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
Ø 12 mmस्टील2 mP = 20 kN

अक्षीय भार के अंतर्गत स्टील छड़ का दीर्घीकरण δ ज्ञात कीजिए।

P = 20 kNd = 12 mmL = 2 mE = 200 GPa
δ = mm
2.अक्षीय प्रतिबल और विकृतिकठिन
Ø 25 mmपीतल0.5 mØ 12 mmस्टील1.5 mP = 50 kN

सोपानी छड़ दीवार में जड़ित है और अपने मुक्त सिरे पर भारित है। छड़ में सबसे बड़ा अभिलंब प्रतिबल σmax ज्ञात कीजिए।

P = 50 kNखंड 1: Ø25 mm, 0.5 m, पीतल (E = 100 GPa)खंड 2: Ø12 mm, 1.5 m, स्टील (E = 200 GPa)
σmax = MPa
3.शाफ़्ट का मरोड़मध्यम
T = 250 N·md = 20 mmL = 0.8 mφ = ?

स्टील 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 = 20 mmL = 0.8 mG = 80 GPa
φ = °
4.शाफ़्ट का मरोड़कठिन
do​ = ?10 kW, 750 rpm

एक खोखले शाफ़्ट को 750 rpm पर 10 kW संचारित करना है। इसका भीतरी व्यास इसके बाहरी व्यास का 0.75 गुना होना है, और अपरूपण प्रतिबल 80 MPa से अधिक नहीं होना चाहिए। सबसे छोटा बाहरी व्यास do ज्ञात कीजिए।

P = 10 kWN = 750 rpmdi/do = 0.75τallow = 80 MPa
do = mm
5.अपरूपण बल और बंकन आघूर्णमध्यम
M0​ = 55 kN·mAB5 m1 m

सरल आलंबित बीम A से x = 5 m पर दक्षिणावर्त बलयुग्म M0 = 55 kN·m वहन करता है, और कोई अन्य भार नहीं। बलयुग्म के ठीक दाईं ओर बंकन आघूर्ण Mx ज्ञात कीजिए। सैगिंग आघूर्णों को और बाएँ फलक पर ऊपर की ओर अपरूपण को धनात्मक लें।

L = 6 mM0 = 55 kN·m दक्षिणावर्त, स्थान 5 m
Mx = kN·m
6.अपरूपण बल और बंकन आघूर्णकठिन
40 kN35 kN35 kNABCDEFG2 m2 m2 m2 m2 m2 m

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।

40 kN @ 0 m35 kN @ 12 m35 kN @ 6 m
  1. 1A (x = 0 m)
  2. 2B (x = 2 m)
  3. 3C (x = 4 m)
  4. 4D (x = 6 m)
  5. 5E (x = 8 m)
  6. 6F (x = 10 m)
  7. 7G (x = 12 m)
7.केंद्रक और जड़त्व आघूर्णमध्यम
260200t = 20xआयाम mm में

एक चैनल खंड अपनी खुली ओर ऊपर करके रखा है: 260 mm चौड़ी आधार प्लेट और दो खड़ी भुजाएँ, कुल 200 mm ऊँची। आधार और भुजाएँ सभी 20 mm मोटी हैं। उसके केंद्रक से होकर जाने वाली क्षैतिज अक्ष x के परितः उसका क्षेत्रफल का द्वितीय आघूर्ण Ix ज्ञात कीजिए।

b = 260 mmh = 200 mmt = 20 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
8.केंद्रक और जड़त्व आघूर्णकठिन
1801516010xM = 20 kN·mआयाम mm में

T-खंड ऊपर फ़्लेंज के साथ बीम के रूप में उपयोग होता है और 20 kN·m का धनात्मक बंकन आघूर्ण वहन करता है। ऊपरी किनारे पर बंकन प्रतिबल σऊपर का परिमाण ज्ञात कीजिए।

bf = 180 mmtf = 15 mmtw = 10 mmhw = 160 mmM = 20 kN·m
σऊपर = MPa
9.मोर वृत्त और प्रतिबल रूपांतरणमध्यम
σx​ = 40σy​ = 10τxy​ = 10MPa

