[nsivchuk]

Уважаемые форумщики.
Необходимо увеличить несущую способность стержня ограниченных габаритов. Максимальный диаметр стержня 40 мм при расчётной длине 2440 мм. Несущая способность на сжатие должна быть более 8000 кг.
Допускается увеличить диаметр стержня до 50 мм при условии увеличения несущей способности более, чем в 2 раза.

[sbi]

Сообщение от Клименко Ярослав Короче, есть предложение поставить по исходным данным задачи гнутую квадратную трубу 60х3, на максимально предложенный габарит забить, а тему наконец-то закрыть.

Нет! Надо еЁ перенести в разное: " Дураки учатся на своих ошибках, а умные...

[Rotfeder]

Сообщение от p_sh не знаю предлагал кто-нибудь или нет. Если трубу заполнить малосжимаемой жидкостью (водой), и нагрузку передавать на поршень,

Предлагали уже раза 3.
При этом все равно будет потеря устойчивости - почему см. сообщения в хронологическом порядке Евгений, Екатеринбург, мои, Разработчика

[p_sh]

Сообщение от Rotfeder Предлагали уже раза 3. При этом все равно будет потеря устойчивости - почему см. сообщения в хронологическом порядке Евгений, Екатеринбург, мои, Разработчика

По моему на счет моментов не совсем точно построено рассуждение. Дело в том что, изогнутый стержень по внешней грани имеет бОльшую длину, чем по внутренней. Поэтому разница, приложенных по сторонам трубы, сил (р*А) будет образовывать обратный(разгибающий) момент, моменту возникающему от эксцентриситета внешней силы. Хотя м.б. это не существенно... однако самолеты летают

ps рассуждаю чисто теоретически в постановке идеальной задачи... чисто из любопытства, а не из фанатизма.

[Rotfeder]

p_sh
Я, вообще, не рассматриваю давление на стенки трубы - только давление жидкости на жидкость по сечению трубы. От него момент будет нулевым. Это касается первого рисунка в посте 406. Второй рисунок приведен в качестве полемики с IBZ - иллюстрирует сложность решения проблемы, если рассматривать равновесие только трубы, а давление жидкости считать внешней силой.

Да я, в общем, тоже из любопытства. У меня последние дни на компьютере длинные технологические циклы - нажал на кнопку и жду минут 20. Ничего серьезного сделать не успеваешь, а ерундой заняться можно.

[IBZ]

Сообщение от Rotfeder Второй рисунок приведен в качестве полемики с IBZ - иллюстрирует сложность решения проблемы, если рассматривать равновесие только трубы, а давление жидкости считать внешней силой.

Сложность то Вы показали (правда поскромничали - у Вольмира 4-й порядок уравнения), а вот пружину не разорвали, заменив ее силами. А "изображите" такой рисуночек и уравнение другое получится. Хоть с касанием пружины, хоть без него

P.S. Про потерю устойчивости при растяжении прочитал. Интересно, но мне кажется, что это уж очень специфический вид, о чем говорит и сам автор. Хотя формально, вроде, попадает под общее определение.

[Разработчик]

Евгений, Екатеринбург

вот это уже интересно - если устойчивость теряется в пластической стадии не должны ли мы оценивать текучесть по площадкам главных напряжений (ведь оболочка-то растянута другом направлении), а значит по Мизесу текучесть наступит раньше? И выигрыш в 14% - миф?

Давление взял просто потому, где-то в ближайших топиках было про него. Предварительное растяжение трубы мжно создать и другим способом, не создающим окружных напряжений (тем более, что они при давлении в 2 раза превосходят осевые из-за чего труба лопнет раньше, чем будут достигнуто 0.8Ry осевыми): из ближайших топиков - остывание алюминия на стали, ну или просто натянуть на сердечник и сварить по торцам. Говорю же: не технолог я.

