Wytrzymałość materiałów: zestaw na powtórkę

Wzory, najważniejsze kroki metod dla każdego tematu i 14 zadań do ćwiczenia, z pełnymi rozwiązaniami na końcu.

Nowe zadaniaWróć do przedmiotu

W oknie drukowania wybierz „Zapisz jako PDF”, aby zachować kopię na swoim urządzeniu.

1Wzory i metody

Naprężenie i odkształcenie osiowe

Naprężenie normalne
σ = F/A
Odkształcenie
ε = ΔL/L
Prawo Hooke’a
σ = E·ε
Wydłużenie
ΔL = FL/(EA)
Odkształcenie termiczne
εT = α·ΔT

Skręcanie wałów

Naprężenie styczne
τ = T·r/J
Wał pełny
J = πd⁴/32
Wał drążony
J = π(D⁴ − d⁴)/32
Kąt skręcenia
φ = TL/(GJ)
Moc
P = T·ω = 2πnT/60

Metoda

  1. Wyznacz biegunowy moment bezwładności: J = πd⁴/32 dla wału pełnego.
  2. Naprężenie styczne na powierzchni: τ = T·r/J, gdzie r to promień zewnętrzny.
  3. Kąt skręcenia: φ = TL/(GJ) w radianach.
  4. Jeśli podana jest moc, najpierw wyznacz moment z P = T·ω, ω = 2πn/60.

Siła tnąca i moment zginający

Siła tnąca i moment
V = ΣF po jednej stronie, M = ΣF·d po jednej stronie
Naprężenie od zginania
σ = M·y/I
Prostokąt
I = bh³/12
Wskaźnik wytrzymałości przekroju
W = I/ymax
Swobodnie podparta, obciążenie równomierne
Mmax = wL²/8

Metoda

  1. Wyznacz reakcje podpór z równowagi całej belki.
  2. Przetnij belkę w potrzebnym przekroju i zostaw jedną stronę.
  3. Siła tnąca: suma sił pionowych po tej stronie. Moment zginający: suma ich momentów względem przekroju.
  4. Aby znaleźć moment maksymalny, wyznacz miejsce, w którym siła tnąca jest równa zeru.

Środek ciężkości i moment bezwładności

Środek ciężkości
ȳ = ΣAiyi/ΣAi
Prostokąt
I = bh³/12
Twierdzenie Steinera
I = Ic + A·d²
Przekrój złożony
I = Σ(Ic,i + Aidi²)

Koło Mohra i transformacja naprężeń

Środek
C = (σx + σy)/2
Promień
R = √(((σx − σy)/2)² + τxy²)
Naprężenia główne
σ1,2 = C ± R
Kierunek główny
tan 2θp = 2τxy/(σx − σy)
Płaszczyzna ukośna
σθ = C + (σx − σy)/2·cos 2θ + τxy·sin 2θ

Metoda

  1. Oblicz środek koła Mohra: C = (σx + σy)/2.
  2. Oblicz promień: R = √(((σx − σy)/2)² + τxy²).
  3. Naprężenia główne to C ± R, a największe naprężenie styczne w płaszczyźnie to R.
  4. Kąty na kole są dwa razy większe niż kąty na elemencie: tan 2θp = 2τxy/(σx − σy).

Ugięcie belki

Siła skupiona w środku rozpiętości
δ = PL³/(48EI)
Obciążenie równomierne, belka swobodnie podparta
δ = 5wL⁴/(384EI)
Wspornik, siła na końcu
δ = PL³/(3EI)
Wspornik, obciążenie równomierne
δ = wL⁴/(8EI)
Superpozycja
δ = δ1 + δ2

Wyboczenie słupów

Siła krytyczna Eulera
Pcr = π²EI/(KL)²
Współczynnik długości wyboczeniowej
K = 1 przegub–przegub, 0,5 utwierdzenie–utwierdzenie, 0,7 utwierdzenie–przegub, 2 utwierdzenie–wolny koniec
Naprężenie krytyczne
σcr = Pcr/A
Smukłość
λ = KL/r, r = √(I/A)

2Zadania do ćwiczenia

1.Naprężenie i odkształcenie osioweŚredni
80 kNØ3070 GPaØ120/70800 mmδ = ?

