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
xyzdFAB

Pastovi jėga F = (−25, −25, 25) N veikia kūną, kuris tiesiai juda iš taško A(2, 5, 2) į tašką B(1, −3, 4). Koordinatės pateiktos metrais. Raskite jėgos atliktą darbą W.

F = (−25, −25, 25) NA(2, 5, 2) mB(1, −3, 4) m
W = J
2.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandaugaSunkus
xyzab

Raskite lygiagretainio, sudaryto vektorių a = (4, −4, 3) ir b = (−5, 3, 4), plotą A.

a = (4, −4, 3)b = (−5, 3, 4)
A =
3.Sijų atramų reakcijosVidutinis
w = 12 kN/mP = 20 kNABMA​ = ?3 m7 m

Gembinė sija taške A įtvirtinta sienoje. Ją visu ilgiu veikia tolygiai išskirstyta apkrova w ir sutelktoji jėga P, esanti 3 m atstumu nuo sienos. Raskite reakcijos momento sienoje didumą MA.

L = 10 mP = 20 kN ties 3 mw = 12 kN/m nuo 0 iki 10 m
MA = kN·m
4.Sijų atramų reakcijosSunkus
w = 4 kN/mP = 15 kNABRA​ = ?RB​3 m2 m

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

L = 5 mP = 15 kN ties 3 mw = 4 kN/m nuo 3 iki 5 m
RA = kN
5.Santvara: mazgų metodasVidutinis
ABCDEFGH40 kN35 kN20 kN4 × 3 m4 m

Tiksliai vienas šios santvaros elementas neneša jėgos esant šioms apkrovoms. Kuris yra nulinės jėgos elementas? Spustelėkite jį diagramoje.

C: 40 kN ↓D: 35 kN ↓G: 20 kN ↓
  1. 1elementas AB
  2. 2elementas BC
  3. 3elementas CD
  4. 4elementas DE
  5. 5elementas FG
  6. 6elementas GH
  7. 7elementas AF
  8. 8elementas HE
  9. 9elementas BF
  10. 10elementas CG
  11. 11elementas DH
  12. 12elementas FC
  13. 13elementas HC
6.Santvara: mazgų metodasSunkus
ABBCACACB50 kN10 kN4 m1 m3 m

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

tarpatramis = 4 maukštis = 3 mB yra 1 m nuo Avertikalioji apkrova = 50 kNhorizontalioji apkrova = 10 kN →
FAB = kN
7.Rėmai ir mechanizmaiVidutinis
OAB200 NQ240 mm75 mmFO​ = ?

Parodytas kampinis svertas sukasi apie šarnyrą O. Vertikali 200 N jėga taške A (240 mm nuo O) subalansuota horizontalia jėga taške B (75 mm virš O). Raskite šarnyro reakcijos didumą FO.

F = 200 NOA = 240 mmOB = 75 mm
FO = N
8.Rėmai ir mechanizmaiSunkus
F = ?2500 N12 mmABC

Alkūninio preso dvi vienodos jungtys AB ir BC yra po 120 mm ilgio tarp šarnyrų. Šarnyras B yra 12 mm virš tiesės AC. Kokia žemyn nukreipta jėga F taške B sukuria 2500 N horizontalią spaudimo jėgą ties slankikliu C? Nepaisykite trinties ir svorių.

Q = 2500 NAB = BC = 120 mmh = 12 mm
F = N
9.Skersinė jėga ir lenkimo momentasVidutinis
8 kN/m55 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.

55 kN @ 3 m8 kN/m, 0–6 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)
10.Skersinė jėga ir lenkimo momentasSunkus
w = 5 kN/mABC6 m2,5 m

Sija remiasi į šarnyrinę atramą A ir ritininę atramą B, o už B tęsiasi 2,5 m ilgio konsolė iki laisvojo galo C. Visą ilgį A–C veikia tolygiai išskirstyta apkrova w. Raskite didžiausią teigiamą lenkimo momentą Mmax tarp atramų.

