पदार्थ सामर्थ्य: क्रैम पैक

सूत्र-पत्रक, हर विषय के मुख्य विधि-चरण और 14 अभ्यास प्रश्न, पूरे हल पीछे दिए गए हैं।

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1सूत्र और विधियाँ

अक्षीय प्रतिबल और विकृति

अभिलंब प्रतिबल
σ = F/A
विकृति
ε = ΔL/L
हुक का नियम
σ = E·ε
दीर्घीकरण
ΔL = FL/(EA)
तापीय विकृति
εT = α·ΔT

शाफ़्ट का मरोड़

अपरूपण प्रतिबल
τ = T·r/J
ठोस शाफ़्ट
J = πd⁴/32
खोखला शाफ़्ट
J = π(D⁴ − d⁴)/32
मरोड़ कोण
φ = TL/(GJ)
शक्ति
P = T·ω = 2πnT/60

विधि

  1. ध्रुवीय क्षेत्र आघूर्ण ज्ञात करें: ठोस शाफ़्ट के लिए J = πd⁴/32।
  2. सतह पर अपरूपण प्रतिबल: τ = T·r/J, जहाँ r बाहरी त्रिज्या है।
  3. ऐंठन कोण: रेडियन में φ = TL/(GJ)।
  4. यदि शक्ति दी गई है, तो पहले P = T·ω, ω = 2πn/60 से बलाघूर्ण ज्ञात करें।

अपरूपण बल और बंकन आघूर्ण

अपरूपण बल और आघूर्ण
V = एक ओर का ΣF, M = एक ओर का ΣF·d
बंकन प्रतिबल
σ = M·y/I
आयत
I = bh³/12
खंड मापांक
W = I/ymax
सरल आधारित, एकसमान भार
Mmax = wL²/8

विधि

  1. पूरे बीम के संतुलन से आलंब प्रतिक्रियाएँ ज्ञात करें।
  2. बीम को आवश्यक खंड पर काटें और एक भाग रखें।
  3. अपरूपण बल: उस भाग पर ऊर्ध्वाधर बलों का योग। बंकन आघूर्ण: कट के परितः उनके आघूर्णों का योग।
  4. अधिकतम आघूर्ण के लिए वह स्थान ज्ञात करें जहाँ अपरूपण बल शून्य है।

केंद्रक और जड़त्व आघूर्ण

केंद्रक
ȳ = ΣAiyi/ΣAi
आयत
I = bh³/12
समांतर अक्ष प्रमेय
I = Ic + A·d²
संयुक्त खंड
I = Σ(Ic,i + Aidi²)

मोर वृत्त और प्रतिबल रूपांतरण

केंद्र
C = (σx + σy)/2
त्रिज्या
R = √(((σx − σy)/2)² + τxy²)
मुख्य प्रतिबल
σ1,2 = C ± R
मुख्य दिशा
tan 2θp = 2τxy/(σx − σy)
झुका हुआ तल
σθ = C + (σx − σy)/2·cos 2θ + τxy·sin 2θ

विधि

  1. मोर वृत्त का केंद्र निकालें: C = (σx + σy)/2।
  2. त्रिज्या निकालें: R = √(((σx − σy)/2)² + τxy²)।
  3. मुख्य प्रतिबल C ± R हैं और तल में सबसे बड़ा अपरूपण प्रतिबल R है।
  4. वृत्त पर कोण अवयव पर कोणों के दोगुने होते हैं: tan 2θp = 2τxy/(σx − σy)।

बीम विक्षेप

मध्य-विस्तार पर बिंदु भार
δ = PL³/(48EI)
एकसमान भार, सरल आधारित
δ = 5wL⁴/(384EI)
कैंटिलीवर, सिरे पर भार
δ = PL³/(3EI)
कैंटिलीवर, एकसमान भार
δ = wL⁴/(8EI)
अध्यारोपण
δ = δ1 + δ2

स्तंभ बकलिंग

ऑयलर भार
Pcr = π²EI/(KL)²
प्रभावी लंबाई गुणांक
K = 1 पिन–पिन, 0.5 स्थिर–स्थिर, 0.7 स्थिर–पिन, 2 स्थिर–मुक्त
क्रांतिक प्रतिबल
σcr = Pcr/A
पतलापन अनुपात
λ = KL/r, r = √(I/A)

2अभ्यास प्रश्न

1.अक्षीय प्रतिबल और विकृतिमध्यम
200 kNØ40100 GPaØ100/60800 mmδ = ?

