Statika: pasiruošimo paketas

Formulių lapai, pagrindiniai kiekvienos temos metodų žingsniai ir 12 uždavinių, o pilni sprendimai pateikti gale.

Nauji uždaviniaiAtgal į kursą

Spausdinimo lange pasirinkite „Išsaugoti kaip PDF“, kad nuosavą kopiją išsaugotumėte savo įrenginyje.

1Formulės ir metodai

Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Modulis
|a| = √(ax² + ay² + az²)
Vienetinis vektorius
û = a/|a|
Komponentės pagal kampą
Fx = F·cos θ, Fy = F·sin θ
Skaliarinė sandauga
a·b = axbx + ayby + azbz = |a||b|cos θ
a skaliarinė projekcija į b
a·b/|b|
Darbas
W = F·d
Vektorinė sandauga
a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx)
Plotai
lygiagretainis |a × b|, trikampis ½|a × b|
Momentas taško O atžvilgiu
MO = r × F, r = A − O
Gretasienio tūris
V = |a·(b × c)|

Metodas

  1. Kiekvieną vektorių užrašykite komponentėmis; jėgai, pateiktai moduliu ir kampu, naudokite F·cos θ ir F·sin θ.
  2. Ilgiams ir kryptims naudokite modulį √(x² + y² + z²) ir vienetinį vektorių a/|a|.
  3. Skaliarinę sandaugą naudokite kampams, projekcijoms, statmenumui ir darbui: a·b = |a||b|cos θ.
  4. Vektorinę sandaugą naudokite statmeniems vektoriams, plotams ir momentams: atidžiai užrašykite tris komponentes, išlaikydami tvarką a × b.

Sijų atramų reakcijos

Pusiausvyra
ΣFx = 0, ΣFy = 0, ΣM = 0
Tolygi apkrova
atstojamoji w·L apkrovos viduryje
Momentas
M = F·d

Metodas

  1. Nubraižykite laisvojo kūno diagramą ir kiekvieną atramą pakeiskite jos reakcijomis.
  2. Kiekvieną išskirstytąją apkrovą pakeiskite viena jėga, veikiančia jos svorio centre.
  3. Momentų lygtį užrašykite vienos atramos atžvilgiu ir raskite kitos atramos reakciją.
  4. Likusiai reakcijai rasti naudokite ΣFy = 0 ir patikrinkite antrąja momentų lygtimi.

Santvara: mazgų metodas

Mazgų metodas
ΣFx = 0, ΣFy = 0 at each joint
Pjūvių metodas
ΣM = 0 about a cut point
Strypo jėga
teigiama = tempimas, neigiama = gniuždymas

Metodas

  1. Raskite visos santvaros atramų reakcijas.
  2. Mazgų metodas: pradėkite nuo mazgo, kuriame ne daugiau kaip dvi nežinomos strypų jėgos, ir naudokite ΣFx = 0 ir ΣFy = 0.
  3. Pjūvių metodas: perpjaukite per reikiamą strypą ir užrašykite momentų lygtį taško, kuriame susikerta kiti nežinomi strypai, atžvilgiu.
  4. Tarkite, kad strypas tempiamas; neigiamas atsakymas reiškia gniuždymą.

Rėmai ir mechanizmai

Kiekvieno strypo pusiausvyra
ΣFx = 0, ΣFy = 0, ΣM = 0
Dviejų jėgų strypas
jėga veikia tiese, einančia per jo du šarnyrus
Šarnyro jėga
vienodo didumo ir priešingos jėgos dviem sujungiamiems strypams
Šarnyro jėgos modulis
F = √(Fx² + Fy²)
Svertas, replės, kampinis svertas
Fin·a = Fout·b
Alkūninis mechanizmas
Flink = F/(2 sin θ), Q = F/(2 tan θ)
Tolygi apkrova
atstojamoji w·L apkrovos viduryje

Metodas

  1. Nubraižykite visą konstrukciją ir raskite atramų reakcijas, jei nežinomųjų ne daugiau kaip trys.
  2. Raskite dviejų jėgų strypus: apkrauti tik dviejuose šarnyruose, jų jėga veikia tiese tarp tų šarnyrų.
  3. Išardykite rėmą ir nubraižykite kiekvieną strypą atskirai; kur strypai susijungia, šarnyrų jėgos vienodo didumo ir priešingos krypties.
  4. Kiekvienam strypui imkite momentus šarnyro, kuriame veikia nežinomos jėgos, atžvilgiu, tada naudokite ΣFx = 0 ir ΣFy = 0; komponentes į modulį sujunkite pačioje pabaigoje.

