Для определения в стержне касательных напряжений необходимо иметь эпюры следующих величин:
;
;
(14)
Однако вместо перечисленных величин удобнее использовать величины ,
,
, которые вводятся следующим образом. Рассмотрим безразмерные величины
,
,
, связанные с размерными величинами формулами:
,
,
(15)
Эпюры ,
,
показаны на рис. 19, 20, 21. Координата
связана с безразмерной координатой
соотношениями:
,
(16)
Размеры отдельных частей контура, выраженные через , приведены на рис.22. Подставляя (15), (16) в (14), получим:
;
;
(12)
;
;
(18)
Из выражений (15) видно, что эпюры получаются из
,
умножением каждой ординаты соответствующей эпюры на
, эпюра
- умножением ординат эпюры
на
.
Рассмотрим методику построения эпюр . На основании выражений (18) эпюра
представляет собой отложенные в каждой точке значения площади исходной эпюры, заключенной между некоторой начальной точкой и текущей точкой с координатами
.
Рис.19 Рис.20
Рис.21 Рис.22
Рис. 32 Рис.24
Помимо значения в каждой точке эпюра характеризуется знаком и направлением обхода контура. При смене направления обхода контура меняется знак эпюры и наоборот.
При построении эпюр рекомендуется придерживаться следующие методики.
Вез свободнее концы контура последовательно рассматриваются в качестве начальных нулевых точек. Обозначим их соответственно через - рис. 22. На первом этапе рассматриваются части контура, у которых начальными являются указанные точки, а конечными являются точки ветвления контура. Для рассматриваемого контура - это участки
. Сами точки
и
, то есть точки ветвления контура, в эти участки не входят.
Дальнейшую последовательность построения эпюр подробно проиллюстрируем па примере эпюры
.
Рассмотрим часть контура . На этой части контура выделяем его прямолинейные участки, то есть участки
и
. При нашем выборе начальных точек направление обхода контура задается однозначно- от точки
к точке
и от нее- к точке
.
Рассмотрим участок . На рассматриваемом участке выберем некоторую точку с координатой
. Проведем через эту точку сечение и отбросим ту часть контура, на которую указывает стрелка направления обхода. На рис.26 отбрасываемая часть контура показана штриховой линией. Строим вспомогательную систему координат
. В этой системе координат уравнение пряной, ограничивающей эпюру
. Тогда
(19)
Выражением (19) задается задаётся закон изменения эпюры на участке
, который представляет собой прямую линию. Для заданной прямой линии достаточно знать значение функции в двух точках. В качестве таких точек естественно выбрать точки
,
,
,
. По этим значениям построена эпюра
на соответствующем участке - рис. 24.
Рис.25 Рис.26
Рис.27 Рис.28
Рис.29 Рис.30
Рис.31 Рис.32
Участок , аналогично предыдущему, через некоторую точку
участка медленно проводится сечение и отбрасывается та часть контура, на которую. показывает стрелка его обхода - рис.27. Вводится система координат
. Уравнение прямой, ограничивающей эпюру
на участке
, имеет
. В соответствии с этим получаем:
(20)
Эпюра на участке
изменяется по закону квадратной параболы. Ее значения в точках равны:
,
,
,
. При необходимости подсчитываются ординаты и характерных промежуточных точек.
При построении эпюры на участке
учитываем, что в точке
уже имеется накопленная с участка
величина, равная -1,38.
Рассмотрим часть контура .
Участок . Вводим систему координат
- рис. 28. Уравнение прямой, ограничивающей эпюру
на этом участке, будет
. Тогда получаем:
(21)
При ,
, при
,
Участок . Система координат
изображена на рис.29. Уравнение прямой, ограничивающей эпюру
на участке
, записывается в виде
, тогда:
(22)
Эпюра на участке
изменяется по закону квадратичной параболы, имеет ординаты
,
;
,
;
,
. При построении эпюры на участке учитываем, что в точке
имеется накопленное на участке
значение, равное 1.62.
Переходим к определению значения эпюры в точке ветвления контура. При подходе к точке
слева
значение эпюры этой точки равно -2,26, при подходе к точке
справа
значение эпюры равно 2,86. Требуется определить значение эпюры в точке
неразделенной ветви контура (ее положение показано на рис.30). При переходе к точке
отбрасываемые и оставляемые части контура показаны на рис.31. Находим ординату эпюры по формуле:
После нахождения значений эпюры в точке
эпюра на участке
строится так же, как и на других участках. Таким образом, значение
в точке ветвления контура определяют так: вначале обрабатывают все ветви контура, имеющие свободные концы, выбирая направление обхода от свободного конца к точке ветвления контура, затем обрабатывают саму точку ветвления контура с последующим выбором направления обхода контура от точки ветвления - рис. 32. При построении эпюры для нижней половины, контура повторяются те же рассуждения, что и для верхней. Окончательный вид эпюры приведен на рис. 24.