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 vektoriaus a = (−3, −7, 3) skaliarinę projekciją compb a į b = (−5, 6, −2), t. y. a komponentę b kryptimi.

a = (−3, −7, 3)b = (−5, 6, −2)
compb a =
2.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandaugaSunkus
xyzabc

Raskite gretasienio, kurio briaunos iš vienos viršūnės yra a = (2, 3, −3), b = (1, 1, −1) ir c = (4, −4, −3), tūrį V.

a = (2, 3, −3)b = (1, 1, −1)c = (4, −4, −3)
V =
3.Sijų atramų reakcijosVidutinis
P1​ = 15 kNP2​ = 20 kNABRA​RB​ = ?1,5 m0,5 m4 m

Laisvai atremta sija turi šarnyrinę atramą A ir ritininę atramą B. Raskite vertikaliąją atramos reakciją RB.

L = 6 mP1 = 15 kN ties 1,5 mP2 = 20 kN ties 2 m
RB = kN
4.Sijų atramų reakcijosSunkus
w = 8 kN/mP = 60 kNABRA​ = ?RB​2 m1 m1 m1 m

Laisvai atremta sija turi šarnyrinę atramą A ir ritininę atramą B. Raskite vertikaliąją atramos reakciją RA.

L = 5 mP = 60 kN ties 3 mw = 8 kN/m nuo 2 iki 4 m
RA = kN
5.Santvara: mazgų metodasVidutinis
ABBCACACB40 kN5 m3 m3 m

Mazgų metodu raskite jėgą FAB strype AB. Tempimą nurodykite teigiamu, gniuždymą – neigiamu.

tarpatramis = 5 maukštis = 3 mB yra 3 m nuo Avertikalioji apkrova = 40 kN
FAB = kN
6.Santvara: mazgų metodasSunkus
ABBCACACB10 kN15 kN8 m1 m3 m

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

tarpatramis = 8 maukštis = 3 mB yra 1 m nuo Avertikalioji apkrova = 10 kNhorizontalioji apkrova = 15 kN ←
FAC = kN
7.Rėmai ir mechanizmaiVidutinis
2 kN1,5 m1 m0,6 mABCD

Horizontali sija AB šarnyru pritvirtinta prie sienos taške A ir paremta atspara CD, šarnyru pritvirtinta prie sienos taške C, 0,6 m žemiau A. Taške B kabo 2 kN apkrova. Svorių nepaisykite. Raskite šarnyro jėgos, veikiančios siją taške A, didumą A.

P = 2 kNAD = 1,5 mAB = 2,5 mAC = 0,6 m
A = kN
8.Rėmai ir mechanizmaiSunkus
w = 5 kN/m4 kN1,2 m1,2 m1 mABCD

Parodyto sieninio kronšteino sija AB šarnyru pritvirtinta taške A ir paremta atspara CD (C yra 1 m žemiau A). Sija per visą ilgį apkrauta tolygiąja 5 kN/m apkrova, o laisvajame gale B – 4 kN taškine apkrova. Raskite jėgą FCD atsparoje.

w = 5 kN/mP = 4 kNAD = 1,2 mAB = 2,4 mAC = 1 m
FCD = kN
9.Skersinė jėga ir lenkimo momentasVidutinis
P1​ = 70 kNP2​ = 35 kNAB1,5 m1,5 m2 m

Laisvai atremta sija apkrauta dviem sutelktosiomis jėgomis. Raskite didžiausią sijos lenkimo momentą Mmax.

L = 5 mP1 = 70 kN ties 1,5 mP2 = 35 kN ties 3 m
Mmax = kN·m
10.Skersinė jėga ir lenkimo momentasSunkus
6 kN/m60 kN40 kNABCDEFG1 m1 m1 m1 m1 m1 m

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.

60 kN @ 6 m40 kN @ 2 m6 kN/m, 0–4 m
  1. 1A (x = 0 m)
  2. 2B (x = 1 m)
  3. 3C (x = 2 m)
  4. 4D (x = 3 m)
  5. 5E (x = 4 m)
  6. 6F (x = 5 m)
  7. 7G (x = 6 m)
11.Svorio centras ir inercijos momentasVidutinis
120400188xmatmenys mm

Simetriško dvitėjo skerspjūvio lentynos yra 120 mm pločio ir 18 mm storio, bendrasis aukštis 400 mm, o sienelės storis 8 mm. Raskite jo inercijos momentą Ix horizontaliosios centrinės ašies x atžvilgiu.