Skersinė jėga ir lenkimo momentas

Skersinė jėga ir momentas
V = ΣF vienoje pusėje, M = ΣF·d vienoje pusėje
Lenkimo įtempis
σ = M·y/I
Stačiakampis
I = bh³/12
Atsparumo momentas
W = I/ymax
Laisvai atremta, tolygi apkrova
Mmax = wL²/8

Metodas

  1. Atramų reakcijas raskite iš visos sijos pusiausvyros.
  2. Perpjaukite siją reikiamame pjūvyje ir palikite vieną pusę.
  3. Skersinė jėga: tos pusės vertikaliųjų jėgų suma. Lenkimo momentas: jų momentų pjūvio atžvilgiu suma.
  4. Didžiausiam momentui rasti nustatykite, kur skersinė jėga lygi nuliui.

Svorio centras ir inercijos momentas

Svorio centras
ȳ = ΣAiyi/ΣAi
Stačiakampis
I = bh³/12
Šteinerio teorema
I = Ic + A·d²
Sudėtinis skerspjūvis
I = Σ(Ic,i + Aidi²)

2Uždaviniai

1.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandaugaVidutinis
xyzab

Raskite vektorių a = (−2, 0, −4) ir b = (−2, 7, −2) skaliarinę sandaugą a·b.

a = (−2, 0, −4)b = (−2, 7, −2)
a·b =
2.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandaugaSunkus
xyzab

Raskite lygiagretainio, sudaryto vektorių a = (5, 2, 1) ir b = (2, 0, −1), plotą A.

a = (5, 2, 1)b = (2, 0, −1)
A =
3.Sijų atramų reakcijosVidutinis
P = 50 kNM = 25 kN·mABRA​ = ?2,5 m1,5 m1 m

Laisvai atremta sija turi šarnyrinę atramą A ir ritininę atramą B. Ją veikia sutelktoji jėga P, esanti 4 m atstumu nuo A, ir jėgų pora M (pagal laikrodžio rodyklę), esanti 2,5 m atstumu nuo A. Raskite vertikaliąją reakciją RA, teigiama kryptimi laikydami kryptį aukštyn.

L = 5 mP = 50 kN ties 4 mM = 25 kN·m (pagal laikrodžio rodyklę) ties 2,5 m
RA = kN
4.Sijų atramų reakcijosSunkus
P = 70 kNADCRD​ = ?3,5 m1,5 m1 m

Sudėtinė sija taške A įtvirtinta sienoje, turi vidinį šarnyrą C (3,5 m nuo A) ir remiasi į ritininę atramą D (6 m nuo A). Ją veikia sutelktoji jėga P, esanti 5 m atstumu nuo A. Raskite ritininės atramos reakciją RD.

AC = 3,5 mAD = 6 mP = 70 kN ties 5 m
RD = kN
5.Santvara: mazgų metodasVidutinis
ABBCACACB25 kN6 m1 m4 m

Mazgų metodu raskite jėgą FAC strype AC. Tempimą nurodykite teigiamu, gniuždymą – neigiamu.

tarpatramis = 6 maukštis = 4 mB yra 1 m nuo Avertikalioji apkrova = 25 kN
FAC = kN
6.Santvara: mazgų metodasSunkus
ABBCACACB50 kN10 kN6 m2 m2 m

Mazgų metodu raskite jėgą FAC strype AC. Tempimą nurodykite teigiamu, gniuždymą – neigiamu.

tarpatramis = 6 maukštis = 2 mB yra 2 m nuo Avertikalioji apkrova = 50 kNhorizontalioji apkrova = 10 kN →
FAC = kN
7.Rėmai ir mechanizmaiVidutinis
OAB200 NQ100 mm100 mmFO​ = ?

