Dalam tetingkap cetak, pilih “Simpan sebagai PDF” untuk menyimpan salinan pada peranti anda.
1Formula dan kaedah
Vektor: hasil darab titik & silang
Magnitud
|a| = √(ax² + ay² + az²)
Vektor unit
û = a/|a|
Komponen daripada sudut
Fx = F·cos θ, Fy = F·sin θ
Hasil darab titik
a·b = axbx + ayby + azbz = |a||b|cos θ
Unjuran skalar a pada b
a·b/|b|
Kerja
W = F·d
Hasil darab silang
a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx)
Luas
segi empat selari |a × b|, segi tiga ½|a × b|
Momen pada O
MO = r × F, r = A − O
Isi padu parallelepiped
V = |a·(b × c)|
Kaedah
Tulis setiap vektor dalam komponen; bagi daya yang diberikan oleh magnitud dan sudut, gunakan F·cos θ dan F·sin θ.
Untuk panjang dan arah gunakan magnitud √(x² + y² + z²) dan vektor unit a/|a|.
Gunakan hasil darab titik untuk sudut, unjuran, keserenjangan dan kerja: a·b = |a||b|cos θ.
Gunakan hasil darab silang untuk vektor berserenjang, luas dan momen: tulis ketiga-tiga komponen dengan teliti, dan kekalkan susunan a × b.
Tindak balas penyokong rasuk
Keseimbangan
ΣFx = 0, ΣFy = 0, ΣM = 0
Beban seragam
paduan w·L di tengah beban
Momen
M = F·d
Kaedah
Lukis gambar rajah jasad bebas dan gantikan setiap penyokong dengan tindak balasnya.
Gantikan setiap beban teragih dengan satu daya pada sentroidnya.
Ambil momen pada satu penyokong untuk mencari tindak balas pada penyokong yang lain.
Gunakan ΣFy = 0 untuk mencari tindak balas yang tinggal, dan semak dengan persamaan momen kedua.
Kekuda: kaedah sambungan
Kaedah sambungan
ΣFx = 0, ΣFy = 0 at each joint
Kaedah keratan
ΣM = 0 about a cut point
Daya anggota
positif = tegangan, negatif = mampatan
Kaedah
Cari tindak balas penyokong bagi keseluruhan kekuda.
Kaedah sambungan: mulakan pada sambungan dengan paling banyak dua daya anggota yang tidak diketahui dan gunakan ΣFx = 0 dan ΣFy = 0.
Kaedah keratan: potong melalui anggota yang anda perlukan dan ambil momen pada titik di mana anggota tidak diketahui yang lain bertemu.
Andaikan tegangan; jawapan negatif bermaksud mampatan.
Rangka & mesin
Keseimbangan setiap anggota
ΣFx = 0, ΣFy = 0, ΣM = 0
Anggota dua daya
daya sepanjang garis melalui kedua-dua pinnya
Daya pin
sama besar dan bertentangan arah pada kedua-dua anggota yang disambungnya
Magnitud daya pin
F = √(Fx² + Fy²)
Tuil, playar, engkol loceng
Fin·a = Fout·b
Togol
Flink = F/(2 sin θ), Q = F/(2 tan θ)
Beban seragam
paduan w·L di tengah beban
Kaedah
Lukis seluruh struktur dan cari tindak balas penyokong jika ketakdiketahuinya tidak lebih daripada tiga.
Kenal pasti anggota dua daya: dibebani hanya pada dua pin, dayanya bertindak sepanjang garis antara pin.
Pisahkan rangka dan lukis setiap anggota secara berasingan, dengan daya pin yang sama besar dan bertentangan arah di mana anggota bertemu.
Untuk setiap anggota, ambil momen pada pin yang mempunyai daya tidak diketahui, kemudian gunakan ΣFx = 0 dan ΣFy = 0; gabungkan komponen menjadi magnitud pada akhirnya.
Daya ricih & momen lentur
Ricih dan momen
V = ΣF pada satu sisi, M = ΣF·d pada satu sisi
Tegasan lenturan
σ = M·y/I
Segi empat tepat
I = bh³/12
Modulus keratan
W = I/ymax
Disokong mudah, beban seragam
Mmax = wL²/8
Kaedah
Cari tindak balas penyokong daripada keseimbangan seluruh rasuk.