L = 8,5 mw = 5 kN/m nuo 0 iki 8,5 matramos ties x = 0 ir x = 6 m
Mmax = kN·m
11.Svorio centras ir inercijos momentasVidutinis
130420226xmatmenys mm

Simetriško dvitėjo skerspjūvio lentynos yra 130 mm pločio ir 22 mm storio, bendrasis aukštis 420 mm, o sienelės storis 6 mm. Raskite jo inercijos momentą Ix horizontaliosios centrinės ašies x atžvilgiu.

B = 130 mmH = 420 mmtf = 22 mmtw = 6 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Svorio centras ir inercijos momentasSunkus
120 mm240 mm84 mm60 × 30xIx​ = ?

120 mm × 240 mm plokštė turi stačiakampį iškirpimą, 60 mm pločio ir 30 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: 60 × 30 mmskylės centras: y = 84 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴

3Tirpalai

1.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: W = 275 J

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.

Poslinkis

d = B − A = (1, −3, 4) − (2, 5, 2) = (−1, −8, 2) m

Darbas

W = F·d = (−25)·(−1) + (−25)·(−8) + 25·2 = 275 J

Atsakymas

W = 275 J
2.Vektoriai: skaliarinė ir vektorinė sandauga

Atsakymas: A = 40,62

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 = (−4)·4 − 3·3 = −25
(a × b)y = azbx − axbz = 3·(−5) − 4·4 = −31
(a × b)z = axby − aybx = 4·3 − (−4)·(−5) = −8

Plotas

A = |a × b| = √((−25)² + (−31)² + (−8)²) = 40,62

Atsakymas

A = 40,62
3.Sijų atramų reakcijos

Atsakymas: MA = 660 kN·m

Gembės pusiausvyra: įtvirtinimas gali stumti aukštyn ir priešintis posūkiui, todėl jame atsiranda vertikalioji reakcija RA ir reakcijos momentas MA. ΣFy = 0 duoda RA, o momentai sienos atžvilgiu duoda MA = Σ(apkrova × atstumas nuo sienos). Išskirstytoji apkrova veikia kaip jos atstojamoji apkrovos diagramos svorio centre.

Išskirstytosios apkrovos atstojamoji

W = 12·10 = 120 kN, x̄ = 5 m

Momentas sienos atžvilgiu

MA = P·a + W·x̄ = 20·3 + 120·5 = 660 kN·m

Atsakymas

MA = 660 kN·m
4.Sijų atramų reakcijos

Atsakymas: RA = 7,6 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 = 4 kN/mP = 15 kNABRA​RB​3 m2 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 = 4·2 = 8 kN, veikianti taške x̄ = 4 m
ΣMA = 0: RB·5 = 15·3 + 4·2·4
RB = 77/5 = 15,4 kN
ΣFy = 0: RA = 23 − 15,4 = 7,6 kN

Atsakymas

RA = 7,6 kN
5.Santvara: mazgų metodas

Atsakymas: elementas BF

Nulinės jėgos elementai: mazge jėgos turi atsvirti visomis kryptimis. Jei mazgas neturi apkrovos ir atramos, o du iš trijų jo elementų yra vienoje linijoje, tai pusiausvyra skersai tos linijos apima tik trečiąjį elementą, todėl jo jėga lygi nuliui. Jei neapkrautame mazge susitinka tik du elementai ir jie nėra vienoje linijoje, abu yra nulis.

Mazgas B

AB ir BC yra vienoje tiesėje, o mazgas neapkrautas. Subalansavus jėgas skersai tos linijos lieka tik BF.

ΣF⊥ = 0 → FBF = 0

Patikrinkite mazgų metodu

Išsprendus visus mazgus gaunamos šios elementų jėgos (T = tempimas, C = gniuždymas).