Растягивающие усилия пропорциональны радиусу, а необходимое давление обратно пропорционально квадрату радиуса, поэтому для больших труб необходимое давление будет меньше

Про пропорциональности и квадраты не понял... Может для толстостенных цилиндров что-то такое сложное и есть, лень вспоминать, но для труб все просто: осевые напряжения p*r/2t, окружные - p*r/t, т.е. в 2 раза больше. Поэтому давление по любому не выход.

Сейчас опять в ностальгию ударюсь, навеяло №435 от Meregian.
В середине 80-х на стенде под Днепропетровском раз за разом терпела неуды первая ступень тогда еще будущего, а теперь уже бывшего Скальпеля. В тех испытаниях, где сопло двигали (оно было качающееся) вылетал вкладыш критического сечения из углерод-углеродного композита, кторый производила наша фирма, а считал, увы - я. По расчету получалось, что вкладыш оказывался условиях всестороннего сжатия и мы считали, что разрушиться он не может. Чтобы доказать экспериментально изготовили контейнер, в который загрузили вкладыш, имитируя условия закрепления, а вокруг наложили алюминиевые чурки и поместили все это в печь. Когда вскрыли контейнер, оказалось что он (вкладыш) таки лопнул и в изделие пошел длугой композит - трехмерно армированный, который хотя и разгорался сильнее (-200км) но зато не вылетал. Хотели потом подать заявку на деформационный способ нагружения, но не прошла...

[Евгений, Екатеринбург]

Сообщение от Разработчик Предварительное растяжение трубы мжно создать и другим способом, не создающим окружных напряжений (тем более, что они при давлении в 2 раза превосходят осевые из-за чего труба лопнет раньше, чем будут достигнуто 0.8Ry осевыми): из ближайших топиков - остывание алюминия на стали, ну или просто натянуть на сердечник и сварить по торцам

В этом случае получается что если ничего не натягивать, а сделать составной стержень (т.е. заставить работать трубу и сердечник совместно), то предельное усилие будет больше чем одиночной, пусть и предварительно напряженной трубы. Как ни крути - ничего толкового не выходит...

[Rotfeder]

Сообщение от IBZ у Вольмира 4-й порядок уравнения

Изначально 2-ой порядок - формула (1.5). Можно дважды продифференцировать. Как Вольмир это делает.

Сообщение от IBZ ), а вот пружину не разорвали, заменив ее силами. А "изображите" такой рисуночек и уравнение другое получится. Хоть с касанием пружины, хоть без него

Мой вывод на первом рисунке. Там все аккуратно. Жидкость разрезана, недостающая часть заменена давлением.

Второй рисунок для тех, кто не ищет легких путей. Что жидкость, что пружина там не разорваны. Сила, которая там нарисована Nt - это сила в стенках трубы (в комментарии это написано). Она вроде как 0, но это надо доказать. Хотя момента она все равно не дает и возиться с ней не обязательно

Сообщение от IBZ очень специфический вид

В том виде, в котором там изложено - да. Просто для расширения кругозора.
С другой стороны - там же есть примечание, про образование шейки.

[Разработчик]

Евгений, Екатеринбург

Как ни крути - ничего толкового не выходит...

Где-то в постах nsivchuk скользнуло это: натянуть на сердечник, а у меня мозги так устроены, что ищут рациональное зерно даже в самых бредовых идеях. Вот и подумалось, что если за счет предварительного натяжения поднять Ry для внешних - ответственных за сопротивление изгибу - слоев, то можно получить выигрыш для коротких, теряющих устойчивость в пластике стержней. Но, подсчитали - прослезились. Так что я для того и привел пример расчета, чтобы показать бесполезность идеи.
Могу, конечно, и с натяжкой на сердечник посчитать, будет лишь чуть-чуть сложнее, но вряд-ли результат будет отличаться от приведенного.