एक स्टील छड़ (व्यास 40 mm, E = 200 GPa) पीतल की बनी नलिका (बाहरी व्यास 100 mm, भीतरी व्यास 60 mm, E = 100 GPa) के भीतर है। दोनों 800 mm लंबे हैं और दृढ़ प्लेटों के बीच 200 kN से साथ-साथ संपीडित किए जाते हैं। संकुचन δ ज्ञात कीजिए।

P = 200 kNछड़: Ø40 mm, E = 200 GPaनलिका: Ø100/Ø60 mm, E = 100 GPaL = 800 mm
δ = mm
2.अक्षीय प्रतिबल और विकृतिकठिन
P = ?Ø30110 GPaØ120/70400 mm

एक स्टील छड़ (व्यास 30 mm, E = 200 GPa, अनुमेय प्रतिबल 150 MPa) काँसा की बनी नलिका (बाहरी व्यास 120 mm, भीतरी व्यास 70 mm, E = 110 GPa, अनुमेय प्रतिबल 100 MPa) के भीतर है। दोनों को दृढ़ प्लेटों के बीच साथ-साथ संपीडित किया जाता है। सबसे बड़ा भार Pmax ज्ञात कीजिए।

छड़: Ø30 mm, E = 200 GPa, σallow = 150 MPaनलिका: Ø120/Ø70 mm, E = 110 GPa, σallow = 100 MPa
Pmax = kN
3.शाफ़्ट का मरोड़मध्यम
T = 250 N·md = 30 mmL = 3 mφ = ?

एल्युमिनियम का एक ठोस शाफ़्ट दीवार में जड़ित है और मुक्त सिरे पर बलाघूर्ण T से मरोड़ा जाता है। मुक्त सिरे का मरोड़ कोण φ डिग्री में ज्ञात कीजिए।

T = 250 N·md = 30 mmL = 3 mG = 26 GPa
φ = °
4.शाफ़्ट का मरोड़कठिन
Td = ?

एक ठोस शाफ़्ट को 1000 rpm पर 30 kW संचारित करना है, बिना अपरूपण प्रतिबल के 80 MPa से अधिक हुए। उपयुक्त सबसे छोटा व्यास d ज्ञात कीजिए।

P = 30 kWN = 1000 rpmτallow = 80 MPa
d = mm
5.अपरूपण बल और बंकन आघूर्णमध्यम
w = 4 kN/mP = 60 kNABखंड0.5 m0.5 m3 m

कैंटिलीवर A पर स्थिर है। यह अपनी पूरी लंबाई पर समान वितरित भार w और A से 1 m पर बिंदु भार P वहन करता है। स्थिर आलंब A से x = 0.5 m पर खंड में बंकन आघूर्ण Mx ज्ञात कीजिए। सैगिंग आघूर्णों को और बाएँ फलक पर ऊपर की ओर अपरूपण को धनात्मक लें।

L = 4 mP = 60 kN पर 1 mw = 4 kN/m, 0 से 4 m तकx = 0.5 m
Mx = kN·m
6.अपरूपण बल और बंकन आघूर्णकठिन
w = 10 kN/mP = 35 kNABखंड2.5 m3.5 m

आलंब A से x = 2.5 m पर खंड में बंकन आघूर्ण Mx ज्ञात कीजिए। नीचे के रेशों को खींचने वाले आघूर्ण और बाएँ फलक पर ऊपर की ओर अपरूपण बल को धनात्मक लें।

L = 6 mP = 35 kN पर 2.5 mw = 10 kN/m, 0 से 6 m तकx = 2.5 m
Mx = kN·m
7.केंद्रक और जड़त्व आघूर्णमध्यम
200 mm240 mm96 mmØ40xIx​ = ?