Pręt (materiał: stal, średnica 30 mm, E = 200 GPa) znajduje się wewnątrz rury (materiał: aluminium, średnica zewnętrzna 120 mm, średnica wewnętrzna 70 mm, E = 70 GPa). Oba mają długość 800 mm i są razem ściskane między sztywnymi płytami siłą 80 kN. Wyznacz skrócenie δ.

P = 80 kNpręt: Ø30 mm, E = 200 GParura: Ø120/Ø70 mm, E = 70 GPaL = 800 mm
δ = mm
2.Naprężenie i odkształcenie osioweTrudny
50 kN12400 mm200 mmØ25Ø30σ2​ = ?

Odcinek (materiał: stal, średnica 25 mm, długość 400 mm, E = 200 GPa) i odcinek (materiał: miedź, średnica 30 mm, długość 200 mm, E = 120 GPa) są połączone końcami i zamocowane między dwiema sztywnymi ścianami. W miejscu połączenia działa obciążenie osiowe 50 kN skierowane ku odcinkowi 2. Wyznacz wartość naprężenia σ2 w odcinku 2.

odcinek 1: stal, Ø25 mm, 400 mm, E = 200 GPaodcinek 2: miedź, Ø30 mm, 200 mm, E = 120 GPaP = 50 kN
σ2 = MPa
3.Skręcanie wałówŚredni
do​ = 60, di​ = 42 mmT = 750 N·mL = 1,2 m

Drążony wał (aluminium) (średnica zewnętrzna 60 mm, wewnętrzna 42 mm, długość 1,2 m) jest utwierdzony na jednym końcu i skręcany momentem 750 N·m na drugim. Wyznacz kąt skręcenia φ w stopniach.

T = 750 N·mdo = 60 mmdi = 42 mmL = 1,2 mG = 26 GPa
φ = °
4.Skręcanie wałówTrudny
d = ?20 kW, 1500 rpm

Pełny wał (stal) przenosi moc 20 kW przy 1500 rpm. Naprężenie styczne nie może przekroczyć 50 MPa, a kąt skręcenia 1° na m długości. Wyznacz najmniejszą średnicę d, która spełnia oba warunki.

P = 20 kWN = 1500 rpmτallow = 50 MPaθallow = 1°/mG = 80 GPa
d = mm
5.Siła tnąca i moment zginającyŚredni
w = 10 kN/mABprzekrój4,5 m0,5 m

Wyznacz moment zginający Mx w przekroju x = 4,5 m od podpory A. Przyjmij dodatnie momenty rozciągające dolne włókna i dodatnią siłę tnącą skierowaną w górę na lewej ściance.

L = 5 mw = 10 kN/m od 0 do 5 mx = 4,5 m
Mx = kN·m
6.Siła tnąca i moment zginającyTrudny
w = 4 kN/mAB1 m2 m1 m

Belka swobodnie podparta przenosi obciążenie równomiernie rozłożone na części rozpiętości. Wyznacz maksymalny moment zginający Mmax w belce.

L = 4 mw = 4 kN/m od 1 do 3 m
Mmax = kN·m
7.Środek ciężkości i moment bezwładnościŚredni
200 mm240 mm156 mmØ30xIx​ = ?