B = 120 mmH = 400 mmtf = 18 mmtw = 8 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Svorio centras ir inercijos momentasSunkus
1604201210xM = 150 kN·mmatmenys mm

Simetriško dvitėjo skerspjūvio lentynos yra 160 mm pločio ir 12 mm storio, bendrasis aukštis 420 mm, o sienelės storis 10 mm. Jį veikia 150 kN·m lenkimo momentas ašies x atžvilgiu. Raskite didžiausio lenkimo įtempio didumą σmax skerspjūvyje.

B = 160 mmH = 420 mmtf = 12 mmtw = 10 mmM = 150 kN·m
σmax = MPa

3Tirpalai

1.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: compb a = −4,093

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 = (−3)·(−5) + (−7)·6 + 3·(−2) = −33

b ilgis

|b| = √((−5)² + 6² + (−2)²) = 8,062

Skaliarinė projekcija

compb a = a·b/|b| = −33/8,062 = −4,093

Atsakymas

compb a = −4,093

Neigiama: a turi komponentę, nukreiptą prieš b.

2.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: V = 7

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 b × c

(b × c)x = bycz − bzcy = 1·(−3) − (−1)·(−4) = −7
(b × c)y = bzcx − bxcz = (−1)·4 − 1·(−3) = −1
(b × c)z = bxcy − bycx = 1·(−4) − 1·4 = −8

Skaliarinė sandauga su a

a·(b × c) = 2·(−7) + 3·(−1) + (−3)·(−8) = 7
V = |7| = 7

Atsakymas

V = 7
3.Sijų atramų reakcijos

Atsakymas: RB = 10,42 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.

P1​ = 15 kNP2​ = 20 kNABRA​RB​1,5 m0,5 m4 m

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·6 = 15·1,5 + 20·2
RB = 62,5/6 = 10,42 kN
ΣFy = 0: RA = 35 − 10,42 = 24,58 kN

Atsakymas

RB = 10,42 kN
4.Sijų atramų reakcijos

Atsakymas: RA = 30,4 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.

w = 8 kN/mP = 60 kNABRA​RB​2 m1 m1 m1 m

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.

Išskirstytosios apkrovos atstojamoji: W = w·ℓ = 8·2 = 16 kN, veikianti taške x̄ = 3 m
ΣMA = 0: RB·5 = 60·3 + 8·2·3
RB = 228/5 = 45,6 kN
ΣFy = 0: RA = 76 − 45,6 = 30,4 kN

Atsakymas

RA = 30,4 kN
5.Santvara: mazgų metodas

Atsakymas: FAB = −22,63 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.

ABBCACACB40 kNAy​Cy​

Atramų reakcijos

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

ΣMA = 0: Cy·5 = 40·3 → Cy = 24 kN
ΣFy = 0: Ay = 40 − 24 = 16 kN

Mazgas A

Tarkite, kad kiekvienas strypas tempiamas (traukia nuo mazgo). Tik AB turi vertikaliąją dedamąją mazge A.

sin α = 3/4,243 = 0,7071
ΣFy = 0: Ay + FAB·sin α = 0
FAB = −16/0,7071 = −22,63 kN

Atsakymas

FAB = −22,63 kN (gniuždymas)
6.Santvara: mazgų metodas

Atsakymas: FAC = −10,21 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.

ABBCACACB10 kN15 kNAy​Cy​Ax​

Atramų reakcijos

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

ΣMA = 0: Cy·8 = 10·1 − 15·3 → Cy = −4,375 kN
ΣFy = 0: Ay = 10 − −4,375 = 14,38 kN
ΣFx = 0: Ax = 15 kN

Mazgas C

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

sin γ = 3/7,616 = 0,3939, cos γ = 7/7,616 = 0,9191
ΣFy = 0: Cy + FBC·sin γ = 0 → FBC = −−4,375/0,3939 = 11,11 kN
ΣFx = 0: −FAC − FBC·cos γ = 0 → FAC = −(11,11)·0,9191 = −10,21 kN

Atsakymas

FAC = −10,21 kN (gniuždymas)
7.Rėmai ir mechanizmai

Atsakymas: A = 8,439 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.