200 mm × 240 mm की एक प्लेट में उसकी ऊर्ध्वाधर केंद्र रेखा पर व्यास 40 mm का वृत्ताकार छिद्र है, जिसका केंद्र नीचे से 96 mm ऊपर है। केंद्रक से गुज़रने वाले क्षैतिज अक्ष के परितः क्षेत्रफल का द्वितीय आघूर्ण Ix ज्ञात कीजिए।

b = 200 mmh = 240 mmd = 40 mmछिद्र का केंद्र: y = 96 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
8.केंद्रक और जड़त्व आघूर्णकठिन
2201024012xM = 5 kN·mआयाम mm में

T-खंड ऊपर फ़्लेंज के साथ बीम के रूप में उपयोग होता है और 5 kN·m का धनात्मक बंकन आघूर्ण वहन करता है। निचले किनारे पर बंकन प्रतिबल σनीचे ज्ञात कीजिए।

bf = 220 mmtf = 10 mmtw = 12 mmhw = 240 mmM = 5 kN·m
σनीचे = MPa
9.मोर वृत्त और प्रतिबल रूपांतरणमध्यम
σx​ = 120σy​ = −30τxy​ = 10MPa

किसी भारित पुर्ज़े के एक बिंदु पर σₓ = 120 MPa, σᵧ = −30 MPa और τₓᵧ = 10 MPa है (तनन धनात्मक)। x-अक्ष से सबसे बड़े मुख्य प्रतिबल की दिशा तक का कोण θp, −90° और 90° के बीच, ज्ञात कीजिए।

σx = 120 MPaσy = −30 MPaτxy = 10 MPa
θp = °
10.मोर वृत्त और प्रतिबल रूपांतरणकठिन
σx​ = 80σy​ = 120τxy​ = −10MPa

एक पतली प्लेट का एक बिंदु समतल प्रतिबल में है: σₓ = 80 MPa, σᵧ = 120 MPa और τₓᵧ = −10 MPa (σz = 0)। वॉन मीज़ेस तुल्य प्रतिबल σvM ज्ञात कीजिए।

σx = 80 MPaσy = 120 MPaτxy = −10 MPa
σvM = MPa
11.बीम विक्षेपमध्यम
w = 2 kN/mδL = 6 m

एक सरल आलंबित बीम अपने पूरे विस्तार पर समान वितरित भार w वहन करता है। मध्य विस्तार पर अधिकतम विक्षेप δmax ज्ञात कीजिए।

w = 2 kN/mL = 6 mE = 200 GPa (स्टील)I = 12 × 10⁶ mm⁴
δmax = mm
12.बीम विक्षेपकठिन
w = 8 kN/mAB6 m

एक टेकयुक्त कैंटिलीवर A पर स्थिर है और B पर सरल आलंबित (टेक लगा) है। यह अपनी पूरी लंबाई पर समान वितरित भार w वहन करता है। EI स्थिर है। टेक पर प्रतिक्रिया RB ज्ञात कीजिए।

L = 6 mw = 8 kN/m
RB = kN
13.स्तंभ बकलिंगमध्यम
PL = 1.5 md = 60 mmअनुप्रस्थ काट

स्टील से बना L लंबाई का एक स्तंभ आधार पर जड़ित और शीर्ष पर मुक्त है। ऑयलर सूत्र से उसका क्रांतिक बकलिंग भार Pcr ज्ञात कीजिए।

L = 1.5 mE = 200 GPa (स्टील)d = 60 mm
Pcr = kN
14.स्तंभ बकलिंगकठिन
P = 150 kNL = 2 md = ?अनुप्रस्थ काट

स्टील से बना L लंबाई का एक ठोस गोल स्तंभ दोनों सिरों पर पिन किया हुआ है। इसे बकलिंग के विरुद्ध 2 के सुरक्षा गुणक के साथ 150 kN वहन करना है। न्यूनतम व्यास d ज्ञात कीजिए।

P = 150 kNn = 2L = 2 mE = 200 GPa (स्टील)
d = mm

3विलयन

1.अक्षीय प्रतिबल और विकृति

उत्तर: δ = 0.2122 mm

दो पदार्थ: श्रेणी में (एक के बाद एक) हर खंड समान बल वहन करता है और विस्तार जुड़ते हैं: δ = P·Σ L/(E·A)। समानांतर में (दृढ़ प्लेटों के बीच अगल-बगल) दोनों भाग समान मात्रा से छोटे होते हैं, इसलिए उनके विकृति समान हैं: अधिक कठोर भाग बड़ा हिस्सा लेता है, Pi = P·EiAi/ΣEA, और σi = Ei·ε। दो दृढ़ दीवारों के बीच जकड़ी छड़, जिसके जोड़ पर भार लगा है, स्थैतिक रूप से अनिर्धार्य है: दोनों खंड भार को अपनी कठोरता k = EA/L के अनुपात में बाँटते हैं।

