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
पदार्थ सामर्थ्य: क्रैम पैक
सूत्र-पत्रक, हर विषय के मुख्य विधि-चरण और 14 अभ्यास प्रश्न, पूरे हल पीछे दिए गए हैं।
1सूत्र और विधियाँ
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
- ध्रुवीय क्षेत्र आघूर्ण ज्ञात करें: ठोस शाफ़्ट के लिए J = πd⁴/32।
- सतह पर अपरूपण प्रतिबल: τ = T·r/J, जहाँ r बाहरी त्रिज्या है।
- ऐंठन कोण: रेडियन में φ = TL/(GJ)।
- 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
- पूरे बीम के संतुलन से आलंब प्रतिक्रियाएँ ज्ञात करें।
- बीम को आवश्यक खंड पर काटें और एक भाग रखें।
- अपरूपण बल: उस भाग पर ऊर्ध्वाधर बलों का योग। बंकन आघूर्ण: कट के परितः उनके आघूर्णों का योग।
- 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
- मोर वृत्त का केंद्र निकालें: C = (σx + σy)/2।
- त्रिज्या निकालें: R = √(((σx − σy)/2)² + τxy²)।
- मुख्य प्रतिबल C ± R हैं और तल में सबसे बड़ा अपरूपण प्रतिबल R है।
- 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
एक स्टील छड़ (व्यास 30 mm, E = 200 GPa) पीतल की बनी नलिका (बाहरी व्यास 120 mm, भीतरी व्यास 60 mm, E = 100 GPa) के भीतर है। दोनों 600 mm लंबे हैं और दृढ़ प्लेटों के बीच 80 kN से साथ-साथ संपीडित किए जाते हैं। संकुचन δ ज्ञात कीजिए।
P = 80 kNछड़: Ø30 mm, E = 200 GPaनलिका: Ø120/Ø60 mm, E = 100 GPaL = 600 mm
δ = mm
2.अक्षीय प्रतिबल और विकृतिकठिन
एक स्टील खंड (व्यास 25 mm, लंबाई 400 mm, E = 200 GPa) और काँसा का बना खंड (व्यास 40 mm, लंबाई 300 mm, E = 110 GPa) सिरे से सिरा जोड़कर दो दृढ़ दीवारों के बीच जकड़े हैं। जोड़ पर खंड 2 की ओर 60 kN का अक्षीय भार लगता है। खंड 2 में प्रतिबल σ2 का परिमाण ज्ञात कीजिए।
खंड 1: स्टील, Ø25 mm, 400 mm, E = 200 GPaखंड 2: काँसा, Ø40 mm, 300 mm, E = 110 GPaP = 60 kN
σ2 = MPa
3.शाफ़्ट का मरोड़मध्यम
पीतल 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 = 400 N·md = 30 mmL = 0.8 mG = 39 GPa
φ = °
4.शाफ़्ट का मरोड़कठिन
एक खोखला शाफ़्ट 1000 rpm पर 100 kW संचारित करता है। शाफ़्ट में अधिकतम अपरूपण प्रतिबल τmax ज्ञात कीजिए।
P = 100 kWN = 1000 rpmdo = 80 mmdi = 64 mm
τmax = MPa
5.अपरूपण बल और बंकन आघूर्णमध्यम
सरल आलंबित बीम दो बिंदु भार वहन करता है। बीम में अधिकतम बंकन आघूर्ण Mmax ज्ञात कीजिए।
L = 4 mP1 = 35 kN पर 2 mP2 = 55 kN पर 3 m
Mmax = kN·m
6.अपरूपण बल और बंकन आघूर्णकठिन
चिह्न A से G धरन को छह बराबर भागों में बाँटते हैं। किस चिह्न पर बंकन आघूर्ण परिमाण में सबसे बड़ा है, अधोमुखी या ऊर्ध्वमुखी? उसे आरेख में क्लिक करें।
55 kN @ 12 m40 kN @ 2 m10 kN/m, 0–8 m
- 1A (x = 0 m)
- 2B (x = 2 m)
- 3C (x = 4 m)
- 4D (x = 6 m)
- 5E (x = 8 m)
- 6F (x = 10 m)
- 7G (x = 12 m)
7.केंद्रक और जड़त्व आघूर्णमध्यम
एक सममित I-खंड के फ़्लेंज 220 mm चौड़े और 24 mm मोटे हैं, कुल गहराई 360 mm है और वेब 10 mm मोटा है। क्षैतिज केंद्रकीय अक्ष x के परितः बंकन के लिए उसका प्रत्यास्थ खंड मापांक Sx ज्ञात कीजिए।
B = 220 mmH = 360 mmtf = 24 mmtw = 10 mm
Sx = × 10³ mm³
8.केंद्रक और जड़त्व आघूर्णकठिन
T-खंड ऊपर फ़्लेंज के साथ बीम के रूप में उपयोग होता है और 15 kN·m का धनात्मक बंकन आघूर्ण वहन करता है। निचले किनारे पर बंकन प्रतिबल σनीचे ज्ञात कीजिए।
bf = 280 mmtf = 20 mmtw = 10 mmhw = 280 mmM = 15 kN·m
σनीचे = MPa
9.मोर वृत्त और प्रतिबल रूपांतरणमध्यम
एक बिंदु पर σₓ = 140 MPa और σᵧ = 0 MPa है। सबसे बड़े मुख्य प्रतिबल के 185 MPa तक पहुँचने से पहले अपरूपण प्रतिबल τxy (परिमाण) कितना बड़ा हो सकता है?
