciu do II etapu. Z takim przebiegiem zjawiska należy się liczyć przy badaniu prę tów krę pych (ale pozostają cych jeszcze w zakresie sprę - ż ystym), z małymi niedokł adnoś ciami wstę pnymi i dla znacznych wartoś ci współ czynnika tarcia [x. Literatura cytowana w tekś cie 1. F. BLEICH, Buckling strength of metal structures, McGraw- Hill,'1952. 2. C. HAYASHI, A. KOBAYASHI, Nihon koku gakkayshi, J. Japan Soc. Aeronaut, and Space Sci 157 15 (1967), 47-51. 3. W. H. HORTON, J. I. CRAIG, D. E. STRUBLE, A simple, practical method for the experimental determination of the end fixity of a column, Proc. 8th Int. Symp. Space Technol. and Sci., Tokyo 1969 Tokyo 1969, 269-280.

WPŁYW TARCIA NA PRZEBIEG WYBOCZENIA PRĘ TA 371 4. A. KOBAYASHI, C. HAYASHI, Tokio daigaku utiu koku kenkiushio hokoku, Bull. Inst. Space and Aeron. Sci. Univ. Tokyo, 3, A2 (1966), 907-917. 5. A. LAZARD, J. MOUTY, Determination experimental de la charge de flambement et des souplesses d'encastrement d'un element, Mem. Assoc. int. ponts et charp., 27 (1967), 31-42. 6. IO. H. PAEOTHOB, C. A. IHECTBPHKOBJ YcmounuBOcmb cmepyicheii u n/ iacmuuou eyc.weunx nojuymecmu, IIpHKJi. Mai, H iwex., 3, 21 (1957) 406-412. 7. T. SHINGO, Influences of initial eccentricities of columns while testing, Mem. Def. Acad., 2,8(1968), 595-603. 8. S. P. TIMOSHENKO, J. M. GERE, Teoria statecznoś cisprę ż ystej,arkady, Warszawa 1963. 9. Z. WASIUTYŃ SKI, O wyboczeniu stalowych prę tówprostych, Warsz. Tow. Politech., Warszawa 1933. 10. W. WIERZBICKI, O powstawaniu wyboczenia prę tówprostych, Rozpr. Inż,. 12 (1954), 1-65. 11. A. C. BOJIŁMHP, ycmouhueocmb decfiopmupyemux cucmem, Htefl. Hayi<a, Mocraa 1967. 12. M. Ż YCZKOWSKI, Skoń czoneugię cia mimoś rodowoś ciskanychprę tówo krzywiinie pierwotnej, Księ ga jubileuszowa Witolda Wierzbickiego, PWN, Warszawa 1959, 479-518. P e 3 JO M e BJIHJIHHE TPEHHfl B 1UAPHHPAX HA ITPOUECC ITPOflOJIBHOrO H 3rH EA OKATOrO CTEKKIM B pa6oie HCCJie^ye- rca: BUHHHHC Tpemrac B niaphhpax Ha npoflojilhbih H3ra6 maphhpho 3aKpenneH- Horo na Konnax crep>i<hh c He6oJiŁiUHM iia^anbhbim H3rii6oM. yka3bibaetch 3 ^ITO ftiw peajibhhx, HCnoJiL3yeMŁix B 3KcnepHMeHTax uiapimpob Tpemie Mo>i<eT BM KOHI;OB crep>khn. Tai<nM oópasoimj npouecc npohoubnoro H3rn6a 3Tan (crep>kehb c 3ameMneHHbiMH KonaaMH) 3ai<anqHBaeTCH Torna, Korfla MOMeHTbi B 3ameMJieHHH npebbiuiaiot MOMembi TpeiiHH B mapi- mpax. Ha Biopom sxane STOT >Ke ciepjkehb cneflye paccmatpn- Baw. B i<a i iectbe ruapraipho 3ai<penjieHHoro CTep>KHH c flo6abomhoił Harpy3i<0H OT MOMCHTOB B uiaphhpax. Ha KOHije nepboro 3Tana Mo>i<eT HaSJiioaaTbca pabhobecne npn Harpy3i<e CBO6OAHO onepioro Summary THE INFLUENCE OF FRICTION IN THE HINGES ON THE BUCKLING PROCESS OF A COLUMN The paper presents the problem of the influence of friction occurring in the hinges on the buckling process of a simply supported column with a small initial curvature. It has been found, that the initial clamping of the ends of the bar is possible for the type of the hinge actually used in the experiments. Thus the buckling process runs in two stages. The first stage (bar with fixed ends) terminates, when the clamping moments exceed the friction moments. In the second stage the same bar is analyzed with two hinges at the ends, but it is additionally loaded with the friction moments at these hinges. At the end of the first period, the column may be stable even under the loading, exceeding the critical Euler force at the simply supported rod. POLITECHNIKA KRAKOWSKA Praca została złoż onaw Redakcji dnia 30 wrześ nia1974 r. 5*