Zastępowanie prostego sztywnego łącznika zakrzywionym sztywnym łącznikiem

Załóżmy, że mamy poziomy sztywny pręt zawieszony na jednym końcu na ścianie. Nachylone proste ogniwo zawiasowe na jednym końcu do tej samej ściany jest przypięte do sztywnego pręta w jego środku. Obciążenie P działa na wolny koniec łącznika poziomego. Do analizy statycznej rysujemy schematy swobodnych ciał dla obu ciał i zrównujemy siłę netto i moment do zera. Jak zmieni się analiza siły statycznej, jeśli zastąpimy pochylone połączenie proste łącznikiem zakrzywionym? Czy będzie to zależeć od charakteru krzywej?

Rozumiem, że twoja struktura jest następująca (gdzie wersja kołowa jest tylko przykładem „zakrzywionego” linku):

Jedno jest jasne, że ta struktura jest izostatyczna, dlatego reakcje zewnętrzne będą równe w obu przypadkach. Jednak siły wewnętrzne w prętach oczywiście się zmienią z powodu zmiany geometrii. W tym przykładzie, na przykład, tutaj jest porównanie sił w każdym przypadku (oczywiście zależne od rzeczywistych sił i wymiarów):

Pierwszy przypadek działa jak element kratownicowy, z równomiernym obciążeniem osiowym i bez siły ścinającej lub momentu zginającego. Zakrzywiona obudowa wytwarza jednak siłę ścinającą, a zatem moment zginający. Zmniejsza to również obciążenie osiowe na całym elemencie, ale warto zauważyć, że maksymalna wartość jest równa wartości widocznej w pierwszym przypadku.

W obu przypadkach poziomy pasek przedstawia te same siły wewnętrzne.

_{Diagramy utworzone za pomocą Ftool , darmowego narzędzia do analizy ramek 2D.}

Zależy to od tego, czy chodzi tylko o schemat / model bryły sztywnej, w którym konstrukcja jest idealizowana. Tutaj normalne jest założenie, że wszelkie połączenia są idealnie sztywne i pozbawione masy, a model jest zainteresowany jedynie rozkładem sił (w przeciwieństwie do naprężeń lub ugięć) w strukturze lub mechanizmie oraz względnym położeniem węzłów punktowych.

W tym przypadku tak naprawdę nie ma znaczenia, jaki kształt mają połączenia, ponieważ siły będą przesyłane między węzłami tak samo, niezależnie od ścieżki, którą podążają łącza, dopóki punkty, do których się łączą, są takie same.

Oczywiście, kiedy zaczniesz rozważać masę, sztywność i wytrzymałość połączeń, ich geometria ma bardzo duże znaczenie, ale powiedziawszy, że jeśli projektujesz proste i zakrzywione połączenia, które mają równoważną sztywność i wytrzymałość, zachowają się w ten sam sposób.

Tam, gdzie możesz zacząć zauważać znaczące różnice, są sytuacje, w których masz duże naprężenia i prędkości odkształcenia, a siły dynamiczne i wibracje są znaczące, na przykład w czymś takim jak kij do krykieta lub kij golfowy w przeciwieństwie do czegoś takiego jak połączenie w układzie hydraulicznym koparka.