σx = 140 MPaσy = 0 MPaσ1 = 185 MPa
τxy = MPa
10.मोर वृत्त और प्रतिबल रूपांतरणकठिन
एक पतली प्लेट का एक बिंदु समतल प्रतिबल में है: σₓ = −70 MPa, σᵧ = −80 MPa और τₓᵧ = 10 MPa (σz = 0)। वॉन मीज़ेस तुल्य प्रतिबल σvM ज्ञात कीजिए।
σx = −70 MPaσy = −80 MPaτxy = 10 MPa
σvM = MPa
11.बीम विक्षेपमध्यम
एक सरल आलंबित बीम आलंब A से a = 4.5 m पर बिंदु भार P वहन करता है। भार के नीचे विक्षेप δP ज्ञात कीजिए।
P = 6 kNa = 4.5 mL = 6 mE = 70 GPa (एल्युमिनियम)I = 84 × 10⁶ mm⁴
δP = mm
12.बीम विक्षेपकठिन
आयताकार खंड वाला एक सरल आलंबित लकड़ी का बीम, 125 mm चौड़ा, अपने पूरे विस्तार पर समान वितरित भार w वहन करता है। उसका मध्य विक्षेप विस्तार/360 से अधिक नहीं हो सकता। खंड की न्यूनतम गहराई hreq ज्ञात कीजिए।
w = 2 kN/mL = 3.5 mE = 11 GPa (इमारती लकड़ी)b = 125 mm
hreq = mm
13.स्तंभ बकलिंगमध्यम
स्टील से बना L लंबाई का एक स्तंभ आधार पर जड़ित और शीर्ष पर पिन किया हुआ है। ऑयलर सूत्र से उसका क्रांतिक बकलिंग भार Pcr ज्ञात कीजिए।
L = 3 mE = 200 GPa (स्टील)b × h = 30 × 100 mm
Pcr = kN
14.स्तंभ बकलिंगकठिन
एल्युमिनियम से बना L लंबाई का एक स्तंभ आधार पर जड़ित और शीर्ष पर मुक्त है। उसकी तनुता और ऑयलर सूत्र से क्रांतिक बकलिंग प्रतिबल σcr ज्ञात कीजिए।
L = 1 mE = 70 GPa (एल्युमिनियम)d = 25 mm
σcr = MPa
3विलयन
1.अक्षीय प्रतिबल और विकृति
उत्तर: δ = 0.0485 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·30²/4 = 706.9 mm²
At = π(120² − 60²)/4 = 8482 mm²
संयुक्त अक्षीय कठोरता
ΣEA = 200·10³·706.9 + 100·10³·8482 = 9.896 × 10⁸ N
संकुचन
δ = 80000·600/9.896 × 10⁸ = 0.0485 mm
उत्तर
δ = 0.0485 mm
2.अक्षीय प्रतिबल और विकृति
उत्तर: σ2 = 31.15 MPa
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।
कठोरताएँ
k₁ = 200000·490.9/400 = 245437 N/mm
k₂ = 110000·1257/300 = 460767 N/mm
खंड 2 का हिस्सा
F2 = 60000·460767/706204 = 39147 N
प्रतिबल
σ2 = 39147/1257 = 31.15 MPa (संपीडन)
उत्तर
σ2 = 31.15 MPa
3.शाफ़्ट का मरोड़
उत्तर: φ = 5.912 °
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) = 400·1000·800/(39000·79522) = 0.1032 rad
φ = 0.1032·180/π = 5.912°
उत्तर
φ = 5.912°
4.शाफ़्ट का मरोड़
उत्तर: τmax = 16.09 MPa
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 = 100000/104.7 = 954.9 N·m
ध्रुवीय जड़त्व आघूर्ण
J = π(80⁴ − 64⁴)/32 = 2.374 × 10⁶ mm⁴
अधिकतम अपरूपण प्रतिबल
τmax = T·(do/2)/J = 954930·40/2.374 × 10⁶ = 16.09 MPa
उत्तर
τmax = 16.09 MPa