Potong rasuk pada keratan yang anda perlukan dan simpan satu sebelah.
Daya ricih: hasil tambah daya tegak pada sebelah itu. Momen lentur: hasil tambah momennya pada potongan.
Untuk momen maksimum, cari di mana daya ricih ialah sifar.
Sentroid & momen luas kedua
Sentroid
ȳ = ΣAiyi/ΣAi
Segi empat tepat
I = bh³/12
Teorem paksi selari
I = Ic + A·d²
Keratan gubahan
I = Σ(Ic,i + Aidi²)
2Soalan latihan
1.Vektor: hasil darab titik & silangSederhana
Cari sudut θ antara vektor a = (1, 6, 1) dan b = (−2, 5, 6), dalam darjah.
a = (1, 6, 1)b = (−2, 5, 6)
θ = °
2.Vektor: hasil darab titik & silangSukar
Bagi a = (2, 6, 4) dan b = (2, 4, −3), cari komponen-z (a × b)z hasil darab silang a × b.
a = (2, 6, 4)b = (2, 4, −3)
(a × b)z =
3.Tindak balas penyokong rasukSederhana
Rasuk disokong mudah itu mempunyai penyokong pin di A dan penyokong penggelek di B. Cari tindak balas penyokong tegak RB.
L = 5 mP1 = 45 kN pada 3 mP2 = 40 kN pada 3.5 m
RB = kN
4.Tindak balas penyokong rasukSukar
Rasuk disokong mudah itu mempunyai pin di A dan penggelek di B. Beban P bertindak pada 4 m dari A, condong pada 30° kepada garis mengufuk, dan beban menegak Q bertindak pada 1 m dari A. Cari magnitud daya tindak balas jumlah RA pada pin A.
L = 8 mP = 80 kN pada 4 m, θ = 30°Q = 65 kN pada 1 m
RA = kN
5.Kekuda: kaedah sambunganSederhana
Gunakan kaedah sambungan untuk mencari daya FAB dalam anggota AB. Berikan tegangan sebagai positif dan mampatan sebagai negatif.
rentang = 8 mtinggi = 4 mB ialah 6 m dari Abeban tegak = 20 kN
FAB = kN
6.Kekuda: kaedah sambunganSukar
Gunakan kaedah sambungan untuk mencari daya FAB dalam anggota AB. Berikan tegangan sebagai positif dan mampatan sebagai negatif.
rentang = 4 mtinggi = 2 mB ialah 3 m dari Abeban tegak = 15 kNbeban mengufuk = 25 kN →
FAB = kN
7.Rangka & mesinSederhana
Dalam pengapit togol yang ditunjukkan, dua penghubung AB dan BC yang sama dipin bersama di B, dan setiap satu membuat sudut 20° dengan garis AC. Daya ke bawah 250 N dikenakan pada B. Penggelongsor C menekan bahan kerja. Dengan mengabaikan geseran dan berat, cari daya pengapitan mengufuk Q.
F = 250 Nθ = 20°
Q = N
8.Rangka & mesinSukar
Rangka yang ditunjukkan mempunyai pin di A, B dan C; A dan C dipasang pada tanah berjarak 6 m, dan B setinggi 4 m dan 2.7 m di sebelah kanan A. Anggota AB membawa beban menegak 10 kN pada K, 1.62 m (secara mengufuk) dari A, dan beban mengufuk 3 kN ke kanan bertindak pada B pada anggota AB. Cari saiz tindak balas mengufuk Ax di A.
P = 10 kNQ = 3 kNL = 6 mH = 4 mjarak mengufuk A ke B = 2.7 mjarak mengufuk A ke K = 1.62 m
Ax = kN
9.Daya ricih & momen lenturSederhana
Cari daya ricih Vx pada keratan x = 3.5 m dari penyokong A. Gunakan momen lenturan positif jika melendut ke bawah (sagging) dan ricih ke atas pada muka kiri positif.