P.S. Собственно и считать не надо: центральный стержень, будучи сжат изначально, при приложении внешней нагрузки уйдет натолько глубоко в пластику, что в процессе возникновения изгиба при потере устойчивости не выйдет из состояния Ry по всему сечению и, значит из расчета будет исключен. Т.е. предельная сила будет по прежнему на 14% больше чем для ненапряженной трубы 40х4. С другой стороны, чтобы загнать внешнюю трубу на 0.8Ry в растяжение нужна внутренняя 32х4. Если не напрягать, то имеем трубу 40х8, которая многократно перекрывает эти несчастные 14%.

[Нитонисе]

Осилил только 11 страниц. Автору - респект. Прекрасная идея. И не обращайте внимание на необоснованную критику в области невозможного конструктивного исполнения и экономической нецелесообразности таких конструкций. Когда-то ВСЕ чем мы сейчас пользуемся было "конструктивно невыполнимо" и "экономически нецелесообразно". С развитием технологий же можно решить ЛЮБЫЕ вопросы. А вашу правоту могут подтвердить в первую очередь эксперименты.

Тут уже говорили об углепластике... Меня всегда удивляла прочность лыжных палок из углепластика: при диаметре 10 мм в широком месте (внизу, у лапки, и того меньше) и длине 160 мм, палки позволяют нести очень большие нагрузки... на вскидку кг 150-200... Сталь на такое не способна... Да и тяжелее... Возможно при диаметре 40 мм и длине 2440 мм углепластик выдержит усилие в 8000 кг, эт надо экспериментировать... или где-то взять несущую способность углепластика и подсчитать.

[Евгений, Екатеринбург]

Сообщение от Разработчик С другой стороны, чтобы загнать внешнюю трубу на 0.8Ry в растяжение нужна внутренняя 32х4. Если не напрягать, то имеем трубу 40х8, которая многократно перекрывает эти несчастные 14%

Вот и я о том же - что даже теоретического выигрыша получиться не может, причем в любом случае.

Сообщение от Нитонисе Когда-то ВСЕ чем мы сейчас пользуемся было "конструктивно невыполнимо" и "экономически нецелесообразно"

Зато многие люди сейчас не могут понять того, что раньше было в порядке вещей (что преднапряжение не увеличивает ни прочности, ни жесткости, а лишь увеличивает зону упругой работы материалов при грамотном подходе). А от Вас - ярого приверженца правила "все строго по нормам" вообще странно такое слышать:

Сообщение от Нитонисе А вашу правоту могут подтвердить в первую очередь эксперименты

Что же Вы про нормы-то не вспоминаете? Или сами делаете строго по нормам, а других на нелепые эксперименты толкаете?

[vedinzhener]

Зато многие люди сейчас не могут понять того, что раньше было в порядке вещей (что преднапряжение не увеличивает ни прочности, ни жесткости, а лишь увеличивает зону упругой работы материалов при грамотном подходе).

Ага,а еще прогибы уменшают и создают где надо вместо сжатия растяжение

[Евгений, Екатеринбург]

Сообщение от vedinzhener Ага,а еще прогибы уменшают и создают где надо вместо сжатия растяжение

абсолютно верно, но это следствие вот этого:

Сообщение от Евгений, Екатеринбург увеличивает зону упругой работы материалов при грамотном подходе

[Разработчик]

VVapan4ik
Обычное высокомодульное углеродное волокно на основе ПАН имеет модуль упругости как у стали. С учетом коэффициента армирования, который даже теоретически не может быть выше 90% никак не получим характеристики лучше чем у стали (ну, кроме весовых,разумеется). Теоретический модуль упругочти графита в плоскости шестиугольников крисаллической решетки в 5 раз выше, чем у стали, но добится такой строгой ориентации в волокне ох как не просто. В последние годы появились углеродные волокна на основе жидкокристаллических пеков, модуль упругости которых в 2.5-3.5 раза выше стального, но вряд-ли их используют в массовом производстве лыжных палок - дороговато будет.