क्षेत्रफल

Ar = π·40²/4 = 1257 mm²
At = π(100² − 60²)/4 = 5027 mm²

संयुक्त अक्षीय कठोरता

ΣEA = 200·10³·1257 + 100·10³·5027 = 7.54 × 10⁸ N

संकुचन

δ = 200000·800/7.54 × 10⁸ = 0.2122 mm

उत्तर

δ = 0.2122 mm
2.अक्षीय प्रतिबल और विकृति

उत्तर: Pmax = 721.6 kN

दो पदार्थ: श्रेणी में (एक के बाद एक) हर खंड समान बल वहन करता है और विस्तार जुड़ते हैं: δ = P·Σ L/(E·A)। समानांतर में (दृढ़ प्लेटों के बीच अगल-बगल) दोनों भाग समान मात्रा से छोटे होते हैं, इसलिए उनके विकृति समान हैं: अधिक कठोर भाग बड़ा हिस्सा लेता है, Pi = P·EiAi/ΣEA, और σi = Ei·ε। दो दृढ़ दीवारों के बीच जकड़ी छड़, जिसके जोड़ पर भार लगा है, स्थैतिक रूप से अनिर्धार्य है: दोनों खंड भार को अपनी कठोरता k = EA/L के अनुपात में बाँटते हैं।

क्षेत्रफल

Ar = π·30²/4 = 706.9 mm²
At = π(120² − 70²)/4 = 7461 mm²

संयुक्त अक्षीय कठोरता

ΣEA = 200·10³·706.9 + 110·10³·7461 = 9.621 × 10⁸ N

निर्धारक विकृति

ε = min(0.00075, 0.0009091) = 0.00075 (स्टील)

सबसे बड़ा भार

Pmax = 0.00075·9.621 × 10⁸ = 721585 N = 721.6 kN

उत्तर

Pmax = 721.6 kN
3.शाफ़्ट का मरोड़

उत्तर: φ = 20.78 °

वृत्ताकार शाफ़्ट का मरोड़: अपरूपण प्रतिबल केंद्र पर शून्य से सतह पर τmax = T·r/J तक रैखिक रूप से बढ़ता है, ठोस शाफ़्ट के लिए J = πd⁴/32 और खोखले के लिए J = π(do⁴ − di⁴)/32। मरोड़ कोण रेडियन में φ = TL/(GJ) है। शक्ति और बलाघूर्ण P = T·ω से जुड़े हैं।

ध्रुवीय जड़त्व आघूर्ण

J = π·30⁴/32 = 79522 mm⁴

मरोड़ कोण

φ = TL/(GJ) = 250·1000·3000/(26000·79522) = 0.3627 rad
φ = 0.3627·180/π = 20.78°

उत्तर

φ = 20.78°
4.शाफ़्ट का मरोड़

उत्तर: d = 26.32 mm

वृत्ताकार शाफ़्ट का मरोड़: अपरूपण प्रतिबल केंद्र पर शून्य से सतह पर τmax = T·r/J तक रैखिक रूप से बढ़ता है, ठोस शाफ़्ट के लिए J = πd⁴/32 और खोखले के लिए J = π(do⁴ − di⁴)/32। मरोड़ कोण रेडियन में φ = TL/(GJ) है। शक्ति और बलाघूर्ण P = T·ω से जुड़े हैं।

बलाघूर्ण

ω = 2πN/60 = 2π·1000/60 = 104.7 rad/s
T = P/ω = 30000/104.7 = 286.5 N·m

अनुमेय प्रतिबल से व्यास

d = ∛(16T/(π·τallow)) = ∛(16·286479/(π·80)) = 26.32 mm

उत्तर

d = 26.32 mm

व्यवहार में आप अगले मानक आकार तक पूर्णांकित करेंगे।

5.अपरूपण बल और बंकन आघूर्ण

उत्तर: Mx = −54.5 kN·m

खंड विधि: जहाँ आंतरिक बल चाहिए वहाँ बीम काटें और एक भाग रखें। अपरूपण बल V उस भाग के ऊर्ध्वाधर बलों को संतुलित करता है, और बंकन आघूर्ण M कट के परितः उनके आघूर्णों को।

