Laisvai atremta sija turi šarnyrinę atramą A ir ritininę atramą B. Raskite vertikaliąją atramos reakciją RA.
L = 6 mP1 = 10 kN ties 1,5 mP2 = 15 kN ties 5 m
RA = kN
2.Sijų atramų reakcijosSunkus
Sudėtinė sija taške A įtvirtinta sienoje, turi vidinį šarnyrą C (6 m nuo A) ir remiasi į ritininę atramą D (10 m nuo A). Ją veikia sutelktoji jėga P, esanti 8 m atstumu nuo A ir sutelktoji jėga Q, esanti 5 m atstumu nuo A. Raskite reakcijos momento sienoje didumą MA.
AC = 6 mAD = 10 mP = 55 kN ties 8 mQ = 15 kN ties 5 m
MA = kN·m
3.Skersinė jėga ir lenkimo momentasVidutinis
Gembė įtvirtinta taške A. Ją visu ilgiu veikia tolygiai išskirstyta apkrova w ir sutelktoji jėga P, esanti 2 m atstumu nuo A. Raskite lenkimo momentą MA įtvirtinime A. Teigiamais laikykite momentus, tempiančius apatinius sluoksnius, ir aukštyn nukreiptą skersinę jėgą kairiajame paviršiuje.
L = 2 mP = 30 kN ties 2 mw = 3 kN/m nuo 0 iki 2 m
MA = kN·m
4.Skersinė jėga ir lenkimo momentasSunkus
Laisvai atremta sija visu tarpatramiu apkrauta tolygiai išskirstyta apkrova w ir sutelktąja jėga P. Raskite didžiausią sijos lenkimo momentą Mmax.
L = 5 mP = 35 kN ties 3 mw = 5 kN/m nuo 0 iki 5 m
Mmax = kN·m
5.Santvara: mazgų metodasVidutinis
Mazgų metodu raskite jėgą FAB strype AB. Tempimą nurodykite teigiamu, gniuždymą – neigiamu.
tarpatramis = 8 maukštis = 2 mB yra 7 m nuo Avertikalioji apkrova = 15 kN
tarpatramis = 4 maukštis = 4 mB yra 1 m nuo Avertikalioji apkrova = 50 kNhorizontalioji apkrova = 20 kN ←
FBC = kN
7.Sijos įlinkisVidutinis
Gembė visu ilgiu apkrauta tolygiai išskirstyta apkrova w, o laisvajame gale – sutelktąja jėga P. Taikydami superpoziciją, raskite laisvojo galo įlinkį δ.
P = 23 kNw = 10 kN/mL = 2 mE = 11 GPa (konstrukcinė mediena)I = 160 × 10⁶ mm⁴
δ = mm
8.Sijos įlinkisSunkus
Laisvai atremta sija apkrauta tolygiai išskirstyta apkrova w. Jos įlinkis negali viršyti tarpatramis/360. Raskite mažiausią inercijos momentą Ireq, tenkinantį šią sąlygą.
w = 12 kN/mL = 8 mE = 200 GPa (plienas)
Ireq = × 10⁶ mm⁴
9.Kolonų klupimasVidutinis
L ilgio kolona iš medžiagos (plienas) yra įtvirtinta apačioje ir šarnyriškai atremta viršuje. Pagal Oilerio formulę raskite jos kritinę klupimo jėgą Pcr.
L = 6 mE = 200 GPa (plienas)d = 60 mm
Pcr = kN
10.Kolonų klupimasSunkus
Pilnavidurė apvali L ilgio kolona iš medžiagos (aliuminis) yra įtvirtinta apačioje ir laisva viršuje. Ji turi atlaikyti 145 kN su 2,5 atsargos koeficientu klupimui. Raskite mažiausią skersmenį d.
P = 145 kNn = 2,5L = 1,5 mE = 70 GPa (aliuminis)
d = mm
3Tirpalai
1.Sijų atramų reakcijos
Atsakymas: RA = 10 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·6 = 10·1,5 + 15·5
RB = 90/6 = 15 kN
ΣFy = 0: RA = 25 − 15 = 10 kN
Atsakymas
RA = 10 kN
2.Sijų atramų reakcijos
Atsakymas: MA = 240 kN·m
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·4 = 55·2
RD = 27,5 kN
VC = 55 − 27,5 = 27,5 kN
Dalis AC
Šarnyro jėga VC dalį AC veikia žemyn (lygi ir priešinga jos poveikiui daliai CD).
RA = 15 + 27,5 = 42,5 kN
MA = 15·5 + 27,5·6 = 240 kN·m
Atsakymas
MA = 240 kN·m
3.Skersinė jėga ir lenkimo momentas
Atsakymas: MA = −66 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.
Palikite dalį su laisvuoju galu
P: −30·2 = −60 kN·m
w: −3·2²/2 = −6 kN·m
MA = −60 − 6 = −66 kN·m
Atsakymas
MA = −66 kN·m
Neigiamas reiškia neigiamą lenkimą: tempiami viršutiniai sluoksniai.
4.Skersinė jėga ir lenkimo momentas
Atsakymas: Mmax = 57 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.
Išskirstytosios apkrovos atstojamoji: W = w·ℓ = 5·5 = 25 kN, veikianti taške x̄ = 2,5 m
ΣMA = 0: RB·5 = 35·3 + 5·5·2,5
RB = 167,5/5 = 33,5 kN
ΣFy = 0: RA = 60 − 33,5 = 26,5 kN
Kur V = 0?
