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
Nubraižykite laisvojo kūno diagramą ir kiekvieną atramą pakeiskite jos reakcijomis.
Kiekvieną išskirstytąją apkrovą pakeiskite viena jėga, veikiančia jos svorio centre.
Momentų lygtį užrašykite vienos atramos atžvilgiu ir raskite kitos atramos reakciją.
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
Raskite visos santvaros atramų reakcijas.
Mazgų metodas: pradėkite nuo mazgo, kuriame ne daugiau kaip dvi nežinomos strypų jėgos, ir naudokite ΣFx = 0 ir ΣFy = 0.
Pjūvių metodas: perpjaukite per reikiamą strypą ir užrašykite momentų lygtį taško, kuriame susikerta kiti nežinomi strypai, atžvilgiu.
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
Nubraižykite visą konstrukciją ir raskite atramų reakcijas, jei nežinomųjų ne daugiau kaip trys.
Raskite dviejų jėgų strypus: apkrauti tik dviejuose šarnyruose, jų jėga veikia tiese tarp tų šarnyrų.
Išardykite rėmą ir nubraižykite kiekvieną strypą atskirai; kur strypai susijungia, šarnyrų jėgos vienodo didumo ir priešingos krypties.
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
Atramų reakcijas raskite iš visos sijos pusiausvyros.
Perpjaukite siją reikiamame pjūvyje ir palikite vieną pusę.
Skersinė jėga: tos pusės vertikaliųjų jėgų suma. Lenkimo momentas: jų momentų pjūvio atžvilgiu suma.
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
Raskite vektoriaus a = (−4, −2, 7) skaliarinę projekciją compb a į b = (−2, 3, −5), t. y. a komponentę b kryptimi.
a = (−4, −2, 7)b = (−2, 3, −5)
compb a =
2.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandaugaSunkus
Raskite trikampio, kurio viršūnės A(−1, 0, −2), B(−1, 2, 1) ir C(−4, 2, 1), plotą A. Koordinatės pateiktos metrais.
A(−1, 0, −2)B(−1, 2, 1)C(−4, 2, 1)
A = m²
3.Sijų atramų reakcijosVidutinis
Laisvai atremta sija turi šarnyrinę atramą A ir ritininę atramą B. Raskite vertikaliąją atramos reakciją RB.
L = 8 mP1 = 60 kN ties 2 mP2 = 15 kN ties 5 m
RB = kN
4.Sijų atramų reakcijosSunkus
Sudėtinė sija taške A įtvirtinta sienoje, turi vidinį šarnyrą C (4 m nuo A) ir remiasi į ritininę atramą D (8 m nuo A). Ją veikia sutelktoji jėga P, esanti 6 m atstumu nuo A, tolygiai išskirstyta apkrova w visoje dalyje CD. Raskite ritininės atramos reakciją RD.
AC = 4 mAD = 8 mP = 15 kN ties 6 mw = 2 kN/m nuo 4 iki 8 m
tarpatramis = 8 maukštis = 2 mB yra 5 m nuo Avertikalioji apkrova = 40 kNhorizontalioji apkrova = 5 kN ←
FAC = kN
7.Rėmai ir mechanizmaiVidutinis
Parodytas A formos rėmas stovi ant šarnyrinės atramos A ir ritininės atramos B, nutolusių 3,2 m. Kojos susitinka šarnyre C, 2,5 m aukštyje, o horizontalus ryšys DE yra 1,5 m virš žemės. Taške C veikia 2 kN apkrova. Raskite jėgos C, kuria šarnyras C veikia koją BC, didumą.
P = 2 kNAB = 3,2 mC aukštis = 2,5 mDE aukštis = 1,5 m
C = kN
8.Rėmai ir mechanizmaiSunkus
Parodytas A formos rėmas stovi ant šarnyrinės atramos A ir ritininės atramos B, nutolusių 5 m. Kojos susitinka šarnyre C, 3,6 m aukštyje, ir sujungtos horizontaliu strypu DE 1 m aukštyje. Taške C į dešinę veikia horizontali 15 kN jėga. Raskite ryšio tempimo jėgą T.
P = 15 kNAB = 5 mC aukštis = 3,6 mDE aukštis = 1 m
T = kN
9.Skersinė jėga ir lenkimo momentasVidutinis
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 skersinę jėgą Vx iš karto kairiau atramos B. Teigiamais laikykite momentus, tempiančius apatinius sluoksnius, ir aukštyn nukreiptą skersinę jėgą kairiajame paviršiuje.
L = 6,5 mP1 = 40 kN ties 1 mP2 = 35 kN ties 6,5 matramos ties x = 0 ir x = 5 m
Vx = kN
10.Skersinė jėga ir lenkimo momentasSunkus
Žymės nuo A iki G padalija siją į šešias lygias dalis. Ties kuria žyme lenkimo momentas yra didžiausias dydžiu, įlenkiantis ar išlenkiantis? Spustelėkite ją diagramoje.