किसी भारित पुर्ज़े के एक बिंदु पर σₓ = 40 MPa, σᵧ = 10 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 = 40 MPaσy = 10 MPaτxy = 10 MPa
θp = °
10.मोर वृत्त और प्रतिबल रूपांतरणकठिन
60°D = 800 mm, t = 6 mm, p = 1.5 MPap

800 mm भीतरी व्यास और 6 mm दीवार मोटाई वाली एक पतली दीवार की बेलनाकार टंकी में 1.5 MPa गेज दाब पर गैस है। यह बेलन की अक्ष से 60° पर एक सर्पिल सीवन के साथ वेल्ड की गई प्लेट से बनी है। वेल्ड सीवन के साथ कार्य करने वाले अपरूपण प्रतिबल |τn| का परिमाण ज्ञात कीजिए।

D = 800 mmt = 6 mmp = 1.5 MPaα = 60°
|τn| = MPa
11.बीम विक्षेपमध्यम
P = 5 kNABδ3 m5 m

एक सरल आलंबित बीम आलंब A से a = 3 m पर बिंदु भार P वहन करता है। भार के नीचे विक्षेप δP ज्ञात कीजिए।

P = 5 kNa = 3 mL = 8 mE = 70 GPa (एल्युमिनियम)I = 120 × 10⁶ mm⁴
δP = mm
12.बीम विक्षेपकठिन
w = 2 kN/mABδ3 m

आयताकार खंड वाला एक सरल आलंबित लकड़ी का बीम, 100 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 mE = 11 GPa (इमारती लकड़ी)b = 100 mm
hreq = mm
13.स्तंभ बकलिंगमध्यम
PL = 1.5 md = 20 mmअनुप्रस्थ काट

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 = 1.5 mE = 200 GPa (स्टील)d = 20 mm
Pcr = kN
14.स्तंभ बकलिंगकठिन
PL = 4 md = 40 mmअनुप्रस्थ काट

स्टील 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 = 4 mE = 200 GPa (स्टील)d = 40 mm
σcr = MPa

3विलयन

1.अक्षीय प्रतिबल और विकृति

उत्तर: δ = 1.768 mm

हुक का नियम: प्रत्यास्थ सीमा में σ = E·ε। σ = P/A और ε = δ/L के साथ मिलाने पर δ = PL/(AE) मिलता है।

प्रतिबल

A = π·12²/4 = 113.1 mm²
σ = P/A = 20·1000/113.1 = 176.8 MPa

विकृति (हुक का नियम)

E for स्टील = 200 GPa = 200000 MPa.

ε = σ/E = 176.8/200000 = 0.0008842 = 884.2 µε

दीर्घीकरण

δ = ε·L = 0.0008842·2000 mm = 1.768 mm

उत्तर

δ = 1.768 mm
2.अक्षीय प्रतिबल और विकृति

उत्तर: σmax = 442.1 MPa

अक्षीय भारित अवयव: हर प्रिज़्मीय खंड δ = PL/(AE) का पालन करता है। श्रेणी में अवयवों के दीर्घीकरण जुड़ते हैं।

दोनों खंडों में समान बल

मुक्त सिरा P वहन करता है, इसलिए छड़ का हर खंड वही अक्षीय बल P वहन करता है। केवल क्षेत्रफल और पदार्थ बदलते हैं।