5.अपरूपण बल और बंकन आघूर्ण
उत्तर: Mmax = 62.5 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। अधिकतम आघूर्ण: चूँकि dM/dx = V, बंकन आघूर्ण वहाँ शिखर पर होता है जहाँ अपरूपण बल शून्य से होकर गुज़रता है, या तो किसी बिंदु भार पर या किसी वितरित भार के भीतर।
आलंब प्रतिक्रियाएँ
पूरे बीम का संतुलन।
ΣMA = 0: RB·4 = 35·2 + 55·3
RB = 235/4 = 58.75 kN
ΣFy = 0: RA = 90 − 58.75 = 31.25 kN
हर भार के नीचे आघूर्ण
हर भार के बाईं ओर का भाग रखें।
भार P1: M = RA·2 = 31.25·2 = 62.5 kN·m
भार P2: M = RB·1 = 58.75·1 = 58.75 kN·m
सबसे बड़ा मान
Mmax = 62.5 kN·m (भार P1)
उत्तर
Mmax = 62.5 kN·m
6.अपरूपण बल और बंकन आघूर्ण
उत्तर: E (x = 8 m)
सबसे बड़ा बंकन आघूर्ण: जहाँ भी अपरूपण बल बदलता है वहाँ M का ढाल बदलता है, इसलिए उसके शिखर वहाँ होते हैं जहाँ अपरूपण बल शून्य को पार करता है: बिंदु भार के नीचे, वितरित भार के भीतर, या ओवरहैंग वाले आधार के ऊपर। कैंटिलीवर के जड़े आधार पर आघूर्ण दीवार पर सबसे अधिक होता है। उन स्थानों पर M के परिमाण की तुलना करें, अधोमुखी या ऊर्ध्वमुखी।
आलंब प्रतिक्रियाएँ
एक आधार के परितः आघूर्ण लें, फिर ऊर्ध्वाधर बल संतुलन का उपयोग करें।
R1 = 42.5 kN, R2 = 132.5 kN
हर चिह्न पर बंकन आघूर्ण
कट की एक ओर के सभी बलों के आघूर्ण जोड़ें। अधोमुखी धनात्मक है, ऊर्ध्वमुखी ऋणात्मक।
MA = 0, MB = 65, MC = 10, MD = −85, ME = −220 kN·m, MF = −110, MG = 0
उत्तर
चिह्न E: ME = −220 kN·m
7.केंद्रक और जड़त्व आघूर्ण
उत्तर: Sx = 1799 × 10³ mm³
क्षेत्रफल का द्वितीय आघूर्ण: आयत के लिए उसकी अपनी केंद्रकीय अक्ष के परितः I = bh³/12, और उसके आधार के परितः bh³/3 (समांतर अक्ष प्रमेय I = Ic + A·d²)। छिद्र को उसका I घटाकर संभाला जाता है, बशर्ते दोनों भागों की अक्ष एक ही हो। प्रत्यास्थ खंड मापांक S = I/c है, जहाँ c चरम तंतु तक की दूरी है।
बाहरी आयत में से दोनों पार्श्व कटाव घटाकर
दोनों कटाव मिलकर (B − tw) चौड़े और hw = H − 2tf ऊँचे हैं, और उनकी अक्ष x एक ही है।
hw = 360 − 2·24 = 312 mm
Ix = (B·H³ − (B − tw)·hw³)/12 = (220·360³ − 210·312³)/12
Ix = 3.239 × 10⁸ mm⁴
खंड मापांक
c = H/2 = 180 mm
Sx = I/c = 3.239 × 10⁸/180
Sx = 1.799 × 10⁶ mm³ = 1799 × 10³ mm³
उत्तर
Sx = 1799 × 10³ mm³
8.केंद्रक और जड़त्व आघूर्ण
उत्तर: σनीचे = 59.52 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 = 280·20 = 5600 mm², yf = 280 + 20/2 = 290 mm
वेब: Aw = 10·280 = 2800 mm², yw = 280/2 = 140 mm
केंद्रक
ȳ = (Afyf + Awyw)/(Af + Aw) = (5600·290 + 2800·140)/8400 = 240 mm
