Консоль с нагрузкой на свободном конце

Консоль — это балка, жёстко закреплённая с одного конца и свободная с другого. Это одна из самых распространённых конструкций на практике: кронштейн полки, консольный балкон, стрела, опора указателя или рычаг механизма работают именно так.

На этой странице решается задача из учебника: одна сосредоточенная сила, приложенная вертикально вниз к свободному концу балки. Калькулятор ниже уже настроен на эту схему — достаточно изменить длину, нагрузку, сечение или материал, чтобы получить свои значения.

Калькулятор

Этот калькулятор уже настроен на задачу выше. Измените длину, нагрузку, сечение или материал — расчёт выполнится сразу, а в адресной строке сохранится ссылка на вашу точную схему.

Конфигурация
l=1,000мм
Тип крепления
0F = 101000
Исходные данные:
Конфигурация:
Длина: 1000мм
Слева: Глухое
Справа: Без крепления
Материал: Construction steel (Обычные)
Плотность: 7850 kg/m3
E: 200,000 МПа
G: 77,000 МПа
Профиль:
Ax: 78.54mm2 Jxx: 981.75mm4
Asy: 78.54mm2 Iyy 490.87mm4
Asz: 78.54mm2 Izz: 490.87mm4
Рассчет:
Смещения (мм):
# x y zz
Реакции (newtons):
# x y zz

Прямая ссылка на эту схему: https://beamcalc.net/ru/solve/cantilever-end-load#v1-AQEAAHpEAACgQZQBAQEAAAAAAADIQgAAAAA

Как смоделирована балка

  • Левый конец защемлён: он не может ни смещаться, ни поворачиваться.
  • Правый конец свободен: опора на нём отсутствует.
  • В свободный конец приложена вертикальная точечная нагрузка, направленная вниз.
  • Балка — стальной прут диаметром 20 мм длиной 1000 мм.

Как читать результаты

Наибольший прогиб и наибольший угол поворота всегда возникают на свободном конце. Прогиб растёт с кубом длины, поэтому удвоение длины консоли увеличивает её гибкость в восемь раз — это главное, что нужно помнить при подборе консоли.

Реакции, которые выдаёт калькулятор, — это поперечная сила и изгибающий момент, которые должна воспринимать заделка. Момент в заделанном сечении — расчётная величина: именно там балка наиболее вероятно разрушится или получит пластические деформации.

Формулы

Формула Что она даёт
delta_max = F * L^3 / (3 * E * I) Прогиб на свободном конце. F — нагрузка, L — длина балки, E — модуль упругости, I — момент инерции сечения.
theta_max = F * L^2 / (2 * E * I) Угол поворота на свободном конце, в радианах.
M_max = F * L Изгибающий момент в заделке — в самом нагруженном сечении балки.

Частые вопросы

Где консоль разрушается в первую очередь?

В заделке. Изгибающий момент нарастает вдоль балки линейно и достигает максимума F * L у опоры, поэтому там же наибольшие напряжения.

Почему небольшое удлинение консоли даёт такой большой прогиб?

Потому что прогиб пропорционален кубу длины. Удвоение свободной длины увеличивает прогиб в восемь раз, а моментное сопротивление растёт лишь линейно.

Учитывает ли калькулятор деформации от поперечной силы?

Да. Ядро Frame3DD использует жёсткостную схему с учётом сдвига, поэтому короткие и массивные балки считаются точнее, чем по формуле Эйлера-Бернулли, приведённой выше.

Можно ли использовать страницу для расчёта кронштейна полки или консоли балкона?

Да, если конструкция действительно представляет собой однородную балку, защемлённую с одного конца и нагруженную с другого. Реальные кронштейны с накладками или переменным сечением жёстче, поэтому полученный результат стоит считать оценкой с запасом.

Ещё примеры балок

  • Консоль с нагрузкой в середине Балка, защемлённая с одного конца, с нагрузкой посередине: от положения нагрузки зависит прогиб, и на этой странице видно, во сколько раз.
  • Стальная труба в качестве консоли Защемлённая стальная труба с нагрузкой на свободном конце: прогиб и реакции для полого круглого сечения.
  • Алюминиевый рычаг-консоль Алюминиевый прут, защемлённый с одного конца и нагруженный на другом: почему алюминиевые консоли провисают и как подобрать рычаг, который не будет.

Примеры расчёта балок