मुक्त-सिरे वाला भाग रखें

P: −60·0.5 = −30 kN·m
w: −4·3.5²/2 = −24.5 kN·m
Mx = −30 − 24.5 = −54.5 kN·m

उत्तर

Mx = −54.5 kN·m

ऋणात्मक का अर्थ है हॉगिंग: ऊपरी फलक पर तनाव।

6.अपरूपण बल और बंकन आघूर्ण

उत्तर: Mx = 94.79 kN·m

खंड विधि: जहाँ आंतरिक बल चाहिए वहाँ बीम काटें और एक भाग रखें। अपरूपण बल V उस भाग के ऊर्ध्वाधर बलों को संतुलित करता है, और बंकन आघूर्ण M कट के परितः उनके आघूर्णों को।

आलंब प्रतिक्रियाएँ

पूरे बीम का संतुलन।

वितरित भार का परिणामी: W = w·ℓ = 10·6 = 60 kN, x̄ = 3 m पर कार्य करता है
ΣMA = 0: RB·6 = 35·2.5 + 10·6·3
RB = 267.5/6 = 44.58 kN
ΣFy = 0: RA = 95 − 44.58 = 50.42 kN
w = 10 kN/mP = 35 kNABRA​ = 50.42RB​ = 44.58खंड2.5 m3.5 m

x = 2.5 m पर काटें और बायाँ भाग रखें

केवल कट के बाईं ओर के बल आते हैं। वितरित भार का एक हिस्सा उस हिस्से के मध्य में एक बल की तरह कार्य करता है।

M = RA·x − (कट के बाईं ओर हर भार × कट से उसकी दूरी)
Mx = 50.42·2.5 − 10·2.5·1.25 = 94.79 kN·m

उत्तर

Mx = 94.79 kN·m
7.केंद्रक और जड़त्व आघूर्ण

उत्तर: Ix = 229.5 × 10⁶ mm⁴

छिद्र वाले परिच्छेद: छिद्र को ऋणात्मक क्षेत्रफल मानें। केंद्रक ȳ = (A₁y₁ − A₂y₂)/(A₁ − A₂) है, जहाँ A₁, y₁ पूरी प्लेट के लिए और A₂, y₂ छिद्र के लिए हैं। केंद्रक अक्ष के परितः क्षेत्रफल के द्वितीय आघूर्ण के लिए हर भाग पर समांतर-अक्ष प्रमेय लगाएँ और छिद्र घटाएँ: I = (Ic1 + A₁d₁²) − (Ic2 + A₂d₂²), जहाँ d हर भाग के अपने केंद्रक से ȳ से गुज़रने वाले अक्ष तक की दूरी है। आयत के लिए Ic = bh³/12 और वृत्त के लिए Ic = πd⁴/64।

केंद्रक

ȳ = (48000·120 − 1257·96)/(48000 − 1257) = 120.6 mm

ȳ के परितः पूरी प्लेट

200·240³/12 + 48000·−0.6452² = 230.4 × 10⁶ mm⁴

ȳ के परितः छिद्र

π·40⁴/64 + 1257·−24.65² = 0.8889 × 10⁶ mm⁴

घटाइए

Ix = 229.5 × 10⁶ mm⁴

उत्तर

Ix = 229.5 × 10⁶ mm⁴
8.केंद्रक और जड़त्व आघूर्ण

उत्तर: σनीचे = 26.12 MPa

संयुक्त क्षेत्रफल: खंड को आयतों में बाँटें। केंद्रक क्षेत्रफल-भारित औसत है ȳ = ΣAᵢyᵢ/ΣAᵢ। केंद्रक अक्ष के परितः जड़त्व आघूर्ण हर भाग के अपने bh³/12 और समांतर-अक्ष पद A·d² को जोड़ता है, जहाँ d भाग के केंद्रक से कुल केंद्रक की दूरी है। बंकन प्रतिबल σ = M·y/I है।