Parodytas kampinis svertas sukasi apie šarnyrą O. Vertikali 200 N jėga taške A (100 mm nuo O) subalansuota horizontalia jėga taške B (100 mm virš O). Raskite šarnyro reakcijos didumą FO.

F = 200 NOA = 100 mmOB = 100 mm
FO = N
8.Rėmai ir mechanizmaiSunkus
8 kN4,8 m1 m3,5 m1,2 mABCDEK

Parodytas A formos rėmas stovi ant šarnyrinės atramos A ir ritininės atramos B, nutolusių 4,8 m, jo viršūnės šarnyras C yra 4,5 m aukštyje, o horizontalus ryšys DE – 1 m virš žemės. Vertikali 8 kN apkrova veikia koją AC taške K, 1,2 m (horizontaliai) nuo A. Raskite jėgos C, kuria šarnyras C veikia koją BC, didumą.

P = 8 kNAB = 4,8 mC aukštis = 4,5 mDE aukštis = 1 mhorizontalus atstumas nuo A iki K = 1,2 m
C = kN
9.Skersinė jėga ir lenkimo momentasVidutinis
P1​ = 75 kNP2​ = 55 kNABC2 m6 m1,5 m

Sija remiasi į šarnyrinę atramą A ir ritininę atramą B, o už B tęsiasi 1,5 m ilgio konsolė iki laisvojo galo C. Ją veikia sutelktoji jėga P1 tarp atramų ir sutelktoji jėga P2 taške C. Raskite lenkimo momentą Mx po apkrova P1. Teigiamais laikykite momentus, tempiančius apatinius sluoksnius, ir aukštyn nukreiptą skersinę jėgą kairiajame paviršiuje.

L = 9,5 mP1 = 75 kN ties 2 mP2 = 55 kN ties 9,5 matramos ties x = 0 ir x = 8 m
Mx = kN·m
10.Skersinė jėga ir lenkimo momentasSunkus
w = 6 kN/mP = 60 kNABpjūvis2 m1 m3 m

Raskite lenkimo momentą Mx pjūvyje x = 3 m nuo atramos A. Teigiamais laikykite momentus, tempiančius apatinius sluoksnius, ir aukštyn nukreiptą skersinę jėgą kairiajame paviršiuje.

L = 6 mP = 60 kN ties 2 mw = 6 kN/m nuo 0 iki 6 mx = 3 m
Mx = kN·m
11.Svorio centras ir inercijos momentasVidutinis
120130t = 14ȳ = ?matmenys mm

Lovinis skerspjūvis atvira puse į viršų: 120 mm pločio pagrindo plokštė su dviem vertikaliomis lentynomis, bendrasis aukštis 130 mm. Pagrindo ir lentynų storis vienodas – 14 mm. Raskite svorio centro aukštį ȳ virš apatinės kraštinės.

b = 120 mmh = 130 mmt = 14 mm
ȳ = mm
12.Svorio centras ir inercijos momentasSunkus
1002522010xM = 50 kN·mmatmenys mm

Tėjinis skerspjūvis naudojamas kaip sija su lentyna viršuje ir veikiamas teigiamo lenkimo momento 50 kN·m. Raskite lenkimo įtempį σapačia apatiniame krašte.

bf = 100 mmtf = 25 mmtw = 10 mmhw = 220 mmM = 50 kN·m
σapačia = MPa

3Tirpalai

1.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: a·b = 12

Dot product: a·b = axbx + ayby + azbz = |a|·|b|·cos θ, a scalar. It gives the angle between two vectors, cos θ = a·b/(|a|·|b|), and it is zero when they are perpendicular. The scalar projection of a onto b is a·b/|b|, and a constant force F moving through a displacement d does work W = F·d.

Sudauginkite atitinkamas komponentes ir sudėkite

a·b = (−2)·(−2) + 0·7 + (−4)·(−2) = 4 + 0 + 8 = 12

Atsakymas

a·b = 12

Teigiama: kampas tarp vektorių mažesnis nei 90°.

2.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: A = 8,307

Cross product: a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx) is perpendicular to both vectors, and |a × b| = |a|·|b|·sin θ is the area of the parallelogram they span (the triangle has half of it). Order matters: b × a = −(a × b). The moment of a force F applied at point A about point O is MO = r × F, with r = A − O.