Płyta 200 mm × 240 mm ma okrągły otwór o średnicy 30 mm na pionowej osi symetrii, ze środkiem 156 mm nad dolną krawędzią. Wyznacz moment bezwładności przekroju Ix względem osi poziomej przechodzącej przez środek ciężkości.

b = 200 mmh = 240 mmd = 30 mmśrodek otworu: y = 156 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
8.Środek ciężkości i moment bezwładnościTrudny
2801524018xdodatni Mwymiary w mm

Belka żeliwna ma pokazany przekrój teowy z półką u góry. Naprężenia dopuszczalne wynoszą 60 MPa przy rozciąganiu i 100 MPa przy ściskaniu. Wyznacz największy dodatni moment zginający Mallow, jaki może przenieść belka.

bf = 280 mmtf = 15 mmtw = 18 mmhw = 240 mmσt,allow = 60 MPaσc,allow = 100 MPa
Mallow = kN·m
9.Koło Mohra i transformacja naprężeńŚredni
σx​ = 20σy​ = −40τxy​ = −40MPa

W punkcie σₓ = 20 MPa, σᵧ = −40 MPa i τₓᵧ = −40 MPa (rozciąganie dodatnie). Element obrócono o 60° przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. Wyznacz naprężenie normalne σy′ na ściankach obróconego elementu prostopadłych do obróconej osi y′.

σx = 20 MPaσy = −40 MPaτxy = −40 MPaθ = 60°
σy′ = MPa
10.Koło Mohra i transformacja naprężeńTrudny
σx​ = 70σy​ = 120τxy​ = −40MPa

W pewnym punkcie obciążonej części występują σₓ = 70 MPa, σᵧ = 120 MPa i τₓᵧ = −40 MPa (rozciąganie dodatnie). Wyznacz naprężenie normalne σθ na płaszczyźnie, której normalna jest obrócona o 15° przeciwnie do ruchu wskazówek zegara względem osi x.

σx = 70 MPaσy = 120 MPaτxy = −40 MPaθ = 15°
σθ = MPa
11.Ugięcie belkiŚredni
w = 12 kN/mδL = 2 m

Wspornik przenosi obciążenie równomiernie rozłożone w na całej długości. Wyznacz ugięcie δ swobodnego końca.

w = 12 kN/mL = 2 mE = 70 GPa (aluminium)I = 8,5 × 10⁶ mm⁴
δ = mm
12.Ugięcie belkiTrudny
w = 1,5 kN/mABδ4,5 m

Belka drewniana swobodnie podparta o przekroju prostokątnym i szerokości 125 mm przenosi obciążenie równomiernie rozłożone w na całej rozpiętości. Jej ugięcie w środku rozpiętości nie może przekroczyć rozpiętość/360. Wyznacz najmniejszą wysokość hreq przekroju.

w = 1,5 kN/mL = 4,5 mE = 11 GPa (drewno konstrukcyjne)b = 125 mm
hreq = mm
13.Wyboczenie słupówŚredni
PL = 2,5 md = 25 mmprzekrój poprzeczny

Słup o długości L z materiału (stal) jest przegubowo podparty na obu końcach. Korzystając ze wzoru Eulera, wyznacz jego siłę krytyczną Pcr.

L = 2,5 mE = 200 GPa (stal)d = 25 mm
Pcr = kN
14.Wyboczenie słupówTrudny
PL = 3 md = 30 mmprzekrój poprzeczny

Słup o długości L z materiału (aluminium) jest utwierdzony u podstawy i przegubowo podparty u góry. Wyznacz jego smukłość i naprężenie krytyczne σcr ze wzoru Eulera.

L = 3 mE = 70 GPa (aluminium)d = 30 mm
σcr = MPa

3Roztwory

1.Naprężenie i odkształcenie osiowe

Odpowiedź: δ = 0,09643 mm

Dwa materiały: przy połączeniu szeregowym (jeden za drugim) każdy odcinek przenosi tę samą siłę, a wydłużenia się dodają: δ = P·Σ L/(E·A). Przy połączeniu równoległym (obok siebie między sztywnymi płytami) obie części skracają się o tyle samo, więc ich odkształcenia są równe: sztywniejsza część przejmuje większy udział, Pi = P·EiAi/ΣEA, a σi = Ei·ε. Pręt zamocowany między dwiema sztywnymi ścianami z obciążeniem w miejscu połączenia jest statycznie niewyznaczalny: dwa odcinki dzielą obciążenie proporcjonalnie do sztywności k = EA/L.