AB: 29,06 kN (T), BC: 29,06 kN (T), CD: 42,19 kN (T), DE: 42,19 kN (T), FG: 58,13 kN (C), GH: 58,13 kN (C), AF: 48,44 kN (C), HE: 70,31 kN (C), BF: 0, CG: 20 kN (C), DH: 35 kN (T), FC: 48,44 kN (T), HC: 26,56 kN (T)

Atsakymas

Nulinės jėgos elementas: BF
6.Santvara: mazgų metodas

Atsakymas: FAB = −31,62 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·4 = 50·1 + 10·3 → Cy = 20 kN
ΣFy = 0: Ay = 50 − 20 = 30 kN
ΣFx = 0: Ax = −10 kN

Mazgas A

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

sin α = 3/3,162 = 0,9487
ΣFy = 0: Ay + FAB·sin α = 0
FAB = −30/0,9487 = −31,62 kN

Atsakymas

FAB = −31,62 kN (gniuždymas)
7.Rėmai ir mechanizmai

Atsakymas: FO = 670,5 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 = 200·240/75 = 640 N

Šarnyro reakcija

Ox = 640 N, Oy = 200 N
FO = √(640² + 200²) = 670,5 N

Atsakymas

FO = 670,5 N
8.Rėmai ir mechanizmai

Atsakymas: F = 502,5 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).

Jungties kampas

sin θ = 12/120 = 0,1, θ = 5,739°

Jungties jėga

Flink = Q/cos θ = 2513 N

Jėga taške B

F = 2·Flink·sin θ = 2·2500·tan θ = 502,5 N

Atsakymas

F = 502,5 N
9.Skersinė jėga ir lenkimo momentas

Atsakymas: D (x = 3 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 = 51,5 kN, R2 = 51,5 kN

Lenkimo momentas ties kiekviena žyme

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

MA = 0, MB = 47,5, MC = 87, MD = 118,5 kN·m, ME = 87, MF = 47,5, MG = 0

Atsakymas

Žymė D: MD = 118,5 kN·m
10.Skersinė jėga ir lenkimo momentas

Atsakymas: Mmax = 15,37 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, įskaitant konsolės apkrovą.

Išskirstytosios apkrovos atstojamoji: W = w·ℓ = 5·8,5 = 42,5 kN, veikianti taške x̄ = 4,25 m
ΣMA = 0: RB·6 = 5·8,5·4,25
RB = 180,6/6 = 30,1 kN
ΣFy = 0: RA = 42,5 − 30,1 = 12,4 kN

Nulinė skersinė jėga

RA − w·x0 = 0 → x0 = 12,4/5 = 2,479 m

Didžiausias teigiamas momentas

Mmax = RA·x0 − w·x0²/2 = RA²/(2w) = 12,4²/(2·5) = 15,37 kN·m

Atsakymas

Mmax = 15,37 kN·m
11.Svorio centras ir inercijos momentas

Atsakymas: Ix = 253,3 × 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 = 420 − 2·22 = 376 mm
Ix = (B·H³ − (B − tw)·hw³)/12 = (130·420³ − 124·376³)/12
Ix = 2,533 × 10⁸ mm⁴ = 253,3 × 10⁶ mm⁴

Atsakymas

Ix = 253,3 × 10⁶ mm⁴
12.Svorio centras ir inercijos momentas

Atsakymas: Ix = 135,6 × 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 − 1800·84)/(28800 − 1800) = 122,4 mm

Pilna plokštė ȳ atžvilgiu

120·240³/12 + 28800·−2,4² = 138,4 × 10⁶ mm⁴

Skylė ȳ atžvilgiu

60·30³/12 + 1800·−38,4² = 2,789 × 10⁶ mm⁴

Atimkite

Ix = 135,6 × 10⁶ mm⁴

Atsakymas

Ix = 135,6 × 10⁶ mm⁴

ExamProblems · examproblems.com/courses/statics