दो आयतों में बाँटें

हर y को निचले किनारे से मापें।

फ़्लेंज: Af = 220·10 = 2200 mm², yf = 240 + 10/2 = 245 mm
वेब: Aw = 12·240 = 2880 mm², yw = 240/2 = 120 mm

केंद्रक

ȳ = (Afyf + Awyw)/(Af + Aw) = (2200·245 + 2880·120)/5080 = 174.1 mm

समांतर अक्ष प्रमेय

फ़्लेंज: 220·10³/12 + 2200·(245 − 174.1)² = 1.107 × 10⁷ mm⁴
वेब: 12·240³/12 + 2880·(120 − 174.1)² = 2.226 × 10⁷ mm⁴
Ix = 1.107 × 10⁷ + 2.226 × 10⁷ = 3.333 × 10⁷ mm⁴

बंकन प्रतिबल

निचला किनारा अक्ष से ȳ दूर है।

y = 174.1 mm
σ = M·y/I = 5 × 10⁶·174.1/3.333 × 10⁷ = 26.12 MPa

उत्तर

σनीचे = 26.12 MPa
9.मोर वृत्त और प्रतिबल रूपांतरण

उत्तर: θp = 3.797 °

समतल प्रतिबल रूपांतरण: θ से घुमाए गए तल पर σ = (σₓ + σᵧ)/2 + (σₓ − σᵧ)/2·cos 2θ + τₓᵧ·sin 2θ। मोर वृत्त सभी तलों को एक साथ दिखाता है: उसका केंद्र C = (σₓ + σᵧ)/2 पर और त्रिज्या R = √(((σₓ − σᵧ)/2)² + τₓᵧ²) है। मुख्य प्रतिबल C ± R हैं, और तल में सबसे बड़ा अपरूपण प्रतिबल R है।

στxyCσ1​σ2​

वृत्त पर कोण

मोर वृत्त पर बिंदु x, σ-अक्ष से 2θp कोण पर होता है; चतुर्थांश σₓ − σᵧ और τₓᵧ के चिह्नों से तय होता है।

2θp = atan2(2·10, 120 − −30) = 7.595°

अवयव पर कोण

θp = 3.797°

उत्तर

θp = 3.797°

धनात्मक कोण वामावर्त होते हैं।

10.मोर वृत्त और प्रतिबल रूपांतरण

उत्तर: σvM = 107.2 MPa

समतल प्रतिबल रूपांतरण: θ से घुमाए गए तल पर σ = (σₓ + σᵧ)/2 + (σₓ − σᵧ)/2·cos 2θ + τₓᵧ·sin 2θ। मोर वृत्त सभी तलों को एक साथ दिखाता है: उसका केंद्र C = (σₓ + σᵧ)/2 पर और त्रिज्या R = √(((σₓ − σᵧ)/2)² + τₓᵧ²) है। मुख्य प्रतिबल C ± R हैं, और तल में सबसे बड़ा अपरूपण प्रतिबल R है। पराभव मानदंड: वॉन मीज़ेस के अनुसार पराभव तब होता है जब σvM = √(σ₁² − σ₁σ₂ + σ₂²), σY तक पहुँचे; ट्रेस्का के अनुसार तब जब निरपेक्ष अधिकतम अपरूपण प्रतिबल σY/2 तक पहुँचे।

σxyCσ1​σ2​

मुख्य प्रतिबल

C = 100 MPa, R = 22.36 MPa
σ1 = 122.4 MPa, σ2 = 77.64 MPa, σ3 = 0

वॉन मीज़ेस

σvM = √(122.4² − 122.4·77.64 + 77.64²) = 107.2 MPa

उत्तर

σvM = 107.2 MPa
11.बीम विक्षेप

उत्तर: δmax = 14.06 mm

बीम विक्षेप: विक्षेप वक्रता M/(EI) को दो बार समाकलित करके मिलते हैं। मानक स्थितियाँ सारणीबद्ध हैं, जैसे सिरे पर भार वाले कैंटिलीवर के लिए PL³/(3EI) और पूरे विस्तार पर समान भार वाले सरल आलंबित बीम के लिए 5wL⁴/(384EI)। अलग-अलग भारों के विक्षेप जुड़ते हैं (अध्यारोपण)।