Pola

Ar = π·30²/4 = 706,9 mm²
At = π(120² − 70²)/4 = 7461 mm²

Łączna sztywność osiowa

ΣEA = 200·10³·706,9 + 70·10³·7461 = 6,637 × 10⁸ N

Skrócenie

δ = 80000·800/6,637 × 10⁸ = 0,09643 mm

Odpowiedź

δ = 0,09643 mm
2.Naprężenie i odkształcenie osiowe

Odpowiedź: σ2 = 44,81 MPa

Dwa materiały: przy połączeniu szeregowym (jeden za drugim) każdy odcinek przenosi tę samą siłę, a wydłużenia się dodają: δ = P·Σ L/(E·A). Przy połączeniu równoległym (obok siebie między sztywnymi płytami) obie części skracają się o tyle samo, więc ich odkształcenia są równe: sztywniejsza część przejmuje większy udział, Pi = P·EiAi/ΣEA, a σi = Ei·ε. Pręt zamocowany między dwiema sztywnymi ścianami z obciążeniem w miejscu połączenia jest statycznie niewyznaczalny: dwa odcinki dzielą obciążenie proporcjonalnie do sztywności k = EA/L.

Sztywności

k₁ = 200000·490,9/400 = 245437 N/mm
k₂ = 120000·706,9/200 = 424115 N/mm

Udział odcinka 2

F2 = 50000·424115/669552 = 31672 N

Naprężenie

σ2 = 31672/706,9 = 44,81 MPa (ściskanie)

Odpowiedź

σ2 = 44,81 MPa
3.Skręcanie wałów

Odpowiedź: φ = 2,051 °

Skręcanie wałów okrągłych: naprężenie styczne rośnie liniowo od zera w środku do τmax = T·r/J na powierzchni, gdzie J = πd⁴/32 dla wału pełnego i J = π(do⁴ − di⁴)/32 dla drążonego. Kąt skręcenia to φ = TL/(GJ) w radianach. Moc i moment skręcający wiąże P = T·ω.

Biegunowy moment bezwładności

J = π(60⁴ − 42⁴)/32 = 966855 mm⁴

Kąt skręcenia

T = 750 N·m = 750000 N·mm
L = 1,2 m = 1200 mm
G = 26 GPa = 26000 MPa
φ = TL/(GJ) = 750000·1200/(26000·966855) = 0,0358 rad
φ = 0,0358·180/π = 2,051°

Odpowiedź

φ = 2,051°
4.Skręcanie wałów

Odpowiedź: d = 31,04 mm

Skręcanie wałów okrągłych: naprężenie styczne rośnie liniowo od zera w środku do τmax = T·r/J na powierzchni, gdzie J = πd⁴/32 dla wału pełnego i J = π(do⁴ − di⁴)/32 dla drążonego. Kąt skręcenia to φ = TL/(GJ) w radianach. Moc i moment skręcający wiąże P = T·ω.

Moment skręcający

ω = 2πN/60 = 2π·1500/60 = 157,1 rad/s
T = P/ω = 20000/157,1 = 127,3 N·m

Średnica z warunku wytrzymałości

T = 127,3 N·m = 127324 N·mm
dτ = ∛(16·127324/(π·50)) = 23,49 mm

Średnica z warunku sztywności

θ = 1·π/180/1000 = 1,745 × 10⁻⁵ rad/mm
G = 80 GPa = 80000 MPa
dφ = (32·127324/(π·80000·1,745 × 10⁻⁵))1/4 = 31,04 mm

Średnica decydująca

Oba warunki muszą być spełnione, więc decyduje większa średnica.

d = max(23,49, 31,04) = 31,04 mm

Odpowiedź

d = 31,04 mm

Tutaj decyduje sztywność.