समांतर अक्ष प्रमेय
फ़्लेंज: 280·20³/12 + 5600·(290 − 240)² = 1.419 × 10⁷ mm⁴
वेब: 10·280³/12 + 2800·(140 − 240)² = 4.629 × 10⁷ mm⁴
Ix = 1.419 × 10⁷ + 4.629 × 10⁷ = 6.048 × 10⁷ mm⁴
बंकन प्रतिबल
निचला किनारा अक्ष से ȳ दूर है।
y = 240 mm
σ = M·y/I = 1.5 × 10⁷·240/6.048 × 10⁷ = 59.52 MPa
उत्तर
σनीचे = 59.52 MPa
9.मोर वृत्त और प्रतिबल रूपांतरण
उत्तर: τxy = 91.24 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।
आवश्यक त्रिज्या
C = (140 + 0)/2 = 70 MPa
R = σ1 − C = 185 − 70 = 115 MPa
अपरूपण प्रतिबल
τxy = √(R² − ((σₓ − σᵧ)/2)²) = √(115² − 70²) = 91.24 MPa
उत्तर
τxy = 91.24 MPa
10.मोर वृत्त और प्रतिबल रूपांतरण
उत्तर: σvM = 77.46 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।
मुख्य प्रतिबल
C = −75 MPa, R = 11.18 MPa
σ1 = −63.82 MPa, σ2 = −86.18 MPa, σ3 = 0
वॉन मीज़ेस
σvM = √((−63.82)² − (−63.82)·(−86.18) + (−86.18)²) = 77.46 MPa
उत्तर
σvM = 77.46 MPa
11.बीम विक्षेप
उत्तर: δP = 2.583 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।
P = 6000 N, a = 4500 mm, b = 1500 mm, L = 6000 mm
EI = 5.88 × 10¹² N·mm²
भार के नीचे विक्षेप
δP = Pa²b²/(3EIL) = 6000·4500²·1500²/(3·5.88 × 10¹²·6000) = 2.583 mm
उत्तर
δP = 2.583 mm
12.बीम विक्षेप
उत्तर: hreq = 151.9 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 = 3500 mm, E = 11000 N/mm²
विक्षेप सीमा
δallow = L/360 = 3500/360 = 9.722 mm
आवश्यक जड़त्व आघूर्ण
Ireq = 5wL⁴/(384·E·δallow) = 5·2·3500⁴/(384·11000·9.722) = 3.654 × 10⁷ mm⁴
आवश्यक गहराई
bh³/12 = Ireq → h = (12·3.654 × 10⁷/125)1/3 = 151.9 mm
उत्तर
hreq = 151.9 mm
व्यवहार में, इस मान से ऊपर की अगली मानक गहराई चुनें।
13.स्तंभ बकलिंग
उत्तर: Pcr = 100.7 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
आयत अपनी कमज़ोर अक्ष के परितः, छोटी विमा के घन के साथ मुड़ता है।
Imin = h·b³/12 = 100·30³/12 = 225000 mm⁴
प्रभावी लंबाई
KL = 0.7·3000 = 2100 mm
क्रांतिक भार
Pcr = π²EI/(KL)² = π²·200000·225000/2100² = 100710 N = 100.7 kN
उत्तर
Pcr = 100.7 kN
14.स्तंभ बकलिंग
उत्तर: σcr = 6.747 MPa
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·25⁴/64 = 19175 mm⁴
परिभ्रमण त्रिज्या और तनुता
A = 490.9 mm²
r = √(I/A) = √(19175/490.9) = 6.25 mm
KL = 2·1000 = 2000 mm
KL/r = 2000/6.25 = 320
क्रांतिक प्रतिबल
σcr = π²E/(KL/r)² = π²·70000/320² = 6.747 MPa
उत्तर
σcr = 6.747 MPa
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