[nsivchuk]

Сообщение от Нитонисе Осилил только 11 страниц. Автору - респект. Прекрасная идея. И не обращайте внимание на необоснованную критику в области невозможного конструктивного исполнения и экономической нецелесообразности таких конструкций. Когда-то ВСЕ чем мы сейчас пользуемся было "конструктивно невыполнимо" и "экономически нецелесообразно". С развитием технологий же можно решить ЛЮБЫЕ вопросы. А вашу правоту могут подтвердить в первую очередь эксперименты.

Спасибо!
Если честно, то я с помощью злых и других форумщиков проверяю себя, свои идеи. А проблема снижения массы сжатых стерней, по моему мнению, является главнейшей для конструкторов и экономики стальных конструкций в целом.
Вот ещё одна не высказанная пока никем идея:
Сечение стержня может быть переменным во времени...
Сквозь малое отверстие можно пропустить стержень, который затем можно раздуть до необходимого по расчёту сечения. (Это один из вариантов принципа предварительного исполнения). Вот Вам и раскритикованный вариант с П.Н. избыточным давлением. Я уже рассказал о пожарном рукаве... Но мы привыкли думать по определённым шаблонам. Этой темой удалось несколько раскачать воображения знатоков, но, видимо, не до такой степени, как хотелось бы.
Кстати, рукав (пусть из высокопрочной стали) может быть и не цилиндрическим. Он может иметь максимальный диаметр в средней части стержня, т. е. там, где необходимо, и минимальный диаметр на концах...
Я думаю, что любому инженеру полезнее всего считать для себя самого, что он ничего заведомо не знает в том, какое решение должно быть у всякой поставленной задачи. При таком подходе освобождается голова от разных стереотипов и начинают включаться истинно творческие способности инженера...
С уважением. Н. Сивчук.

[Боныч]

Давление в Вашей трубе Ф40х4 мм достигнет 1000 кг/кв.мм. Трубу просто разорвет по образующей

Сообщение от Разработчик В последние годы появились углеродные волокна на основе жидкокристаллических пеков, модуль упругости которых в 2.5-3.5 раза выше стального, но вряд-ли их используют в массовом производстве лыжных палок - дороговато будет.

Ну я не совсем о массовых говорю... а о элитных. Сейчас вообще палки один производитель стал делать не то что конической формы, как обычные, с уменьшением диаметра у лапки, а скорее элиптической формы, с таким же последующим уменьшением размера у лапки. Этим выигрываются видимо несколько грамм, что критично в большом спорте. Стоимость таких палок до $1000 доходит. Не дешево...

[Евгений, Екатеринбург]

Сообщение от nsivchuk Вот ещё одна не высказанная пока никем идея: Сечение стержня может быть переменным во времени... Сквозь малое отверстие можно пропустить стержень, который затем можно раздуть до необходимого по расчёту сечения

То что она не высказана, не значит что она никем не думана, ну во времени я конечно не придумывал (и раздувание тоже), но вот сделать стержень составной, чтобы он был 40мм только в отверстии, а значит общая жесткость будет выше я подумал. Вот для этого я и спрашивал:

Сообщение от Евгений, Екатеринбург В общем делитесь схемой, что за элемент, что за отверстие в которое он проходит, какой характер нагрузки и т.д.

[nsivchuk]

Сообщение от VVapan4ik Тут уже говорили об углепластике... Меня всегда удивляла прочность лыжных палок из углепластика: при диаметре 10 мм в широком месте (внизу, у лапки, и того меньше) и длине 160 мм, палки позволяют нести очень большие нагрузки... на вскидку кг 150-200... Сталь на такое не способна... Да и тяжелее... Возможно при диаметре 40 мм и длине 2440 мм углепластик выдержит усилие в 8000 кг, эт надо экспериментировать... или где-то взять несущую способность углепластика и подсчитать.

Ура! Наконец-то!
Эксперимент выше формул и теорий.