5.Siła tnąca i moment zginający

Odpowiedź: Mx = 11,25 kN·m

Metoda przekrojów: przetnij belkę tam, gdzie chcesz znać siły wewnętrzne, i zostaw jedną stronę. Siła tnąca V równoważy siły pionowe po tej stronie, a moment zginający M ich momenty względem przekroju.

Reakcje podpór

Równowaga całej belki.

Wypadkowa obciążenia ciągłego: W = w·ℓ = 10·5 = 50 kN, przyłożona w x̄ = 2,5 m
ΣMA = 0: RB·5 = 10·5·2,5
RB = 125/5 = 25 kN
ΣFy = 0: RA = 50 − 25 = 25 kN
w = 10 kN/mABRA​ = 25RB​ = 25przekrój4,5 m0,5 m

Przetnij w x = 4,5 m i zostaw lewą część

Uwzględniasz tylko siły na lewo od przekroju. Fragment obciążenia ciągłego działa jak jedna siła w środku tego fragmentu.

M = RA·x − (każde obciążenie na lewo od przekroju × jego odległość od przekroju)
Mx = 25·4,5 − 10·4,5·2,25 = 11,25 kN·m

Odpowiedź

Mx = 11,25 kN·m
6.Siła tnąca i moment zginający

Odpowiedź: Mmax = 6 kN·m

Metoda przekrojów: przetnij belkę tam, gdzie chcesz znać siły wewnętrzne, i zostaw jedną stronę. Siła tnąca V równoważy siły pionowe po tej stronie, a moment zginający M ich momenty względem przekroju. Moment maksymalny: ponieważ dM/dx = V, moment zginający osiąga ekstremum tam, gdzie siła tnąca przechodzi przez zero, albo w miejscu siły skupionej, albo wewnątrz obciążenia ciągłego.

Reakcje podpór

Równowaga całej belki.

Wypadkowa obciążenia ciągłego: W = w·ℓ = 4·2 = 8 kN, przyłożona w x̄ = 2 m
ΣMA = 0: RB·4 = 4·2·2
RB = 16/4 = 4 kN
ΣFy = 0: RA = 8 − 4 = 4 kN

Zerowa siła tnąca

Siła tnąca zaczyna od RA, jest stała na każdym nieobciążonym odcinku i maleje z nachyleniem w wewnątrz obciążenia.

RA − w·(x0 − 1) = 0
x0 = 1 + 4/4 = 2 m

Moment maksymalny

Mmax = RA·x0 − w·(x0 − 1)²/2 = 4·2 − 4·1²/2 = 6 kN·m

Odpowiedź

Mmax = 6 kN·m
7.Środek ciężkości i moment bezwładności

Odpowiedź: Ix = 229,4 × 10⁶ mm⁴

Przekroje z otworami: traktuj otwór jako ujemne pole. Środek ciężkości to ȳ = (A₁y₁ − A₂y₂)/(A₁ − A₂), gdzie A₁, y₁ dotyczą pełnej płyty, a A₂, y₂ otworu. Dla momentu bezwładności przekroju względem osi środkowej użyj twierdzenia Steinera dla każdej części i odejmij otwór: I = (Ic1 + A₁d₁²) − (Ic2 + A₂d₂²), gdzie d to odległość środka ciężkości każdej części od osi przechodzącej przez ȳ. Prostokąt ma Ic = bh³/12, a koło Ic = πd⁴/64.