Vektorinė sandauga

(a × b)x = aybz − azby = 2·(−1) − 1·0 = −2
(a × b)y = azbx − axbz = 1·2 − 5·(−1) = 7
(a × b)z = axby − aybx = 5·0 − 2·2 = −4

Plotas

A = |a × b| = √((−2)² + 7² + (−4)²) = 8,307

Atsakymas

A = 8,307
3.Sijų atramų reakcijos

Atsakymas: RA = 5 kN

Statinė pusiausvyra: rimties būsenos kūnui ΣFx = 0, ΣFy = 0 ir ΣM = 0 bet kurio taško atžvilgiu. Kiekvieną išskirstytąją apkrovą pakeiskite jos atstojamąja (diagramos plotu), veikiančia apkrovos diagramos svorio centre, ir imkite momentus atramos atžvilgiu, kad tos atramos reakcija dingtų iš lygties.

Momentai A atžvilgiu

Prieš laikrodžio rodyklę – teigiama.

ΣMA = 0: RB·5 − 50·4 − 25 = 0
RB = 225/5 = 45 kN

Vertikalioji pusiausvyra

RA = 50 − 45 = 5 kN

Atsakymas

RA = 5 kN

Neigiama reakcija nukreipta žemyn.

4.Sijų atramų reakcijos

Atsakymas: RD = 42 kN

Statinė pusiausvyra: rimties būsenos kūnui ΣFx = 0, ΣFy = 0 ir ΣM = 0 bet kurio taško atžvilgiu. Kiekvieną išskirstytąją apkrovą pakeiskite jos atstojamąja (diagramos plotu), veikiančia apkrovos diagramos svorio centre, ir imkite momentus atramos atžvilgiu, kad tos atramos reakcija dingtų iš lygties. Vidinis šarnyras negali perduoti lenkimo momento, todėl gaunama viena papildoma lygtis: bet kurios pusės jėgų momentas šarnyro atžvilgiu lygus nuliui.

Dalis CD

Šarnyre momento nėra, todėl vien dalies CD momentai taško C atžvilgiu turi būti pusiausviri.

ΣMC = 0: RD·2,5 = 70·1,5
RD = 42 kN
VC = 70 − 42 = 28 kN

Atsakymas

RD = 42 kN
5.Santvara: mazgų metodas

Atsakymas: FAC = 5,208 kN

Mazgų metodas: kiekvienas santvaros mazgas yra pusiausvyroje, todėl kiekviename mazge ΣFx = 0 ir ΣFy = 0. Pradėkite nuo mazgo, kuriame ne daugiau kaip dvi nežinomos strypų jėgos. Neigiamas rezultatas reiškia, kad strypas gniuždomas.

ABBCACACB25 kNAy​Cy​

Atramų reakcijos

Visos santvaros pusiausvyra. Momentai A atžvilgiu, teigiami prieš laikrodžio rodyklę.

ΣMA = 0: Cy·6 = 25·1 → Cy = 4,167 kN
ΣFy = 0: Ay = 25 − 4,167 = 20,83 kN

Mazgas C

Ritininė atrama duoda tik vertikaliąją reakciją, todėl mazge C yra tik dvi nežinomos strypų jėgos. Tarkite, kad abu tempiami.

sin γ = 4/6,403 = 0,6247, cos γ = 5/6,403 = 0,7809
ΣFy = 0: Cy + FBC·sin γ = 0 → FBC = −4,167/0,6247 = −6,67 kN
ΣFx = 0: −FAC − FBC·cos γ = 0 → FAC = −(−6,67)·0,7809 = 5,208 kN

Atsakymas

FAC = 5,208 kN (tempimas)
6.Santvara: mazgų metodas

Atsakymas: FAC = 40 kN

Mazgų metodas: kiekvienas santvaros mazgas yra pusiausvyroje, todėl kiekviename mazge ΣFx = 0 ir ΣFy = 0. Pradėkite nuo mazgo, kuriame ne daugiau kaip dvi nežinomos strypų jėgos. Neigiamas rezultatas reiškia, kad strypas gniuždomas.

ABBCACACB50 kN10 kNAy​Cy​Ax​

Atramų reakcijos

Visos santvaros pusiausvyra. Momentai A atžvilgiu, teigiami prieš laikrodžio rodyklę.

