그림의 프레임에는 A, B, C에 핀이 있습니다. A와 C는 8 m 떨어져 지면에 고정되어 있고, B는 지면 위 3 m, A의 오른쪽 3.6 m에 있습니다. 부재 AB 위의 K에 4 kN의 수직 하중이 작용하며 K는 A에서 (수평으로) 1.8 m 떨어져 있습니다. 부재 BC의 힘 FBC을(를) 구하시오.
P = 4 kNL = 8 mH = 3 mA에서 B까지의 수평 거리 = 3.6 mA에서 K까지의 수평 거리 = 1.8 m
FBC = kN
8.프레임과 기계어려움
무게 0.5 kN의 균일한 수평 붐 AB가 A에서 벽에 핀으로 연결되어 있고, 끝 B에서 A보다 2.5 m 위의 벽의 점 C까지 케이블로 지지됩니다. B에 8 kN의 하중이 매달려 있습니다. 케이블의 장력 T을(를) 구하시오.
W = 8 kNWb = 0.5 kNAB = 2.5 mAC = 2.5 m
T = kN
9.전단력과 휨 모멘트보통
표시점 A부터 G는 보를 같은 여섯 부분으로 나눕니다. 어느 표시점에서 굽힘 모멘트의 크기가 가장 큽니까(정이든 부이든)? 그림에서 클릭하세요.
45 kN @ 6 m25 kN @ 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)
10.전단력과 휨 모멘트어려움
표시점 A부터 G는 보를 같은 여섯 부분으로 나눕니다. 어느 표시점에서 굽힘 모멘트의 크기가 가장 큽니까(정이든 부이든)? 그림에서 클릭하세요.
15 kN @ 0 m50 kN @ 6 m25 kN @ 2 m
1A (x = 0 m)
2B (x = 1 m)
3C (x = 2 m)
4D (x = 3 m)
5E (x = 4 m)
6F (x = 5 m)
7G (x = 6 m)
11.도심과 단면 2차 모멘트보통
ㄷ형강 단면이 열린 쪽을 위로 하여 놓여 있다. 폭 140 mm의 밑판에 두 개의 세운 다리가 있으며 전체 높이는 60 mm이다. 밑판과 다리의 두께는 모두 10 mm이다. 밑변에서 도심까지의 높이 ȳ을(를) 구하시오.
b = 140 mmh = 60 mmt = 10 mm
ȳ = mm
12.도심과 단면 2차 모멘트어려움
120 mm × 300 mm 판에 폭 30 mm, 높이 40 mm의 직사각형 절취부가 수직 중심선 위에 있고 그 중심은 아래에서 105 mm 위에 있습니다. 도심을 지나는 수평축에 대한 단면 2차 모멘트 Ix을(를) 구하시오.
b = 120 mmh = 300 mm절취부: 30 × 40 mm구멍 중심: y = 105 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
3용액
1.벡터: 내적과 외적
답: θ = 21.12 °
내적:a·b = axbx + ayby + azbz = |a|·|b|·cos θ는 스칼라입니다. 두 벡터 사이의 각도를 cos θ = a·b/(|a|·|b|)로 구할 수 있고, 두 벡터가 수직이면 0입니다. a를 b 위에 투영한 스칼라 투영은 a·b/|b|이며, 일정한 힘 F가 변위 d만큼 움직이는 동안 한 일은 W = F·d입니다.
내적
a·b = 0·(−1) + (−4)·(−6) + (−1)·(−4) = 28
크기들
|a| = √(0² + (−4)² + (−1)²) = 4.123
|b| = √((−1)² + (−6)² + (−4)²) = 7.28
위상각
cos θ = 28/(4.123·7.28) = 0.9328
θ = arccos(0.9328) = 21.12°
답
θ = 21.12°
2.벡터: 내적과 외적
답: A = 13.42
외적:a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx)는 두 벡터에 모두 수직이고, |a × b| = |a|·|b|·sin θ는 두 벡터가 만드는 평행사변형의 넓이입니다(삼각형은 그 절반). 순서가 중요합니다: b × a = −(a × b). 점 A에 작용하는 힘 F의 점 O에 대한 모멘트는 MO = r × F이며, r = A − O입니다.
프레임과 기계: 트러스와 달리 프레임에는 두 곳보다 많은 지점에서 힘을 받거나 두 핀 사이에 하중을 받는 부재가 적어도 하나 있습니다. 먼저 2력 부재를 찾으세요: 두 핀에서만 하중을 받는 부재는 그 힘이 두 핀을 잇는 직선을 따르므로 미지수가 둘이 아니라 하나만 늘어납니다. 그다음 미지수가 3개 이하이면 구조 전체로 지점 반력을 구합니다. 마지막으로 프레임을 분해합니다: 각 부재를 따로 그리고, 연결된 두 부재에서 크기가 같고 방향이 반대인 핀 힘을 그린 뒤 ΣFx = 0, ΣFy = 0, ΣM = 0을 씁니다. 핀에 대해 모멘트를 취하면 그 핀 힘의 두 성분이 모두 식에서 사라집니다.
2력 부재 BC
BC = √(4.4² + 3²) = 5.325 m
프레임 전체: A에 대한 모멘트
지면은 C에서 CB를 따라 BC를 밉니다. 그 수평 성분은 A를 지나므로 수직 성분만 모멘트를 가집니다.