Środek ciężkości

ȳ = (48000·120 − 706,9·156)/(48000 − 706,9) = 119,5 mm

Pełna płyta względem ȳ

200·240³/12 + 48000·0,5381² = 230,4 × 10⁶ mm⁴

Otwór względem ȳ

π·30⁴/64 + 706,9·36,54² = 0,9834 × 10⁶ mm⁴

Odejmij

Ix = 229,4 × 10⁶ mm⁴

Odpowiedź

Ix = 229,4 × 10⁶ mm⁴
8.Środek ciężkości i moment bezwładności

Odpowiedź: Mallow = 18,19 kN·m

Przekroje złożone: podziel przekrój na prostokąty. Środek ciężkości to średnia ważona polami ȳ = ΣAᵢyᵢ/ΣAᵢ. Moment bezwładności względem osi centralnej sumuje własne bh³/12 każdej części i człon Steinera A·d², gdzie d to odległość środka ciężkości części od środka ciężkości całości. Naprężenie od zginania to σ = M·y/I.

Środek ciężkości

ȳ = (4200·247,5 + 4320·120)/8520 = 182,9 mm
krawędź górna: c = 255 − 182,9 = 72,15 mm

Moment bezwładności przekroju

I = 280·15³/12 + 4200·64,65² + 18·240³/12 + 4320·62,85² = 5,543 × 10⁷ mm⁴

Moment dopuszczalny dla każdej krawędzi

Moment dodatni: góra jest ściskana, dół rozciągany.

krawędź górna: M = 100·5,543 × 10⁷/72,15 = 76,83 kN·m
krawędź dolna: M = 60·5,543 × 10⁷/182,9 = 18,19 kN·m

Wartość decydująca

Mallow = min = 18,19 kN·m (krawędź dolna)

Odpowiedź

Mallow = 18,19 kN·m
9.Koło Mohra i transformacja naprężeń

Odpowiedź: σy′ = 39,64 MPa

Transformacja płaskiego stanu naprężenia: na płaszczyźnie obróconej o kąt θ: σ = (σₓ + σᵧ)/2 + (σₓ − σᵧ)/2·cos 2θ + τₓᵧ·sin 2θ. Koło Mohra pokazuje wszystkie płaszczyzny naraz: jego środek leży w C = (σₓ + σᵧ)/2, a promień wynosi R = √(((σₓ − σᵧ)/2)² + τₓᵧ²). Naprężenia główne to C ± R, a największe naprężenie styczne w płaszczyźnie to R.

Równanie transformacji dla ścianki y′

σy′ = −10 − 30·(−0,5) − (−40)·0,866 = 39,64 MPa

Sprawdzenie

Suma naprężeń normalnych nie zmienia się przy obrocie.

σx′ = −59,64 MPa, σx′ + σy′ = −20 = σx + σy

Odpowiedź

σy′ = 39,64 MPa
10.Koło Mohra i transformacja naprężeń

Odpowiedź: σθ = 53,35 MPa

Transformacja płaskiego stanu naprężenia: na płaszczyźnie obróconej o kąt θ: σ = (σₓ + σᵧ)/2 + (σₓ − σᵧ)/2·cos 2θ + τₓᵧ·sin 2θ. Koło Mohra pokazuje wszystkie płaszczyzny naraz: jego środek leży w C = (σₓ + σᵧ)/2, a promień wynosi R = √(((σₓ − σᵧ)/2)² + τₓᵧ²). Naprężenia główne to C ± R, a największe naprężenie styczne w płaszczyźnie to R.

Równanie transformacji

σθ = 95 + −25·0,866 + −40·0,5 = 53,35 MPa

Odpowiedź

σθ = 53,35 MPa
11.Ugięcie belki

Odpowiedź: δ = 40,34 mm

Ugięcie belek: ugięcia otrzymuje się, całkując dwukrotnie krzywiznę M/(EI). Typowe przypadki są stablicowane, na przykład PL³/(3EI) dla wspornika z siłą na końcu i 5wL⁴/(384EI) dla belki swobodnie podpartej z obciążeniem równomiernym na całej rozpiętości. Ugięcia od różnych obciążeń się sumują (superpozycja).