ΣMA = 0: Cy·6 = 50·2 + 10·2 → Cy = 20 kN
ΣFy = 0: Ay = 50 − 20 = 30 kN
ΣFx = 0: Ax = −10 kN

Mazgas C

Ritininė atrama duoda tik vertikaliąją reakciją, todėl mazge C yra tik dvi nežinomos strypų jėgos. Tarkite, kad abu tempiami.

sin γ = 2/4,472 = 0,4472, cos γ = 4/4,472 = 0,8944
ΣFy = 0: Cy + FBC·sin γ = 0 → FBC = −20/0,4472 = −44,72 kN
ΣFx = 0: −FAC − FBC·cos γ = 0 → FAC = −(−44,72)·0,8944 = 40 kN

Atsakymas

FAC = 40 kN (tempimas)
7.Rėmai ir mechanizmai

Atsakymas: FO = 282,8 N

Mechanizmai: replės, svertai, jungčių sistemos ir spaustuvai įėjimo jėgą paverčia didesne ar kitos krypties išėjimo jėga. Vieną dalį nubraižykite kaip laisvąjį kūną ir imkite momentus jos sukimosi ašies atžvilgiu: šarnyro jėga iškrenta, o Fin·a = Fout·b duoda mechaninį išlošį a/b. Šarnyro jėgą tada gaunate iš ΣF = 0 tai pačiai daliai. Alkūniniame mechanizme dvi jungtys susitinka mažu kampu θ; kiekviena jungtis yra dviejų jėgų strypas, todėl maža jėga F sandūroje sukuria dideles jungčių jėgas F/(2 sin θ) ir spaudimo jėgą F/(2 tan θ).

Jėga taške B

Q = 200·100/100 = 200 N

Šarnyro reakcija

Ox = 200 N, Oy = 200 N
FO = √(200² + 200²) = 282,8 N

Atsakymas

FO = 282,8 N
8.Rėmai ir mechanizmai

Atsakymas: C = 2,425 kN

Rėmai ir mechanizmai: skirtingai nei santvara, rėmas turi bent vieną strypą, kuris apkrautas daugiau nei dviejuose taškuose arba turi apkrovą tarp šarnyrų. Pirmiausia ieškokite dviejų jėgų strypų: strypo, apkrauto tik dviejuose šarnyruose, jėga veikia tiese per juos, todėl jis prideda vieną nežinomąjį, o ne du. Tada atramų reakcijoms naudokite visą konstrukciją, jei nežinomųjų ne daugiau kaip trys. Galiausiai išardykite rėmą: kiekvieną strypą nubraižykite atskirai, su vienodo didumo ir priešingomis šarnyrų jėgomis dviem juos jungiantiems strypams, ir užrašykite jam ΣFx = 0, ΣFy = 0 ir ΣM = 0. Imant momentus šarnyro atžvilgiu, abi to šarnyro jėgos komponentės iš lygties iškrenta.

Atramos B reakcija

By = 8·1,2/4,8 = 2 kN

Ryšio jėga

T = 2·2,4/3,5 = 1,371 kN

Šarnyro jėga, veikianti BC

Cx = 1,371 kN, Cy = −2 kN
C = √(1,371² + 2²) = 2,425 kN

Atsakymas

C = 2,425 kN
9.Skersinė jėga ir lenkimo momentas

Atsakymas: Mx = 91,88 kN·m

Pjūvių metodas: perpjaukite siją ten, kur norite rasti vidines jėgas, ir palikite vieną pusę. Skersinė jėga V atsveria tos pusės vertikaliąsias jėgas, o lenkimo momentas M – jų momentus pjūvio atžvilgiu.

Atramų reakcijos

Visos sijos pusiausvyra. Konsolės apkrova taip pat sukuria momentą taško A atžvilgiu.