FBC·(3/5.325)·8 = 4·1.8
FBC = 1.598 kN (압축)
답
FBC = 1.598 kN
8.프레임과 기계
답: T = 11.67 kN
프레임과 기계: 트러스와 달리 프레임에는 두 곳보다 많은 지점에서 힘을 받거나 두 핀 사이에 하중을 받는 부재가 적어도 하나 있습니다. 먼저 2력 부재를 찾으세요: 두 핀에서만 하중을 받는 부재는 그 힘이 두 핀을 잇는 직선을 따르므로 미지수가 둘이 아니라 하나만 늘어납니다. 그다음 미지수가 3개 이하이면 구조 전체로 지점 반력을 구합니다. 마지막으로 프레임을 분해합니다: 각 부재를 따로 그리고, 연결된 두 부재에서 크기가 같고 방향이 반대인 핀 힘을 그린 뒤 ΣFx = 0, ΣFy = 0, ΣM = 0을 씁니다. 핀에 대해 모멘트를 취하면 그 핀 힘의 두 성분이 모두 식에서 사라집니다.
케이블 각도
BC = √(2.5² + 2.5²) = 3.536 m, sin β = 0.7071
A에 대한 모멘트
T·0.7071·2.5 = 8·2.5 + 0.5·1.25
T = 11.67 kN
답
T = 11.67 kN
9.전단력과 휨 모멘트
답: D (x = 6 m)
가장 큰 굽힘 모멘트: M은 전단력이 바뀌는 곳마다 기울기가 바뀌므로, 그 최댓값은 전단력이 0을 지나는 곳에 있습니다: 집중 하중 아래, 분포 하중 안, 또는 내민 보의 지점 위. 캔틸레버의 고정 지점에서는 모멘트가 벽에서 가장 큽니다. 그곳들의 M의 크기를 비교하세요, 정(+)이든 부(−)이든.
지점 반력
한 지점에 대해 모멘트를 취한 다음 수직 힘의 평형을 쓰세요.
R1 = 30.83 kN, R2 = 39.17 kN
모든 표시점에서의 굽힘 모멘트
절단면 한쪽의 모든 힘의 모멘트를 합하세요. 정(+)굽힘이 양수, 부(−)굽힘이 음수입니다.
MA = 0, MB = 61.67, MC = 123.3, MD = 185 kN·m, ME = 156.7, MF = 78.33, MG = 0
답
표시점 D: MD = 185 kN·m
10.전단력과 휨 모멘트
답: E (x = 4 m)
가장 큰 굽힘 모멘트: M은 전단력이 바뀌는 곳마다 기울기가 바뀌므로, 그 최댓값은 전단력이 0을 지나는 곳에 있습니다: 집중 하중 아래, 분포 하중 안, 또는 내민 보의 지점 위. 캔틸레버의 고정 지점에서는 모멘트가 벽에서 가장 큽니다. 그곳들의 M의 크기를 비교하세요, 정(+)이든 부(−)이든.
지점 반력
한 지점에 대해 모멘트를 취한 다음 수직 힘의 평형을 쓰세요.
R1 = 3.333 kN, R2 = 86.67 kN
모든 표시점에서의 굽힘 모멘트
절단면 한쪽의 모든 힘의 모멘트를 합하세요. 정(+)굽힘이 양수, 부(−)굽힘이 음수입니다.
MA = 0, MB = −15, MC = −26.67, MD = −63.33, ME = −100 kN·m, MF = −50, MG = 0
답
표시점 E: ME = −100 kN·m
11.도심과 단면 2차 모멘트
답: ȳ = 17.5 mm
조합 단면: 단면을 직사각형으로 나눕니다. 도심은 면적 가중 평균 ȳ = ΣAᵢyᵢ/ΣAᵢ입니다. 도심축에 대한 단면 2차 모멘트는 각 부분의 bh³/12와 평행축 항 A·d²(d는 부분 도심과 전체 도심 사이 거리)를 더한 값입니다. 휨 응력은 σ = M·y/I.
직사각형으로 나누기
밑판은 전체 폭으로, 두 다리는 그 위의 높이(h − t)로 잡으면 중복 계산이 없습니다.
기제: A1 = 140·10 = 1400 mm², y1 = 5 mm
두 다리: A2 = 2·10·50 = 1000 mm², y2 = 10 + 50/2 = 35 mm
도심
ȳ = (1400·5 + 1000·35)/2400 = 17.5 mm
답
ȳ = 17.5 mm
12.도심과 단면 2차 모멘트
답: Ix = 267.3 × 10⁶ mm⁴
구멍이 있는 단면: 구멍은 음의 넓이로 취급합니다. 도심은 ȳ = (A₁y₁ − A₂y₂)/(A₁ − A₂)이며, A₁, y₁은 구멍이 없는 전체 판, A₂, y₂는 구멍의 값입니다. 도심축에 대한 단면 2차 모멘트는 각 부분에 평행축 정리를 쓰고 구멍을 뺍니다: I = (Ic1 + A₁d₁²) − (Ic2 + A₂d₂²). 여기서 d는 각 부분 자신의 도심에서 ȳ를 지나는 축까지의 거리입니다. 직사각형은 Ic = bh³/12, 원은 Ic = πd⁴/64입니다.
도심
ȳ = (36000·150 − 1200·105)/(36000 − 1200) = 151.6 mm