Альтернативные варианты профилей балок для элементов сиденья: сплошной профиль, пустотелый профиль, профиль с ребрами и профиль из вспененного материала Кроме того, сплошное изделие будет тяжелее, для него надо будет использовать больше материала, а также время производства сплошного толстого изделия и его охлаждения будет весьма большим. Каждый из трех других рассматриваемых вариантов уменьшает количество используемого материала, а в случае ребристого или пустотелого профилей достигается значительное сокращение цикла производства из-за существенного уменьшения времени, необходимого на охлаждение относительно тонких стенок изделия.
Этот пример показывает, как могут быть рассчитаны напряжения и прогибы при изготовление пресс-форм, связанные с каждым из предлагаемых поперечных сечений «доски» скамейки. Парковая скамейка состоит из определенного числа компонентов, к которым относятся: ножки/ опоры досок, доски для сиденья, доски для спинки и крепеж. Каждый из этих компонентов имеет свои функциональные и структурные требования. Здесь мы рассмотрим только горизонтальные элементы для сидения. Разумно предположить, что максимальные напряжения и прогибы будут приходиться на две доски сиденья, что является следствием ожидаемых эксплуатационных нагрузок. Элементы конструкции, представляют собой наполненные полиолефиновые изделия, имеющие постоянное сечение (балки) и две точки опоры по всей длине. Каждый из элементов сиденья имеет общую ширину 6,0 дюймов и толщину 1,5 дюйма, а также общую длину 56 дюймов. Доски крепятся на жесткие бетонные опоры, расположенные на расстоянии 48 дюймов друг от друга. В этом примере задача состоит в том, чтобы определить напряжения и прогибы, возникающие при нагружении на участке между опорами (пролете).
До определения напряжений и прогибов на участке между опорами должны быть определены и заданы следующие параметры:
• условия и типы опор балок;
• условия приложения нагрузки;
• условия, связанные с окружающей средой;
• свойства материала.
Условия и типы опор балок
Каждый из двух горизонтальных элементов или балок, установленных на опоры скамейки, имеет участок (пролет длиной 48 дюймов), под которым нет опоры. Элементы конструкции сиденья будут зафиксированы на бетонных опорах с помощью крепежных болтов. Для ограничения локальных напряжений будут использованы стальные втулки, окружающие элементы крепежа. Реальные условия закрепления как правой, так и левой сторон досок можно будет охарактеризовать как «простые», так и «фиксирующие», что зависит от конкретного устройства крепления. При фиксированном состоянии (когда угол между нагруженной доской сиденья и горизонтальной плоскостью, проходящей через точки опоры, составляет 0 градусов), жесткость всей конструкции в собранном состоянии высока. В реальных условиях способ крепления балок является промежуточным вариантом между простым и фиксированным.
Для данной задачи будет рассматриваться доска с простыми опорами как с правой,так и с левой стороны. Но условия простого и фиксированного закрепления досок рассчитываются конструкторами реалистично, как наиболее общие, крайние случаи при изготовление пресс-форм. Прогиб и напряжения в середине балки меньше в случае фиксирующих опор, однако для этого случая закрепления необходимо определить напряжения в местах левой и правой опор.