ΣMA = 0: RB·8 = 75·2 + 55·9,5
RB = 672,5/8 = 84,06 kN
ΣFy = 0: RA = 130 − 84,06 = 45,94 kN

Pjūvis po P1, paliekama kairioji dalis

Mx = RA·2 = 45,94·2 = 91,88 kN·m

Atsakymas

Mx = 91,88 kN·m
10.Skersinė jėga ir lenkimo momentas

Atsakymas: Mx = 87 kN·m

Pjūvių metodas: perpjaukite siją ten, kur norite rasti vidines jėgas, ir palikite vieną pusę. Skersinė jėga V atsveria tos pusės vertikaliąsias jėgas, o lenkimo momentas M – jų momentus pjūvio atžvilgiu.

Atramų reakcijos

Visos sijos pusiausvyra.

Išskirstytosios apkrovos atstojamoji: W = w·ℓ = 6·6 = 36 kN, veikianti taške x̄ = 3 m
ΣMA = 0: RB·6 = 60·2 + 6·6·3
RB = 228/6 = 38 kN
ΣFy = 0: RA = 96 − 38 = 58 kN
w = 6 kN/mP = 60 kNABRA​ = 58RB​ = 38pjūvis2 m1 m3 m

Perpjaukite ties x = 3 m ir palikite kairiąją dalį

Įskaitomos tik jėgos kairiau pjūvio. Išskirstytosios apkrovos dalis veikia kaip viena jėga tos dalies viduryje.

M = RA·x − (kiekviena apkrova kairiau pjūvio × jos atstumas iki pjūvio)
Mx = 58·3 − 60·(3 − 2) − 6·3·1,5 = 87 kN·m

Atsakymas

Mx = 87 kN·m
11.Svorio centras ir inercijos momentas

Atsakymas: ȳ = 49,84 mm

Sudėtiniai skerspjūviai: padalykite skerspjūvį į stačiakampius. Svorio centras yra plotais svertinis vidurkis ȳ = ΣAᵢyᵢ/ΣAᵢ. Inercijos momentas centrinės ašies atžvilgiu sumuoja kiekvienos dalies nuosavą bh³/12 ir Šteinerio narį A·d², kur d – atstumas nuo dalies svorio centro iki bendro svorio centro. Lenkimo įtempis σ = M·y/I.

Padalykite į stačiakampius

Pagrindą imkite viso pločio, o dvi lentynas virš jo (aukštis h − t), kad niekas nebūtų įskaičiuota du kartus.

bazė: A1 = 120·14 = 1680 mm², y1 = 7 mm
dvi lentynos: A2 = 2·14·116 = 3248 mm², y2 = 14 + 116/2 = 72 mm

Svorio centras

ȳ = (1680·7 + 3248·72)/4928 = 49,84 mm

Atsakymas

ȳ = 49,84 mm
12.Svorio centras ir inercijos momentas

Atsakymas: σapačia = 329,7 MPa

Sudėtiniai skerspjūviai: padalykite skerspjūvį į stačiakampius. Svorio centras yra plotais svertinis vidurkis ȳ = ΣAᵢyᵢ/ΣAᵢ. Inercijos momentas centrinės ašies atžvilgiu sumuoja kiekvienos dalies nuosavą bh³/12 ir Šteinerio narį A·d², kur d – atstumas nuo dalies svorio centro iki bendro svorio centro. Lenkimo įtempis σ = M·y/I.

Padalykite į du stačiakampius

Kiekvieną y matuokite nuo apatinio krašto.

lentyna: Af = 100·25 = 2500 mm², yf = 220 + 25/2 = 232,5 mm
sienelė: Aw = 10·220 = 2200 mm², yw = 220/2 = 110 mm

Svorio centras

ȳ = (Afyf + Awyw)/(Af + Aw) = (2500·232,5 + 2200·110)/4700 = 175,2 mm

Šteinerio teorema

lentyna: 100·25³/12 + 2500·(232,5 − 175,2)² = 8,35 × 10⁶ mm⁴
sienelė: 10·220³/12 + 2200·(110 − 175,2)² = 1,821 × 10⁷ mm⁴
Ix = 8,35 × 10⁶ + 1,821 × 10⁷ = 2,656 × 10⁷ mm⁴

Lenkimo įtempis

Apatinis kraštas yra ȳ atstumu nuo ašies.

y = 175,2 mm
σ = M·y/I = 5 × 10⁷·175,2/2,656 × 10⁷ = 329,7 MPa

Atsakymas

σapačia = 329,7 MPa

ExamProblems · examproblems.com/courses/statics