4.2. Кручение бруса с некруглым поперечным сечением

Определение напряжений в брусе с некруглым поперечным се­чением представляет собой сложную задачу, которая не может быть решена методами сопротивления материалов. Причина заключается в том, что для некруглого поперечного сечения упрощающая гипо­теза плоских сечений, оказывается неприемлимой. В данном случае поперечные сечения существенно искривляются, в результате чего заметно меняется картина распределения напряжений.

Таким образом, при определении углов сдвига, в данном слу­чае, необходимо учитывать не только взаимный поворот сечений, но и деформации сечений в своей плоскости, связанная с искрив­лением сечений.

Задача резко усложняется тем, что для некруглого сечения, на­пряжения должны определяться как функции уже не одного неза­висимого переменного r, а двух - x и y.

Отметим некоторые особенности законов распределения напря­жений в поперечных сече­ниях некруглой формы. Ес­ли поперечное сечение име­ет внешние углы, то в них касательные напряжения должны обращаться в нуль. Если наружная поверхность бруса при кручении свобод­на, то касательные напряже­ния в поперечном сечении, направленные по нормали к контуру также будут равны нулю.

Рис. 4.3

На рис. 4.3 показана, по­лученная методом теории упругости, эпюра касатель­ных напряжений для бруса прямоугольного сечения. В углах, как видно, напряже­ния равны нулю, а наиболь­шие их значения возникают по серединам больших сторон:

в точке А tA= tmax = , (4.14)

где WК= bb3 - аналог полярного момента сопротивления попереч­ного сечения прямоугольного бруса;

в точке В tB= htmax , (4.15)

здесь необходимо учесть, что b-малая сторона прямоугольника.

Значения угла закручивания определяется по формуле:

, (4.16)

где IK = ab4 - аналог полярного момента инерции поперечного сечения бруса.

Коэффициенты a, b и h зависят от отношения сторон m = h/b, и их значения приведены в табл. 3.

Таблица 3

m

1

1,5

2,0

3,0

6,0

10

a

0,141

0,294

0,457

0,790

1,789

3,123

b

0,208

0,346

0,493

0,801

1,789

3,123

h

1,000

0,859

0,795

0,753

0,743

0,742

Геометрические характеристикинаиболее представительных форм сечений обобщены в табл. 4.