Spójne jednostki

Licz w N i mm: P w N, w w N/mm (kN/m = N/mm), L w mm, E w N/mm² (GPa × 1000), I w mm⁴.

w = 12 N/mm, L = 2000 mm
EI = 5,95 × 10¹¹ N·mm²

Ugięcie

δ = wL⁴/(8EI) = 12·2000⁴/(8·5,95 × 10¹¹) = 40,34 mm

Odpowiedź

δ = 40,34 mm
12.Ugięcie belki

Odpowiedź: hreq = 177,5 mm

Ugięcie belek: ugięcia otrzymuje się, całkując dwukrotnie krzywiznę M/(EI). Typowe przypadki są stablicowane, na przykład PL³/(3EI) dla wspornika z siłą na końcu i 5wL⁴/(384EI) dla belki swobodnie podpartej z obciążeniem równomiernym na całej rozpiętości. Ugięcia od różnych obciążeń się sumują (superpozycja).

Spójne jednostki

Licz w N i mm: P w N, w w N/mm (kN/m = N/mm), L w mm, E w N/mm² (GPa × 1000), I w mm⁴.

w = 1,5 N/mm, L = 4500 mm, E = 11000 N/mm²

Warunek ugięcia

δallow = L/360 = 4500/360 = 12,5 mm

Wymagany moment bezwładności

Ireq = 5wL⁴/(384·E·δallow) = 5·1,5·4500⁴/(384·11000·12,5) = 5,825 × 10⁷ mm⁴

Wymagana wysokość

bh³/12 = Ireq → h = (12·5,825 × 10⁷/125)1/3 = 177,5 mm

Odpowiedź

hreq = 177,5 mm

W praktyce wybierz najbliższą większą wysokość znormalizowaną.

13.Wyboczenie słupów

Odpowiedź: Pcr = 6,056 kN

Wyboczenie Eulera: smukły słup traci stateczność przy Pcr = π²EI/(KL)², gdzie KL to długość wyboczeniowa: K = 1 dla przegub–przegub, 2 dla utwierdzenie–wolny koniec, 0,7 dla utwierdzenie–przegub i 0,5 dla utwierdzenie–utwierdzenie. Wybocza się względem osi o najmniejszym I. Wzór dotyczy słupów smukłych, których naprężenie krytyczne jest mniejsze od granicy plastyczności.

Najmniejszy moment bezwładności

Przekrój kołowy ma to samo I względem każdej osi.

I = πd⁴/64 = π·25⁴/64 = 19175 mm⁴

Długość wyboczeniowa

KL = 1·2500 = 2500 mm

Siła krytyczna

Pcr = π²EI/(KL)² = π²·200000·19175/2500² = 6056 N = 6,056 kN

Odpowiedź

Pcr = 6,056 kN
14.Wyboczenie słupów

Odpowiedź: σcr = 8,812 MPa

Wyboczenie Eulera: smukły słup traci stateczność przy Pcr = π²EI/(KL)², gdzie KL to długość wyboczeniowa: K = 1 dla przegub–przegub, 2 dla utwierdzenie–wolny koniec, 0,7 dla utwierdzenie–przegub i 0,5 dla utwierdzenie–utwierdzenie. Wybocza się względem osi o najmniejszym I. Wzór dotyczy słupów smukłych, których naprężenie krytyczne jest mniejsze od granicy plastyczności.

Najmniejszy moment bezwładności

Przekrój kołowy ma to samo I względem każdej osi.

I = πd⁴/64 = π·30⁴/64 = 39761 mm⁴

Promień bezwładności i smukłość

A = 706,9 mm²
r = √(I/A) = √(39761/706,9) = 7,5 mm
KL = 0,7·3000 = 2100 mm
KL/r = 2100/7,5 = 280

Naprężenie krytyczne

σcr = π²E/(KL/r)² = π²·70000/280² = 8,812 MPa

Odpowiedź

σcr = 8,812 MPa

ExamProblems · examproblems.com/courses/mechanics-of-materials