45 kN @ 0 m35 kN @ 6 m10 kN @ 3 m15 kN/m, 1–5 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.Svorio centras ir inercijos momentasVidutinis
200 mm × 240 mm plokštė turi apvalią 30 mm skersmens skylę vertikalioje simetrijos ašyje, kurios centras yra 72 mm virš apačios. Raskite ploto inercijos momentą Ix horizontaliosios ašies, einančios per svorio centrą, atžvilgiu.
b = 200 mmh = 240 mmd = 30 mmskylės centras: y = 72 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Svorio centras ir inercijos momentasSunkus
120 mm × 240 mm plokštė turi stačiakampį iškirpimą, 50 mm pločio ir 50 mm aukščio, vertikalioje simetrijos ašyje, kurio centras yra 84 mm virš apačios. Raskite ploto inercijos momentą Ix horizontaliosios ašies, einančios per svorio centrą, atžvilgiu.
b = 120 mmh = 240 mmiškirpimas: 50 × 50 mmskylės centras: y = 84 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
3Tirpalai
1.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga
Atsakymas: compb a = −5,353
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.
Skaliarinė sandauga
a·b = (−4)·(−2) + (−2)·3 + 7·(−5) = −33
b ilgis
|b| = √((−2)² + 3² + (−5)²) = 6,164
Skaliarinė projekcija
compb a = a·b/|b| = −33/6,164 = −5,353
Atsakymas
compb a = −5,353
Neigiama: a turi komponentę, nukreiptą prieš b.
2.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga
Atsakymas: A = 5,408 m²
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.
Kraštinių vektoriai
AB = B − A = (0, 2, 3)
AC = C − A = (−3, 2, 3)
Vektorinė sandauga
(AB × AC)x = AByACz − ABzACy = 2·3 − 3·2 = 0
(AB × AC)y = ABzACx − ABxACz = 3·(−3) − 0·3 = −9
(AB × AC)z = ABxACy − AByACx = 0·2 − 2·(−3) = 6
|AB × AC| = √(0² + (−9)² + 6²) = 10,82
Trikampio plotas
A = ½·10,82 = 5,408 m²
Atsakymas
A = 5,408 m²
3.Sijų atramų reakcijos
Atsakymas: RB = 24,38 kN
Statinė pusiausvyra: rimties būsenos kūnui ΣFx = 0, ΣFy = 0 ir ΣM = 0 bet kurio taško atžvilgiu. Imant momentus vienos atramos atžvilgiu, tos atramos reakcija dingsta iš lygties.
Laisvojo kūno diagrama
Atramas pakeiskite reakcijos jėgomis. Ritininė atrama duoda vieną vertikaliąją reakciją; kai apkrovos tik vertikalios, šarnyrinė atrama taip pat duoda vieną vertikaliąją reakciją.
Pusiausvyra
Momentai A atžvilgiu, teigiami prieš laikrodžio rodyklę. Tada vertikaliųjų jėgų pusiausvyra.
ΣMA = 0: RB·8 = 60·2 + 15·5
RB = 195/8 = 24,38 kN
ΣFy = 0: RA = 75 − 24,38 = 50,63 kN
Atsakymas
RB = 24,38 kN
4.Sijų atramų reakcijos
Atsakymas: RD = 11,5 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. 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.
W = 2·4 = 8 kN ties 2 m nuo C
ΣMC = 0: RD·4 = 15·2 + 8·2
RD = 11,5 kN
VC = 23 − 11,5 = 11,5 kN
Atsakymas
RD = 11,5 kN
5.Santvara: mazgų metodas
Atsakymas: FAC = 7,656 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.
Atramų reakcijos
Visos santvaros pusiausvyra. Momentai A atžvilgiu, teigiami prieš laikrodžio rodyklę.
ΣMA = 0: Cy·8 = 35·1 → Cy = 4,375 kN
ΣFy = 0: Ay = 35 − 4,375 = 30,63 kN
Mazgas C
Ritininė atrama duoda tik vertikaliąją reakciją, todėl mazge C yra tik dvi nežinomos strypų jėgos. Tarkite, kad abu tempiami.
sin γ = 4/8,062 = 0,4961, cos γ = 7/8,062 = 0,8682
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.
Atramų reakcijos
Visos santvaros pusiausvyra. Momentai A atžvilgiu, teigiami prieš laikrodžio rodyklę.
ΣMA = 0: Cy·8 = 40·5 − 5·2 → Cy = 23,75 kN
ΣFy = 0: Ay = 40 − 23,75 = 16,25 kN
ΣFx = 0: Ax = 5 kN
Mazgas C
Ritininė atrama duoda tik vertikaliąją reakciją, todėl mazge C yra tik dvi nežinomos strypų jėgos. Tarkite, kad abu tempiami.
sin γ = 2/3,606 = 0,5547, cos γ = 3/3,606 = 0,8321
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.