L = 4 mw = 2 kN/m dari 0 hingga 4 mx = 3.5 m
Vx = kN
10.Daya ricih & momen lenturSukar
Cari momen lentur Mx pada keratan x = 4.5 m dari penyokong A. Gunakan momen lenturan positif jika melendut ke bawah (sagging) dan ricih ke atas pada muka kiri positif.
L = 6 mP = 45 kN pada 4.5 mw = 2 kN/m dari 0 hingga 6 mx = 4.5 m
Mx = kN·m
11.Sentroid & momen luas keduaSederhana
Keratan alur diletakkan dengan sisi terbukanya ke atas: plat tapak selebar 120 mm dengan dua kaki tegak, setinggi 130 mm secara keseluruhan. Tapak dan kaki semuanya setebal 14 mm. Cari ketinggian ȳ sentroid di atas tepi bawah.
b = 120 mmh = 130 mmt = 14 mm
ȳ = mm
12.Sentroid & momen luas keduaSukar
Keratan-T digunakan sebagai rasuk dengan bebibir di atas dan membawa momen lentur melendut ke bawah sebanyak 50 kN·m. Cari tegasan lenturan σbawah pada tepi bawah.
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.
Hasil darab titik
a·b = 1·(−2) + 6·5 + 1·6 = 34
Magnitud
|a| = √(1² + 6² + 1²) = 6.164
|b| = √((−2)² + 5² + 6²) = 8.062
Sudut
cos θ = 34/(6.164·8.062) = 0.6841
θ = arccos(0.6841) = 46.83°
Jawapan
θ = 46.83°
2.Vektor: hasil darab titik & silang
Jawapan: (a × b)z = −4
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.
Hasil darab silang, komponen demi komponen
(a × b)x = aybz − azby = 6·(−3) − 4·4 = −34
(a × b)y = azbx − axbz = 4·2 − 2·(−3) = 14
(a × b)z = axby − aybx = 2·4 − 6·2 = −4
Komponen yang diminta
(a × b)z = −4
Jawapan
(a × b)z = −4
Semak: a × b berserenjang dengan kedua-dua vektor, maka hasil darab titiknya dengan a dan dengan b ialah sifar.
3.Tindak balas penyokong rasuk
Jawapan: RB = 55 kN
Keseimbangan statik: jasad yang pegun mempunyai ΣFx = 0, ΣFy = 0 dan ΣM = 0 pada sebarang titik. Mengambil momen pada satu penyokong menyingkirkan tindak balas penyokong itu daripada persamaan.
Gambar rajah jasad bebas
Gantikan penyokong dengan daya tindak balas. Penggelek memberikan satu tindak balas tegak; dengan beban tegak sahaja, pin juga memberikan satu tindak balas tegak.
Keseimbangan
Momen pada A, lawan arah jam positif. Kemudian keseimbangan daya tegak.
ΣMA = 0: RB·5 = 45·3 + 40·3.5
RB = 275/5 = 55 kN
ΣFy = 0: RA = 85 − 55 = 30 kN
Jawapan
RB = 55 kN
4.Tindak balas penyokong rasuk
Jawapan: RA = 103.5 kN
Keseimbangan statik: jasad yang pegun mempunyai ΣFx = 0, ΣFy = 0 dan ΣM = 0 pada mana-mana titik. Gantikan setiap beban teragih dengan daya paduannya (luasnya) yang bertindak pada sentroid gambar rajah beban, dan ambil momen pada satu penyokong untuk menghapuskan tindak balas penyokong itu daripada persamaan.
Komponen P
Pv = 80·sin 30° = 40 kN
Ph = 80·cos 30° = 69.28 kN
Tindak balas
ΣMA = 0: RB·8 = 40·4 + 65·1 → RB = 28.12 kN
Ay = 40 + 65 − 28.12 = 76.88 kN
Ax = Ph = 69.28 kN
Paduan pada A
RA = √(69.28² + 76.88²) = 103.5 kN
Jawapan
RA = 103.5 kN
5.Kekuda: kaedah sambungan
Jawapan: FAB = −9.014 kN
Kaedah sambungan: setiap pin kekuda berada dalam keseimbangan, jadi ΣFx = 0 dan ΣFy = 0 pada setiap sambungan. Mulakan pada sambungan dengan paling banyak dua daya anggota yang tidak diketahui. Hasil negatif bermaksud anggota berada dalam mampatan.