एकरूप इकाइयाँ

N और mm में काम करें: P N में, w N/mm में (kN/m = N/mm), L mm में, E N/mm² में (GPa × 1000), I mm⁴ में।

w = 2 N/mm, L = 6000 mm
EI = 2.4 × 10¹² N·mm²

विक्षेप

δmax = 5wL⁴/(384EI) = 5·2·6000⁴/(384·2.4 × 10¹²) = 14.06 mm

उत्तर

δmax = 14.06 mm
12.बीम विक्षेप

उत्तर: RB = 18 kN

बीम विक्षेप: विक्षेप वक्रता M/(EI) को दो बार समाकलित करके मिलते हैं। मानक स्थितियाँ सारणीबद्ध हैं, जैसे सिरे पर भार वाले कैंटिलीवर के लिए PL³/(3EI) और पूरे विस्तार पर समान भार वाले सरल आलंबित बीम के लिए 5wL⁴/(384EI)। अलग-अलग भारों के विक्षेप जुड़ते हैं (अध्यारोपण)। स्थैतिक रूप से अनिर्धार्य बीम के लिए एक अतिरिक्त (रिडंडेंट) आलंब हटाएँ और वहाँ विक्षेप को शून्य रखें (संगतता)।

टेक हटाएँ

टेक के बिना बीम एक कैंटिलीवर है। उसका मुक्त सिरा भार के नीचे विक्षेपित होगा।

δload = wL⁴/(8EI)

टेक पर संगतता

अकेला टेक बल RB मुक्त सिरे को RBL³/(3EI) ऊपर उठाता है। टेक B को शून्य विक्षेप पर रखता है, इसलिए दोनों को एक-दूसरे को निरस्त करना होगा। EI कट जाता है।

RB·L³/(3EI) = wL⁴/(8EI) → RB = 3wL/8 = 3·8·6/8 = 18 kN

उत्तर

RB = 18 kN
13.स्तंभ बकलिंग

उत्तर: Pcr = 139.5 kN

ऑयलर बकलिंग: पतला स्तंभ Pcr = π²EI/(KL)² पर अस्थिर हो जाता है, जहाँ KL प्रभावी लंबाई है: पिन–पिन के लिए K = 1, जड़ित–मुक्त के लिए 2, जड़ित–पिन के लिए 0.7 और जड़ित–जड़ित के लिए 0.5। यह सबसे छोटे I वाली अक्ष के परितः मुड़ता है। सूत्र उन पतले स्तंभों के लिए मान्य है जिनका क्रांतिक प्रतिबल पराभव प्रतिबल से कम रहता है।

न्यूनतम जड़त्व आघूर्ण

गोल खंड का I हर अक्ष के परितः समान होता है।

I = πd⁴/64 = π·60⁴/64 = 636173 mm⁴

प्रभावी लंबाई

KL = 2·1500 = 3000 mm

क्रांतिक भार

Pcr = π²EI/(KL)² = π²·200000·636173/3000² = 139528 N = 139.5 kN

उत्तर

Pcr = 139.5 kN
14.स्तंभ बकलिंग

उत्तर: d = 59.32 mm

ऑयलर बकलिंग: पतला स्तंभ Pcr = π²EI/(KL)² पर अस्थिर हो जाता है, जहाँ KL प्रभावी लंबाई है: पिन–पिन के लिए K = 1, जड़ित–मुक्त के लिए 2, जड़ित–पिन के लिए 0.7 और जड़ित–जड़ित के लिए 0.5। यह सबसे छोटे I वाली अक्ष के परितः मुड़ता है। सूत्र उन पतले स्तंभों के लिए मान्य है जिनका क्रांतिक प्रतिबल पराभव प्रतिबल से कम रहता है।

आवश्यक क्रांतिक भार

Pcr = n·P = 2·150000 = 300000 N
KL = 1·2000 = 2000 mm

व्यास के लिए हल करें

d = (64·n·P·(KL)²/(π³E))^(1/4) = (64·300000·2000²/(π³·200000))^(1/4) = 59.32 mm

उत्तर

d = 59.32 mm

जाँच: तनुता KL/r = 134.9 है, इसलिए स्तंभ पतला है और ऑयलर लागू होता है।

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