Содержание
1. Задание
2. Схема нагруженного стержня
3. Исходные данные
4. Построение системы линейных алгебраических
5. Вывод формул проверки, достоверности вычисления опорных реакций
6. Вывод рабочих формул определение внутренних усилий стержня
7. Численный метод решения СЛАУ - метод Гаусса
8. Обоснование применения метода Гаусса
9. Блок - схема алгоритма
10. Программа
12. Анализ результатов
Литература
Построить математическую модель расчета опорных реакций жесткого стержня с тремя опорными узлами и определение внутренних усилий, поперечной силы Q и изгибающего момента М, возникающих во внутренних сечениях стержня под действием нагрузки. Разработать алгоритм и составить программу вычисления опорных реакций и распределения вдоль оси стержня внутренних усилий.
Вариант - 82-4г. Схема - 2.
Численный метод решения СЛАУ - метод Гаусса.
P1, P2-сосредоточенная сила, Н
q4 - интенсивность распределенной нагрузки, H/м
C1, C2 - отрезок балки, м
L1, L2 - пролет балки, м
М1, M2 - круговой момент, H
м
P1=15kH P2=30kHL1=6м L2=12м
M1=10kHм M2=35kHм С1=3м C2=2м
L1=6м L2=12м q4=10kH
уравнений для определения опорных реакций.
Преобразуем исходную систему:
отбросим опорные стержни и заменим их опорными
реакциями (R1; R2; R3)
интенсивность распределённой нагрузки заменим эквивалентной
силой (F4 = q4
c2)зададим систему координат.
Для вывода формул вычисления опорных реакций запишем уравнение равновесия стержня: сумма моментов относительно опорной точки стержня равна нулю.
: 
Представил уравнения равновесия балки в форме системы линейных алгебраических уравнений (СЛАУ).
Матричная форма записи СЛАУ вычисление опорных реакций балки
A
R=BА - матрица коэффициентов при неизвестных
R- матрица неизвестных
В - матрица свободных членов
Для проверки правильности вычисления опорных реакций использовал уравнения равновесия балки, сумма проекций всех сил действующих на балку равна нулю.
Y=R1-P1+R2=0
X=R3-P2-F4=0
На рассматриваемом стержне выделим четыре участка длиной S (длина отрезка от начала до точки сечения стержня), для которых составим формулы для вычисления внутренних усилий: поперечной силы Q и изгибающего момента М.
s - отрезок от начала до точки сечения балки
I cечение
II cечение
III cечение
IV cечение
В точках границ
, 
, 
организуем вычисления поперечной силы Q слева (и QQ справа), изгибающего момента М слева (и MМ справа) от рассматриваемых точек.1 точка границ:
2 точка границ:
3 точка границ:
Численный метод Гаусса относится к точным методам решения системы линейных алгебраических уравнений. Он основан на приведении матрицы коэффициентов
к треугольному виду. Процесс поиска решения системы линейных алгебраических уравнений выполняется в два хода: прямой ход и обратный ход.Прямой ход исключения переменных выполняется путём преобразования коэффициентов СЛАУ, коэффициенты при неизвестных обращаются в нуль, начиная со второго по формулам:
; 
; 
, где 
; 
; 
Процесс преобразования уравнений заканчивается последним уравнением. Результатом прямого хода является получение матрицы коэффициентов к треугольному виду.
Обратный ход (последовательное нахождение неизвестных
) выполняется по формулам: 
; 
; 
; 
, где 
; 
В результате формируется матрица неизвестных:
Метод Гаусса для решения СЛАУ применим при условии, что все диагональные элементы матрицы 
отличны от нуля, т.е. 
, где 
. Исходная СЛАУ имеет на главной диагонали элементы равные нулю:
следовательно, метод Гаусса применять нельзя.
Для того чтобы использовать численный метод Гаусса для решения данной СЛАУ необходимо её преобразовать. Для этого необходимо применить к исходной СЛАУ схему выбора главных элементов. В исходной СЛАУ переставим уравнения местами: первое уравнение поставим на второе место, второе уравнение поставим на третье место, третье уравнение поставим на первое место.