Tindak balas penyokong
Keseimbangan seluruh kekuda. Momen pada A, lawan arah jam positif.
ΣMA = 0: Cy·8 = 20·6 → Cy = 15 kN
ΣFy = 0: Ay = 20 − 15 = 5 kN
Sambungan A
Andaikan setiap anggota berada dalam tegangan (menarik menjauhi sambungan). Hanya AB mempunyai komponen tegak pada A.
sin α = 4/7.211 = 0.5547
ΣFy = 0: Ay + FAB·sin α = 0
FAB = −5/0.5547 = −9.014 kN
Jawapan
FAB = −9.014 kN (mampatan)
6.Kekuda: kaedah sambungan
Jawapan: FAB = 15.77 kN
Kaedah sambungan: setiap pin kekuda berada dalam keseimbangan, jadi ΣFx = 0 dan ΣFy = 0 pada setiap sambungan. Mulakan pada sambungan dengan paling banyak dua daya anggota yang tidak diketahui. Hasil negatif bermaksud anggota berada dalam mampatan.
Tindak balas penyokong
Keseimbangan seluruh kekuda. Momen pada A, lawan arah jam positif.
ΣMA = 0: Cy·4 = 15·3 + 25·2 → Cy = 23.75 kN
ΣFy = 0: Ay = 15 − 23.75 = −8.75 kN
ΣFx = 0: Ax = −25 kN
Sambungan A
Andaikan setiap anggota berada dalam tegangan (menarik menjauhi sambungan). Hanya AB mempunyai komponen tegak pada A.
sin α = 2/3.606 = 0.5547
ΣFy = 0: Ay + FAB·sin α = 0
FAB = −−8.75/0.5547 = 15.77 kN
Jawapan
FAB = 15.77 kN (tegangan)
7.Rangka & mesin
Jawapan: Q = 343.4 N
Mesin: playar, tuil, penghubung dan pengapit menukarkan daya input kepada daya output yang lebih besar atau berarah berbeza. Lukis satu bahagian sebagai jasad bebas dan ambil momen pada pivotnya: daya pin hilang, dan Fin·a = Fout·b memberikan kelebihan mekanikal a/b. Daya pin kemudian diperoleh daripada ΣF = 0 pada bahagian yang sama. Dalam togol, dua penghubung bertemu pada sudut cetek θ; setiap penghubung ialah anggota dua daya, jadi daya kecil F pada sambungan menghasilkan daya penghubung yang besar F/(2 sin θ) dan daya pengapitan F/(2 tan θ).
Keseimbangan pin B
2·Flink·sin 20° = 250
Flink = 365.5 N
Daya pengapitan
Q = Flink·cos 20° = 250/(2·tan 20°) = 343.4 N
Jawapan
Q = 343.4 N
Nisbah daya Q/F = 1.374 bertambah tanpa had apabila penghubung diluruskan.
8.Rangka & mesin
Jawapan: Ax = 0.8775 kN
Rangka dan mesin: tidak seperti kekuda, rangka mengandungi sekurang-kurangnya satu anggota yang membawa daya pada lebih daripada dua titik, atau beban di antara pinnya. Pertama cari anggota dua daya: anggota yang dibebani hanya pada dua pin mempunyai dayanya sepanjang garis melalui keduanya, jadi ia menambah satu ketakdiketahuan, bukan dua. Kemudian gunakan seluruh struktur untuk tindak balas penyokong apabila ketakdiketahuan tidak lebih daripada tiga. Akhirnya pisahkan rangka: lukis setiap anggota secara berasingan, dengan daya pin yang sama besar dan bertentangan arah pada kedua-dua anggota yang disambungnya, dan tulis ΣFx = 0, ΣFy = 0 dan ΣM = 0 untuknya. Mengambil momen pada pin menyingkirkan kedua-dua komponen daya pin itu daripada persamaan.
