BL2.ru

Реакции связей рамы онлайн: заделка, шарнир, каток, составная конструкция (Тарг С1–С3)

Соберите раму из узлов и стержней, поставьте опоры и нагрузки — калькулятор составит уравнения равновесия ΣX, ΣY, ΣM, найдёт реакции связей, проверит ответ моментами относительно другой точки и нарисует схему в масштабе. Подходит для задач Тарга С1–С3 и расчётно-графических работ по статике.

Длины в метрах, силы в килоньютонах, моменты в кН·м. Оси: x вправо, y вверх. Стержни жёстко соединены в узлах, поэтому вся рама — одно тело (кроме внутреннего шарнира).

Узлы (координаты)

Стержни

Опоры

Заделка даёт X, Y и момент, неподвижный шарнир — X и Y, каток и стержень — одну силу вдоль линии под углом α к оси x (у катка это нормаль к поверхности качения). Если реакция получится отрицательной, она направлена в обратную сторону.

Нагрузки

Добавить:
Нужно ровно три неизвестные реакции; у составной конструкции — шесть (опоры плюс две силы в шарнире). Центр моментов выбирайте сами: ответ не меняется, но уравнения проще, если взять узел, где пересекаются линии двух неизвестных. Нагрузки и опоры в самом шарнире относятся к первой части.
Рассчитать

Как найти реакции связей плоской конструкции

Задачи С1–С3 решают по одной схеме. Выбирают тело, равновесие которого рассматривают, — раму или её часть. Мысленно отбрасывают связи и заменяют их реакциями: заделка даёт силу с двумя составляющими X, Y и момент, неподвижный шарнир — X и Y, каток и невесомый стержень — одну силу вдоль известной линии. Затем составляют три уравнения равновесия плоской системы сил: ΣX = 0, ΣY = 0 и ΣM относительно выбранной точки равна нулю.

Центр моментов выбирают там, где пересекаются линии действия двух неизвестных: тогда они не входят в уравнение моментов, и одна неизвестная находится сразу. Момент силы относительно точки считают как M = x·Fy − y·Fx, где x, y — координаты точки приложения силы от центра моментов; против часовой стрелки момент положителен. Пара сил входит в уравнение моментов целиком и не входит в проекции.

Распределённая нагрузка

Равномерную нагрузку заменяют одной силой R = q·ℓ в середине участка, треугольную — силой R = q·ℓ/2 на расстоянии одной трети длины от стороны с большей интенсивностью. Если q задана на единицу длины проекции на горизонталь (снеговая нагрузка), то R = q·ℓ·cos θ, где θ — угол стержня к горизонтали; для нагрузки, перпендикулярной стержню, равнодействующая направлена по нормали.

Пример: Г-образная рама

Стойка AB высотой 3 м жёстко заделана в точке A, ригель BC длиной 4 м. В узле C сила 10 кН вниз, в узле B сила 5 кН вправо, на ригеле вертикальная нагрузка 2 кН/м по проекции, в узле B пара сил 6 кН·м против часовой стрелки. Равнодействующая нагрузки R = 2·4 = 8 кН приложена посередине ригеля, на расстоянии 2 м от стойки.

ΣX = 0: X_A + 5 = 0, откуда X_A = −5 кН. ΣY = 0: Y_A − 10 − 8 = 0, откуда Y_A = 18 кН. ΣM_A = 0: M_A − 4·10 − 3·5 − 2·8 + 6 = 0, откуда M_A = 65 кН·м. Проверка по моментам относительно точки C: ΣM_C = M_A − 4·Y_A + 3·X_A + 2·8 + 6 = 65 − 72 − 15 + 16 + 6 = 0.

Составная конструкция (задача С2)

Если две части соединены внутренним шарниром, неизвестных становится шесть: реакции опор и две составляющие усилия в шарнире. Уравнения составляют для каждой части отдельно (удобно брать моменты относительно шарнира: усилие в нём тогда не входит в уравнение моментов), а ответ проверяют уравнением моментов для всей конструкции. Усилия в шарнире на двух частях равны по модулю и противоположны по направлению.

Когда решения нет

Для одного тела нужно ровно три неизвестные реакции, и линии их действия не должны быть все параллельны или пересекаться в одной точке. Больше неизвестных — задача статически неопределима и решается уже с учётом деформаций (сопромат), меньше — конструкция является механизмом.

Частые вопросы

Как найти реакции опор рамы?
Отбросьте опоры и введите реакции: заделка — X, Y и момент, неподвижный шарнир — X и Y, каток — одна сила по нормали. Составьте ΣX = 0, ΣY = 0 и сумму моментов относительно точки, где пересекаются две неизвестные, и решите систему. Калькулятор делает это автоматически и показывает уравнения с числами.
Как заменить распределённую нагрузку равнодействующей?
Равномерная нагрузка q на длине ℓ заменяется силой q·ℓ в середине участка. Треугольная с максимумом q — силой q·ℓ/2 на расстоянии ℓ/3 от стороны, где интенсивность максимальна. Для нагрузки по проекции на горизонталь равнодействующая умножается на косинус угла стержня.
Что значит отрицательная реакция?
Реакцию вы направили произвольно. Отрицательное значение говорит, что на самом деле она направлена в обратную сторону. Ошибки здесь нет, на схеме калькулятора стрелки уже нарисованы по фактическому направлению.
Почему пишет, что система статически неопределима или механизм?
Для одного тела в плоскости есть три уравнения равновесия, поэтому неизвестных реакций должно быть ровно три. Если их больше, лишние связи не позволяют найти реакции только из статики. Если меньше или линии трёх реакций параллельны либо пересекаются в одной точке, конструкция может двигаться.
Как решить составную конструкцию с шарниром, как в задаче С2?
Выберите в калькуляторе узел внутреннего шарнира. Конструкция разделится на две части, для каждой составляются три уравнения (моменты берутся относительно шарнира), всего шесть уравнений на четыре реакции опор и два усилия в шарнире. Проверка выполняется по равновесию всей конструкции.