Kratownica - Metoda Rittera krok po kroku

Kratownica - Metoda Rittera krok po kroku

kwietnia 10, 2018

Zadanie: Dla kratownicy statycznie wyznaczalnej obliczyć siły w prętach Metodą Rittera.

Rys. 1. Schemat kratownicy

1. Obliczanie reakcji podporowych

W tym kroku udajemy się do wpisu Kratownica - metoda równoważenia węzłów.

2. Obliczanie sił w prętach metodą Rittera

Punkt Rittera jest to punkt, w którym przecinają się linie działania pozostałych dwóch sił. W naszym przypadku oznaczono je żółtym prostokątem. Wyliczając Moment Statyczny w Punkcie Rittera od sił i reakcji należących do odciętej części Kratownicy redukujemy w równaniach te niewiadome siły, które się przecinają, ponieważ ramię działania momentu tych sił wynosi zero. Odcięta Kratownica jest w równowadze kiedy suma jej składowych sił i reakcji rzutowana na oś X i oś Y jest równa zero.

∑Nx+∑Rx+∑Px=0\sum N_x + \sum R_x + \sum P_x = 0

∑Ny+∑Ry+∑Py=0\sum N_y + \sum R_y + \sum P_y = 0

gdzie:

∑Nx\sum N_x

- to suma sił odciętej kratownicy rzutowana na oś X

∑Rx\sum R_x

- to suma reakcji podporowych odciętej kratownicy rzutowana na oś X (jeżeli reakcje należą do części)

∑Px\sum P_x

- to suma odziaływania zewnętrznego odciętej kratownicy rzutowana na oś X (jeżeli siły są przyłożone do części)

∑Ny\sum N_y

- to suma sił prętowych odciętej kratownicy rzutowana na oś Y

∑Ry\sum R_y

- to suma reakcji podporowych odciętej kratownicy rzutowana na oś Y (jeżeli reakcje należą do części)

∑Py\sum P_y

- to suma odziaływania zewnętrznego odciętej kratownicy rzutowana na oś Y (jeżeli siły są przyłożone do części)

3. Wybrano Przecięcie = 0

Rys. 2. Przekrój kratownicy - przecięcie 0

W tym przypadku są dwa punkty Rittera i do policzenia sił należy rozwiązać układ równań:

  1. Suma Momentu Statycznego względem punktu Rittera
  2. Rzutując niewiadome siły oraz oddziaływania P na oś X
  3. Rzutując niewiadome siły oddziaływania P na oś Y

Oczywiste jest, że wyznaczenie siły w pręcie nie przecinającym się w punkcie Rittera jest natychmiastowe ponieważ tylko ta siła tworzy równanie z jedną niewiadomą.

Do policzenia: N2−0N_{2-0}, β=180°\beta = 180°

Do policzenia: N3−1N_{3-1}, β=180°\beta = 180°

Do policzenia: N2−1N_{2-1}, β=135°\beta = 135°

3.1. Moment względem Punktu Rittera [0;1]
RP5⋅(2−0)⋅sin⁡(−90)+P2⋅(1−0)⋅sin⁡(90)+N2−0⋅(1−0)⋅cos⁡(180)=0R_{P_5} \cdot (2-0) \cdot \sin(-90) + P_2 \cdot (1-0) \cdot \sin(90) + N_{2-0} \cdot (1-0) \cdot \cos(180) = 015⋅2⋅(−1)+10⋅1⋅1+N2−0⋅1⋅(−1)=015 \cdot 2 \cdot (-1) + 10 \cdot 1 \cdot 1 + N_{2-0} \cdot 1 \cdot (-1) = 015⋅(−2)+10⋅1+N2−0⋅(−1)=015 \cdot (-2) + 10 \cdot 1 + N_{2-0} \cdot (-1) = 0(−30)+10+N2−0⋅(−1)=0(-30) + 10 + N_{2-0} \cdot (-1) = 0∑M=N2−0⋅(−1)+(−20)=0\sum M = N_{2-0} \cdot (-1) + (-20) = 0N2−0=(−20) kNN_{2-0} = (-20)\ \mathrm{kN}
3.2. Moment względem Punktu Rittera [1;0]
RP5⋅(2−1)⋅sin⁡(−90)+N3−1⋅(0−1)⋅cos⁡(180)=0R_{P_5} \cdot (2-1) \cdot \sin(-90) + N_{3-1} \cdot (0-1) \cdot \cos(180) = 015⋅1⋅(−1)+N3−1⋅(−1)⋅(−1)=015 \cdot 1 \cdot (-1) + N_{3-1} \cdot (-1) \cdot (-1) = 015⋅(−1)+N3−1⋅1=015 \cdot (-1) + N_{3-1} \cdot 1 = 0(−15)+N3−1⋅1=0(-15) + N_{3-1} \cdot 1 = 0∑M=N3−1⋅1+(−15)=0\sum M = N_{3-1} \cdot 1 + (-15) = 0N3−1=15 kNN_{3-1} = 15\ \mathrm{kN}
3.3. Moment względem Punktu Rittera [0;0]
∑M=N2−1⋅()+=0\sum M = N_{2-1} \cdot () + = 0N2−1=7,0711 kNN_{2-1} = 7{,}0711\ \mathrm{kN}
3.4. Rzutowanie na oś X
N2−0⋅cos⁡(180)+N3−1⋅cos⁡(180)+N2−1⋅cos⁡(135)=0N_{2-0} \cdot \cos(180) + N_{3-1} \cdot \cos(180) + N_{2-1} \cdot \cos(135) = 0(−20)⋅(−1)+15⋅(−1)+N2−1⋅(−0,7071)=0(-20) \cdot (-1) + 15 \cdot (-1) + N_{2-1} \cdot (-0{,}7071) = 020+(−15)+N2−1⋅(−0,7071)=020 + (-15) + N_{2-1} \cdot (-0{,}7071) = 0N2−1⋅(−0,7071)+5=0N_{2-1} \cdot (-0{,}7071) + 5 = 0
3.5. Rzutowanie na oś Y
P2⋅sin⁡(90)+RP5⋅sin⁡(−90)+N2−1⋅sin⁡(135)=0P_2 \cdot \sin(90) + R_{P_5} \cdot \sin(-90) + N_{2-1} \cdot \sin(135) = 010⋅1+15⋅(−1)+N2−1⋅0,7071=010 \cdot 1 + 15 \cdot (-1) + N_{2-1} \cdot 0{,}7071 = 010+(−15)+N2−1⋅0,7071=010 + (-15) + N_{2-1} \cdot 0{,}7071 = 0