Arah BC
BC = 5.186 m, cos = 0.6364, sin = 0.7714
Seluruh rangka: momen pada A
FBC·0.7714·6 = 10·1.62 + 3·4
FBC = 6.093 kN
Imbangan mengufuk
Ax + 3 − 6.093·0.6364 = 0
Ax = 0.8775 kN → |Ax| = 0.8775 kN
Jawapan
Ax = 0.8775 kN
Ax menuju ke kanan.
9.Daya ricih & momen lentur
Jawapan: Vx = −3 kN
Kaedah keratan: potong rasuk di tempat yang anda mahu mencari daya dalaman dan simpan satu sebelah. Daya ricih V mengimbangi daya tegak pada sebelah itu, dan momen lentur M mengimbangi momennya pada potongan.
Tindak balas penyokong
Keseimbangan seluruh rasuk.
Paduan UDL: W = w·ℓ = 2·4 = 8 kN, bertindak pada x̄ = 2 m
ΣMA = 0: RB·4 = 2·4·2
RB = 16/4 = 4 kN
ΣFy = 0: RA = 8 − 4 = 4 kN
Potong pada x = 3.5 m dan simpan bahagian kiri
Hanya daya di kiri potongan yang muncul. Bahagian UDL bertindak sebagai satu daya di tengah bahagian itu.
V = RA − (semua beban ke bawah di kiri keratan)
Vx = 4 − 2·3.5 = −3 kN
Jawapan
Vx = −3 kN
10.Daya ricih & momen lentur
Jawapan: Mx = 57.38 kN·m
Kaedah keratan: potong rasuk di tempat yang anda mahu mencari daya dalaman dan simpan satu sebelah. Daya ricih V mengimbangi daya tegak pada sebelah itu, dan momen lentur M mengimbangi momennya pada potongan.
Tindak balas penyokong
Keseimbangan seluruh rasuk.
Paduan UDL: W = w·ℓ = 2·6 = 12 kN, bertindak pada x̄ = 3 m
ΣMA = 0: RB·6 = 45·4.5 + 2·6·3
RB = 238.5/6 = 39.75 kN
ΣFy = 0: RA = 57 − 39.75 = 17.25 kN
Potong pada x = 4.5 m dan simpan bahagian kiri
Hanya daya di kiri potongan yang muncul. Bahagian UDL bertindak sebagai satu daya di tengah bahagian itu.
M = RA·x − (setiap beban di kiri keratan × jaraknya ke keratan)
Mx = 17.25·4.5 − 2·4.5·2.25 = 57.38 kN·m
Jawapan
Mx = 57.38 kN·m
11.Sentroid & momen luas kedua
Jawapan: ȳ = 49.84 mm
Luas gubahan: bahagikan keratan kepada segi empat tepat. Sentroid ialah purata berwajaran luas ȳ = ΣAᵢyᵢ/ΣAᵢ. Momen luas kedua pada paksi sentroid menambah bh³/12 setiap bahagian dan sebutan paksi selari A·d²nya, dengan d ialah jarak dari sentroid bahagian itu ke sentroid keseluruhan. Tegasan lenturan ialah σ = M·y/I.
Pecahkan kepada segi empat tepat
Ambil tapak berlebar penuh dan dua kaki di atasnya (tinggi h − t), supaya tiada yang dikira dua kali.
bes: A1 = 120·14 = 1680 mm², y1 = 7 mm
dua kaki: A2 = 2·14·116 = 3248 mm², y2 = 14 + 116/2 = 72 mm
Sentroid
ȳ = (1680·7 + 3248·72)/4928 = 49.84 mm
Jawapan
ȳ = 49.84 mm
12.Sentroid & momen luas kedua
Jawapan: σbawah = 198.4 MPa
Luas gubahan: bahagikan keratan kepada segi empat tepat. Sentroid ialah purata berwajaran luas ȳ = ΣAᵢyᵢ/ΣAᵢ. Momen luas kedua pada paksi sentroid menambah bh³/12 setiap bahagian dan sebutan paksi selari A·d²nya, dengan d ialah jarak dari sentroid bahagian itu ke sentroid keseluruhan. Tegasan lenturan ialah σ = M·y/I.
Bahagikan kepada dua segi empat tepat
Ukur setiap y dari tepi bawah.
bebibir: Af = 280·20 = 5600 mm², yf = 280 + 20/2 = 290 mm