Atsparos jėga

FCD = 2·2,5/(0,3714·1,5) = 8,975 kN

Komponentės taške A

Ax = FCD·cos α = 8,333 kN (link sienos)
Ay = 2 − FCD·sin α = −1,333 kN

Modulis

A = √(8,333² + −1,333²) = 8,439 kN

Atsakymas

A = 8,439 kN

Neigiamas Ay reiškia, kad siena traukia siją žemyn taške A.

8.Rėmai ir mechanizmai

Atsakymas: FCD = 31,24 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.

Tolygiosios apkrovos atstojamoji

w·L = 5·2,4 = 12 kN ties 1,2 m

Sijos momentai taško A atžvilgiu

FCD·0,6402·1,2 = 12·1,2 + 4·2,4 = 24 kN·m
FCD = 31,24 kN

Atsakymas

FCD = 31,24 kN
9.Skersinė jėga ir lenkimo momentas

Atsakymas: Mmax = 94,5 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. Didžiausias momentas: kadangi dM/dx = V, lenkimo momentas didžiausias ten, kur skersinė jėga eina per nulį – sutelktosios jėgos vietoje arba išskirstytosios apkrovos ruože.

Atramų reakcijos

Visos sijos pusiausvyra.

ΣMA = 0: RB·5 = 70·1,5 + 35·3
RB = 210/5 = 42 kN
ΣFy = 0: RA = 105 − 42 = 63 kN

Momentas po kiekviena apkrova

Palikite dalį kairiau kiekvienos apkrovos.

po P1: M = RA·1,5 = 63·1,5 = 94,5 kN·m
po P2: M = RB·2 = 42·2 = 84 kN·m

Didžiausia reikšmė

Mmax = 94,5 kN·m (po P1)

Atsakymas

Mmax = 94,5 kN·m
10.Skersinė jėga ir lenkimo momentas

Atsakymas: E (x = 4 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 = 2 kN, R2 = 122 kN

Lenkimo momentas ties kiekviena žyme

Susumuokite visų vienoje pjūvio pusėje esančių jėgų momentus. Įlenkiantis teigiamas, išlenkiantis neigiamas.

MA = 0, MB = −1, MC = −8, MD = −61, ME = −120 kN·m, MF = −60, MG = 0

Atsakymas

Žymė E: ME = −120 kN·m
11.Svorio centras ir inercijos momentas

Atsakymas: Ix = 189,9 × 10⁶ mm⁴

Inercijos momentas: stačiakampio inercijos momentas jo centrinės ašies atžvilgiu I = bh³/12, o pagrindo atžvilgiu bh³/3 (Šteinerio teorema I = Ic + A·d²). Angą įskaitykite atimdami jos I, jei abi dalys turi tą pačią ašį. Tamprusis atsparumo momentas S = I/c, kur c – atstumas iki kraštinio sluoksnio.

Išorinis stačiakampis atėmus dvi šonines išpjovas

Abi išpjovos kartu yra (B − tw) pločio ir hw = H − 2tf aukščio, o jų ašis ta pati – x.

hw = 400 − 2·18 = 364 mm
Ix = (B·H³ − (B − tw)·hw³)/12 = (120·400³ − 112·364³)/12
Ix = 1,899 × 10⁸ mm⁴ = 189,9 × 10⁶ mm⁴

Atsakymas

Ix = 189,9 × 10⁶ mm⁴
12.Svorio centras ir inercijos momentas

Atsakymas: σmax = 148,9 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.

Išorinis stačiakampis atėmus dvi šonines išpjovas

Abi išpjovos kartu yra (B − tw) pločio ir hw = H − 2tf aukščio, o jų ašis ta pati – x.

hw = 420 − 2·12 = 396 mm
Ix = (B·H³ − (B − tw)·hw³)/12 = (160·420³ − 150·396³)/12
Ix = 2,116 × 10⁸ mm⁴

Lenkimo įtempis

y = 210 mm
σ = M·y/I = 1,5 × 10⁸·210/2,116 × 10⁸ = 148,9 MPa

Atsakymas

σmax = 148,9 MPa

ExamProblems · examproblems.com/courses/statics