A1 = π·25²/4 = 490.9 mm², A2 = π·12²/4 = 113.1 mm²
σ1 = 101.9 MPa
σ2 = 442.1 MPa

सबसे बड़ा प्रतिबल

पतले खंड का क्षेत्रफल छोटा है, इसलिए उसमें प्रतिबल अधिक है।

σmax = 442.1 MPa

उत्तर

σmax = 442.1 MPa
3.शाफ़्ट का मरोड़

उत्तर: φ = 9.119 °

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·20⁴/32 = 15708 mm⁴

मरोड़ कोण

φ = TL/(GJ) = 250·1000·800/(80000·15708) = 0.1592 rad
φ = 0.1592·180/π = 9.119°

उत्तर

φ = 9.119°
4.शाफ़्ट का मरोड़

उत्तर: do = 22.8 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·750/60 = 78.54 rad/s
T = P/ω = 10000/78.54 = 127.3 N·m

स्वीकार्य प्रतिबल से बाहरी व्यास

T = 127.3 N·m = 127324 N·mm
1 − k⁴ = 1 − 0.75⁴ = 0.6836
do = ∛(16T/(π·τallow·(1 − k⁴))) = ∛(16·127324/(π·80·0.6836)) = 22.8 mm
di = 0.75·22.8 = 17.1 mm

उत्तर

do = 22.8 mm

ठोस शाफ़्ट को d = 20.09 mm चाहिए होता; खोखला थोड़ा बड़ा है पर बहुत हल्का है।

5.अपरूपण बल और बंकन आघूर्ण

उत्तर: Mx = 9.167 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। लगाया गया बलयुग्म बंकन आघूर्ण आरेख में बलयुग्म के परिमाण जितनी छलाँग पैदा करता है।

आलंब प्रतिक्रियाएँ

A के परितः आघूर्ण, वामावर्त धनात्मक: RB·L − M0 = 0। ऊर्ध्वाधर संतुलन: RA + RB = 0।

RB = M0/L = 55/6 = 9.167 kN (ऊपर की ओर)
RA = −RB = −9.167 kN (नीचे की ओर)

बलयुग्म के ठीक दाईं ओर काटें

बाएँ भाग में अब RA और बलयुग्म हैं।

Mx = RA·a + M0 = −9.167·5 + 55 = 9.167 kN·m

उत्तर

Mx = 9.167 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 = 41.67 kN, R2 = 68.33 kN

हर चिह्न पर बंकन आघूर्ण

कट की एक ओर के सभी बलों के आघूर्ण जोड़ें। अधोमुखी धनात्मक है, ऊर्ध्वमुखी ऋणात्मक।

MA = 0, MB = −80, MC = −76.67, MD = −73.33, ME = −140 kN·m, MF = −70, MG = 0

उत्तर

चिह्न E: ME = −140 kN·m
7.केंद्रक और जड़त्व आघूर्ण

उत्तर: Ix = 49.81 × 10⁶ mm⁴

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।

आयतों में बाँटें

आधार को पूरी चौड़ाई पर और दोनों भुजाओं को उसके ऊपर (ऊँचाई h − t) लें, ताकि कुछ भी दो बार न गिना जाए।

आधार: A1 = 260·20 = 5200 mm², y1 = 10 mm
दो भुजाएँ: A2 = 2·20·180 = 7200 mm², y2 = 20 + 180/2 = 110 mm

केंद्रक

ȳ = (5200·10 + 7200·110)/12400 = 68.06 mm

समांतर अक्ष प्रमेय

आधार: 260·20³/12 + 5200·(10 − 68.06)² = 1.771 × 10⁷ mm⁴
दो भुजाएँ: 2·20·180³/12 + 7200·(110 − 68.06)² = 3.21 × 10⁷ mm⁴
Ix = 1.771 × 10⁷ + 3.21 × 10⁷
Ix = 4.981 × 10⁷ mm⁴ = 49.81 × 10⁶ mm⁴

उत्तर

Ix = 49.81 × 10⁶ mm⁴
8.केंद्रक और जड़त्व आघूर्ण

उत्तर: σऊपर = 71.82 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 = 180·15 = 2700 mm², yf = 160 + 15/2 = 167.5 mm
वेब: Aw = 10·160 = 1600 mm², yw = 160/2 = 80 mm