Ryšio jėga iš kojos BC
By = 1 kN
T = 1·1,6/1 = 1,6 kN
Šarnyro jėgos komponentės, veikiančios BC
Cx = T = 1,6 kN, Cy = −By = −1 kN
Modulis
C = √(1,6² + 1²) = 1,887 kN
Atsakymas
C = 1,887 kN
8.Rėmai ir mechanizmai
Atsakymas: T = 10,38 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.
Visas rėmas: momentai taško A atžvilgiu
By·5 = 15·3,6
By = 10,8 kN
Koja BC: momentai taško C atžvilgiu
10,8·2,5 = T·2,6
T = 10,38 kN
Atsakymas
T = 10,38 kN
Teigiamas T reiškia, kad ryšys tempiamas, kaip ir buvo daroma prielaida.
9.Skersinė jėga ir lenkimo momentas
Atsakymas: Vx = −18,5 kN
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·5 = 40·1 + 35·6,5
RB = 267,5/5 = 53,5 kN
ΣFy = 0: RA = 75 − 53,5 = 21,5 kN
Pjūvis iš karto kairiau B, paliekama kairioji dalis
Vx = RA − P1 = 21,5 − 40 = −18,5 kN
Atsakymas
Vx = −18,5 kN
10.Skersinė jėga ir lenkimo momentas
Atsakymas: B (x = 1 m)
Didžiausias lenkimo momentas: M nuolydis keičiasi ten, kur keičiasi skersinė jėga, todėl jo viršūnės yra ten, kur skersinė jėga kerta nulį: po koncentruota apkrova, paskirstytos apkrovos viduje arba virš gembės atramos. Įtvirtintoje gembės atramoje momentas didžiausias prie sienos. Palyginkite M dydį tose vietose, įlenkiantį ar išlenkiantį.
Atramų reakcijos
Paimkite momentus apie vieną atramą, tada naudokite vertikalių jėgų balansą.
R1 = 82,5 kN, R2 = 67,5 kN
Lenkimo momentas ties kiekviena žyme
Susumuokite visų vienoje pjūvio pusėje esančių jėgų momentus. Įlenkiantis teigiamas, išlenkiantis neigiamas.
MA = 0, MB = −45 kN·m, MC = −15, MD = 0, ME = −10, MF = −35, MG = 0
Atsakymas
Žymė B: MB = −45 kN·m
11.Svorio centras ir inercijos momentas
Atsakymas: Ix = 228,7 × 10⁶ mm⁴
Pjūviai su skylėmis: skylę traktuokite kaip neigiamą plotą. Svorio centras yra ȳ = (A₁y₁ − A₂y₂)/(A₁ − A₂), kai A₁, y₁ – pilnos plokštės, o A₂, y₂ – skylės. Ploto inercijos momentui centrinės ašies atžvilgiu kiekvienai daliai taikykite lygiagrečiųjų ašių (Šteinerio) teoremą ir skylę atimkite: I = (Ic1 + A₁d₁²) − (Ic2 + A₂d₂²), kur d yra atstumas nuo kiekvienos dalies savojo svorio centro iki ašies, einančios per ȳ. Stačiakampio Ic = bh³/12, o skritulio Ic = πd⁴/64.
Svorio centras
ȳ = (48000·120 − 706,9·72)/(48000 − 706,9) = 120,7 mm
Pilna plokštė ȳ atžvilgiu
200·240³/12 + 48000·−0,7174² = 230,4 × 10⁶ mm⁴
Skylė ȳ atžvilgiu
π·30⁴/64 + 706,9·−48,72² = 1,717 × 10⁶ mm⁴
Atimkite
Ix = 228,7 × 10⁶ mm⁴
Atsakymas
Ix = 228,7 × 10⁶ mm⁴
12.Svorio centras ir inercijos momentas
Atsakymas: Ix = 134,2 × 10⁶ mm⁴
Pjūviai su skylėmis: skylę traktuokite kaip neigiamą plotą. Svorio centras yra ȳ = (A₁y₁ − A₂y₂)/(A₁ − A₂), kai A₁, y₁ – pilnos plokštės, o A₂, y₂ – skylės. Ploto inercijos momentui centrinės ašies atžvilgiu kiekvienai daliai taikykite lygiagrečiųjų ašių (Šteinerio) teoremą ir skylę atimkite: I = (Ic1 + A₁d₁²) − (Ic2 + A₂d₂²), kur d yra atstumas nuo kiekvienos dalies savojo svorio centro iki ašies, einančios per ȳ. Stačiakampio Ic = bh³/12, o skritulio Ic = πd⁴/64.
Svorio centras
ȳ = (28800·120 − 2500·84)/(28800 − 2500) = 123,4 mm