V(3⁻) = RA − w·3 = 11,5 kN
V(3⁺) = 11,5 − 35 = −23,5 kN
Skersinė jėga keičia ženklą ties apkrova, todėl maksimumas yra po apkrova.
Didžiausias momentas
Mmax = RA·3 − w·3²/2 = 26,5·3 − 5·3²/2 = 57 kN·m
Atsakymas
Mmax = 57 kN·m
Tai yra taške x = 3 m nuo A.
5.Santvara: mazgų metodas
Atsakymas: FAB = −6,825 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 = 15·7 → Cy = 13,13 kN
ΣFy = 0: Ay = 15 − 13,13 = 1,875 kN
Mazgas A
Tarkite, kad kiekvienas strypas tempiamas (traukia nuo mazgo). Tik AB turi vertikaliąją dedamąją mazge A.
sin α = 2/7,28 = 0,2747
ΣFy = 0: Ay + FAB·sin α = 0
FAB = −1,875/0,2747 = −6,825 kN
Atsakymas
FAB = −6,825 kN (gniuždymas)
6.Santvara: mazgų metodas
Atsakymas: FBC = 9,375 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·4 = 50·1 − 20·4 → Cy = −7,5 kN
ΣFy = 0: Ay = 50 − −7,5 = 57,5 kN
ΣFx = 0: Ax = 20 kN
Mazgas C
Ritininė atrama duoda tik vertikaliąją reakciją, todėl mazge C yra tik dvi nežinomos strypų jėgos. Tarkite, kad abu tempiami.
Sijų įlinkis: įlinkiai gaunami du kartus integruojant kreivį M/(EI). Tipiniai atvejai pateikti lentelėse, pavyzdžiui, PL³/(3EI) gembei su jėga gale ir 5wL⁴/(384EI) laisvai atremtai sijai su tolygia apkrova visame tarpatramyje. Atskirų apkrovų įlinkiai sumuojami (superpozicija).
Suderinti vienetai
Skaičiuokite N ir mm: P N, w N/mm (kN/m = N/mm), L mm, E N/mm² (GPa × 1000), I mm⁴.
P = 23000 N, w = 10 N/mm, L = 2000 mm
EI = 1,76 × 10¹² N·mm²
Kiekviena apkrova atskirai
δP = PL³/(3EI) = 23000·2000³/(3·1,76 × 10¹²) = 34,85 mm
δw = wL⁴/(8EI) = 10·2000⁴/(8·1,76 × 10¹²) = 11,36 mm
Sudėkite
δ = 34,85 + 11,36 = 46,21 mm
Atsakymas
δ = 46,21 mm
8.Sijos įlinkis
Atsakymas: Ireq = 144 × 10⁶ mm⁴
Sijų įlinkis: įlinkiai gaunami du kartus integruojant kreivį M/(EI). Tipiniai atvejai pateikti lentelėse, pavyzdžiui, PL³/(3EI) gembei su jėga gale ir 5wL⁴/(384EI) laisvai atremtai sijai su tolygia apkrova visame tarpatramyje. Atskirų apkrovų įlinkiai sumuojami (superpozicija).
Įlinkio riba
δallow = L/360 = 8000/360 = 22,22 mm
Reikiamas inercijos momentas
I = 5wL⁴/(384·E·δallow) = 5·12·8000⁴/(384·200000·22,22) = 1,44 × 10⁸ mm⁴
Ireq = 144 × 10⁶ mm⁴
Atsakymas
Ireq = 144 × 10⁶ mm⁴
9.Kolonų klupimas
Atsakymas: Pcr = 71,19 kN
Oilerio klupimas: liauna kolona netenka pastovumo, kai Pcr = π²EI/(KL)², kur KL – skaičiuojamasis ilgis: K = 1 šarnyras–šarnyras, 2 įtvirtinimas–laisvas galas, 0,7 įtvirtinimas–šarnyras ir 0,5 įtvirtinimas–įtvirtinimas. Kolona klumpa ašies su mažiausiu I atžvilgiu. Formulė galioja liaunoms kolonoms, kurių kritinis įtempis mažesnis už takumo ribą.
Mažiausias inercijos momentas
Apvalus skerspjūvis turi tą patį I bet kurios ašies atžvilgiu.
Oilerio klupimas: liauna kolona netenka pastovumo, kai Pcr = π²EI/(KL)², kur KL – skaičiuojamasis ilgis: K = 1 šarnyras–šarnyras, 2 įtvirtinimas–laisvas galas, 0,7 įtvirtinimas–šarnyras ir 0,5 įtvirtinimas–įtvirtinimas. Kolona klumpa ašies su mažiausiu I atžvilgiu. Formulė galioja liaunoms kolonoms, kurių kritinis įtempis mažesnis už takumo ribą.
Reikiama kritinė jėga
Pcr = n·P = 2,5·145000 = 362500 N
KL = 2·1500 = 3000 mm
Išreiškite skersmenį
d = (64·n·P·(KL)²/(π³E))^(1/4) = (64·362500·3000²/(π³·70000))^(1/4) = 99,04 mm
Atsakymas
d = 99,04 mm
Patikra: liaunis KL/r yra 121,2, todėl kolona liauna ir Oilerio formulė galioja.