केंद्रक

ȳ = (Afyf + Awyw)/(Af + Aw) = (2700·167.5 + 1600·80)/4300 = 134.9 mm

समांतर अक्ष प्रमेय

फ़्लेंज: 180·15³/12 + 2700·(167.5 − 134.9)² = 2.913 × 10⁶ mm⁴
वेब: 10·160³/12 + 1600·(80 − 134.9)² = 8.243 × 10⁶ mm⁴
Ix = 2.913 × 10⁶ + 8.243 × 10⁶ = 1.116 × 10⁷ mm⁴

बंकन प्रतिबल

ऊपरी किनारा अक्ष से h − ȳ दूर है।

y = 175 − 134.9 = 40.06 mm
σ = M·y/I = 2 × 10⁷·40.06/1.116 × 10⁷ = 71.82 MPa

उत्तर

σऊपर = 71.82 MPa
9.मोर वृत्त और प्रतिबल रूपांतरण

उत्तर: θp = 16.85 °

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, 40 − 10) = 33.69°

अवयव पर कोण

θp = 16.85°

उत्तर

θp = 16.85°

धनात्मक कोण वामावर्त होते हैं।

10.मोर वृत्त और प्रतिबल रूपांतरण

उत्तर: |τn| = 21.65 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। पतली दीवार का बेलन: परिधीय प्रतिबल σh = pr/t और अक्षीय प्रतिबल σa = pr/(2t); ये दीवार में मुख्य प्रतिबल हैं।

दीवार के प्रतिबल

r = 800/2 = 400 mm
σh = pr/t = 1.5·400/6 = 100 MPa
σa = pr/(2t) = 50 MPa

सीवन पर रूपांतरित करें

x को अक्ष के साथ (σa) और y को परिधि के साथ (σh) लें। सीवन का अभिलंब अक्ष से 90° − α बनाता है।

|τn| = (100 − 50)·sin 60°·cos 60° = 21.65 MPa

उत्तर

|τn| = 21.65 MPa
11.बीम विक्षेप

उत्तर: δP = 5.58 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 = 5000 N, a = 3000 mm, b = 5000 mm, L = 8000 mm
EI = 8.4 × 10¹² N·mm²

भार के नीचे विक्षेप

δP = Pa²b²/(3EIL) = 5000·3000²·5000²/(3·8.4 × 10¹²·8000) = 5.58 mm

उत्तर

δP = 5.58 mm
12.बीम विक्षेप

उत्तर: hreq = 140.3 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 = 3000 mm, E = 11000 N/mm²

विक्षेप सीमा

δallow = L/360 = 3000/360 = 8.333 mm

आवश्यक जड़त्व आघूर्ण

Ireq = 5wL⁴/(384·E·δallow) = 5·2·3000⁴/(384·11000·8.333) = 2.301 × 10⁷ mm⁴

आवश्यक गहराई

bh³/12 = Ireq → h = (12·2.301 × 10⁷/100)1/3 = 140.3 mm

उत्तर

hreq = 140.3 mm

व्यवहार में, इस मान से ऊपर की अगली मानक गहराई चुनें।

13.स्तंभ बकलिंग

उत्तर: Pcr = 14.06 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·20⁴/64 = 7854 mm⁴

प्रभावी लंबाई

KL = 0.7·1500 = 1050 mm

क्रांतिक भार

Pcr = π²EI/(KL)² = π²·200000·7854/1050² = 14062 N = 14.06 kN

उत्तर

Pcr = 14.06 kN
14.स्तंभ बकलिंग

उत्तर: σcr = 3.084 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·40⁴/64 = 125664 mm⁴

परिभ्रमण त्रिज्या और तनुता

A = 1257 mm²
r = √(I/A) = √(125664/1257) = 10 mm
KL = 2·4000 = 8000 mm
KL/r = 8000/10 = 800

क्रांतिक प्रतिबल

σcr = π²E/(KL/r)² = π²·200000/800² = 3.084 MPa

उत्तर

σcr = 3.084 MPa

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