Wyliczono: N2−1=7,0711 kNN_{2-1} = 7{,}0711\ \mathrm{kN}

4. Wybrano Przecięcie = 1

Rys. 3. Przekrój kratownicy - przecięcie 1

W tym przypadku są trzy punkty Rittera i do policzenia sił należy rozwiązać pojedyncze równanie:

  1. Suma Momentu Statycznego względem punktu Rittera nr 1
  2. Suma Momentu Statycznego względem punktu Rittera nr 2
  3. Suma Momentu Statycznego względem punktu Rittera nr 3

Oczywiste jest że wyznaczenie siły w pręcie nie przecinającym się w punkcie Rittera jest natychmiastowe ponieważ tylko ta siła tworzy równanie z jedną niewiadomą.

Wygodnie jest policzyć od razu ramię działania siły nieznanej ze wzoru na przekątną trójkąta prostokątnego, gdzie bokami trójkąta są różnice współrzędnych X i Y pomiędzy Punktem Rittera a danym punktem siły szukanej.

I jeżeli siła prętowa nie działa pod kątem prostym to cosinus kąta działania siły jest pomiędzy prętem a rzutem prostopadłym na kierunek prostej ramienia.

Oczywiście można również obliczyć moment tej siły obliczając jej składowe względem osi X i względem osi Y.

Do policzenia: N5−2N_{5-2}, β=(−135)°\beta = (-135)°

Do policzenia: N3−1N_{3-1}, β=180°\beta = 180°

Do policzenia: N3−2N_{3-2}, β=(−90)°\beta = (-90)°

4.1. Moment względem Punktu Rittera [1;1]
RP5⋅(2−1)⋅sin⁡(−90)+N5−2⋅(1−2)2+(1−1)2⋅(−0,7071)=0R_{P_5} \cdot (2-1) \cdot \sin(-90) + N_{5-2} \cdot \sqrt{(1-2)^2 + (1-1)^2} \cdot (-0{,}7071) = 015⋅1⋅(−1)+N5−2⋅(−1)2+02⋅(−0,7071)=015 \cdot 1 \cdot (-1) + N_{5-2} \cdot \sqrt{(-1)^2 + 0^2} \cdot (-0{,}7071) = 015⋅(−1)+N5−2⋅1+0⋅(−0,7071)=015 \cdot (-1) + N_{5-2} \cdot \sqrt{1+0} \cdot (-0{,}7071) = 0(−15)+N5−2⋅(−0,7071)=0(-15) + N_{5-2} \cdot (-0{,}7071) = 0∑M=N5−2⋅(−0,7071)+(−15)=0\sum M = N_{5-2} \cdot (-0{,}7071) + (-15) = 0N5−2=(−21,2132) kNN_{5-2} = (-21{,}2132)\ \mathrm{kN}
4.2. Moment względem Punktu Rittera [1;0]
RP5⋅(2−1)⋅sin⁡(−90)+N3−1⋅(1−1)2+(0−1)2⋅1=0R_{P_5} \cdot (2-1) \cdot \sin(-90) + N_{3-1} \cdot \sqrt{(1-1)^2 + (0-1)^2} \cdot 1 = 015⋅1⋅(−1)+N3−1⋅02+(−1)2⋅1=015 \cdot 1 \cdot (-1) + N_{3-1} \cdot \sqrt{0^2 + (-1)^2} \cdot 1 = 015⋅(−1)+N3−1⋅0+1⋅1=015 \cdot (-1) + N_{3-1} \cdot \sqrt{0+1} \cdot 1 = 0(−15)+N3−1⋅1=0(-15) + N_{3-1} \cdot 1 = 0∑M=N3−1⋅1+(−15)=0\sum M = N_{3-1} \cdot 1 + (-15) = 0N3−1=15 kNN_{3-1} = 15\ \mathrm{kN}
4.3. Moment względem Punktu Rittera [2;1]
N3−2⋅(2−1)2+(1−1)2⋅1=0N_{3-2} \cdot \sqrt{(2-1)^2 + (1-1)^2} \cdot 1 = 0N3−2⋅12+02⋅1=0N_{3-2} \cdot \sqrt{1^2 + 0^2} \cdot 1 = 0N3−2⋅1+0⋅1=0N_{3-2} \cdot \sqrt{1+0} \cdot 1 = 0N3−2⋅1=0N_{3-2} \cdot 1 = 0∑M=N3−2⋅1+0=0\sum M = N_{3-2} \cdot 1 + 0 = 0N3−2=0 kNN_{3-2} = 0\ \mathrm{kN}
Ostatnia aktualizacja: