ความเค้นและความเครียดตามแนวแกน
- ความเค้นแนวฉาก
- σ = F/A
- ความเครียด
- ε = ΔL/L
- กฎของฮุก
- σ = E·ε
- ความยืด
- ΔL = FL/(EA)
- ความเครียดจากความร้อน
- εT = α·ΔT
กลศาสตร์ของวัสดุ: ชุดสรุปเร่งรัด
สรุปสูตร ขั้นตอนวิธีทำที่สำคัญของทุกหัวข้อ และโจทย์ฝึก 14 ข้อ พร้อมเฉลยละเอียดไว้ท้ายเล่ม
1สูตรและวิธีทำ
การบิดของเพลา
- ความเค้นเฉือน
- τ = T·r/J
- เพลาตัน
- J = πd⁴/32
- เพลากลวง
- J = π(D⁴ − d⁴)/32
- มุมบิด
- φ = TL/(GJ)
- กำลัง
- P = T·ω = 2πnT/60
วิธีการ
- หาโมเมนต์ความเฉื่อยเชิงขั้ว: J = πd⁴/32 สำหรับเพลาตัน
- ความเค้นเฉือนที่ผิว: τ = T·r/J โดย r คือรัศมีภายนอก
- มุมบิด: φ = TL/(GJ) เป็นเรเดียน
- ถ้าโจทย์ให้กำลัง ให้หาแรงบิดก่อนด้วย P = T·ω, ω = 2πn/60
แรงเฉือนและโมเมนต์ดัด
- แรงเฉือนและโมเมนต์
- V = ΣF ด้านหนึ่ง, M = ΣF·d ด้านหนึ่ง
- ความเค้นดัด
- σ = M·y/I
- สี่เหลี่ยมผืนผ้า
- I = bh³/12
- มอดูลัสหน้าตัด
- W = I/ymax
- รับแรงสองจุด น้ำหนักแผ่สม่ำเสมอ
- Mmax = wL²/8
วิธีการ
- หาปฏิกิริยาที่จุดรองรับจากสมดุลของคานทั้งตัว
- ตัดคานที่หน้าตัดที่ต้องการและเก็บไว้ด้านหนึ่ง
- แรงเฉือน: ผลรวมแรงแนวดิ่งทางด้านนั้น โมเมนต์ดัด: ผลรวมโมเมนต์ของแรงเหล่านั้นรอบรอยตัด
- สำหรับโมเมนต์สูงสุด ให้หาตำแหน่งที่แรงเฉือนเป็นศูนย์
เซนทรอยด์และโมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่
- เซนทรอยด์
- ȳ = ΣAiyi/ΣAi
- สี่เหลี่ยมผืนผ้า
- I = bh³/12
- ทฤษฎีบทแกนขนาน
- I = Ic + A·d²
- หน้าตัดประกอบ
- I = Σ(Ic,i + Aidi²)
วงกลมของมอร์และการแปลงความเค้น
- ศูนย์กลาง
- C = (σx + σy)/2
- รัศมี
- R = √(((σx − σy)/2)² + τxy²)
- ความเค้นหลัก
- σ1,2 = C ± R
- ทิศทางหลัก
- tan 2θp = 2τxy/(σx − σy)
- พื้นเอียง
- σθ = C + (σx − σy)/2·cos 2θ + τxy·sin 2θ
วิธีการ
- คำนวณศูนย์กลางของวงกลมมอร์: C = (σx + σy)/2
- คำนวณรัศมี: R = √(((σx − σy)/2)² + τxy²)
- ความเค้นหลักคือ C ± R และความเค้นเฉือนในระนาบที่มากที่สุดคือ R
- มุมบนวงกลมเป็นสองเท่าของมุมบนชิ้นส่วน: tan 2θp = 2τxy/(σx − σy)
การแอ่นตัวของคาน
- แรงจุดที่กึ่งกลางช่วง
- δ = PL³/(48EI)
- น้ำหนักแผ่สม่ำเสมอ รับแรงสองจุด
- δ = 5wL⁴/(384EI)
- คานยื่น แรงที่ปลาย
- δ = PL³/(3EI)
- คานยื่น น้ำหนักแผ่สม่ำเสมอ
- δ = wL⁴/(8EI)
- การซ้อนทับ
- δ = δ1 + δ2
การโก่งเดาะของเสา
- น้ำหนักวิกฤตของออยเลอร์
- Pcr = π²EI/(KL)²
- ตัวประกอบความยาวประสิทธิผล
- K = 1 หมุด–หมุด, 0.5 ยึดแน่น–ยึดแน่น, 0.7 ยึดแน่น–หมุด, 2 ยึดแน่น–อิสระ
- ความเค้นวิกฤต
- σcr = Pcr/A
- ความเพรียว
- λ = KL/r, r = √(I/A)
2โจทย์ฝึก
1.ความเค้นและความเครียดตามแนวแกนปานกลาง
หาความยืด δ ของแท่งทองเหลืองภายใต้แรงตามแนวแกน
P = 95 kNd = 10 mmL = 0.5 mE = 100 GPa
δ = mm
2.ความเค้นและความเครียดตามแนวแกนยาก
ท่อนเหล็กกล้า (เส้นผ่านศูนย์กลาง 40 mm, ยาว 500 mm, E = 200 GPa) และท่อนที่ทำจากอะลูมิเนียม (เส้นผ่านศูนย์กลาง 30 mm, ยาว 200 mm, E = 70 GPa) ต่อปลายชนปลายและยึดระหว่างผนังแข็งสองด้าน โหลดตามแนวแกน 20 kN กระทำที่รอยต่อไปทางท่อนที่ 2 จงหาขนาดของความเค้น σ2 ในท่อนที่ 2
ท่อนที่ 1: เหล็กกล้า, Ø40 mm, 500 mm, E = 200 GPaท่อนที่ 2: อะลูมิเนียม, Ø30 mm, 200 mm, E = 70 GPaP = 20 kN
σ2 = MPa
3.การบิดของเพลาปานกลาง
เพลา เหล็กกล้า ตัน ยาว 1.5 m รับแรงบิด 400 N·m มุมบิดระหว่างปลายทั้งสองต้องไม่เกิน 3° จงหาเส้นผ่านศูนย์กลางที่น้อยที่สุด d ที่ตรงตามขีดจำกัดนี้
T = 400 N·mL = 1.5 mG = 80 GPaφallow = 3°
d = mm
4.การบิดของเพลายาก
เพลากลวงต้องส่งกำลัง 5 kW ที่ 3000 rpm เส้นผ่านศูนย์กลางภายในต้องเป็น 0.6 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก และความเค้นเฉือนต้องไม่เกิน 80 MPa จงหาเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกที่น้อยที่สุด do
P = 5 kWN = 3000 rpmdi/do = 0.6τallow = 80 MPa
do = mm
5.แรงเฉือนและโมเมนต์ดัดปานกลาง
คานช่วงเดียวรองรับอย่างง่ายรับแรงกระทำเป็นจุดสองแรง จงหาโมเมนต์ดัดสูงสุด Mmax ในคาน
L = 6 mP1 = 30 kN ที่ 1.5 mP2 = 55 kN ที่ 5 m
Mmax = kN·m
6.แรงเฉือนและโมเมนต์ดัดยาก
คานช่วงเดียวรองรับอย่างง่ายรับแรงกระทำแบบแผ่สม่ำเสมอ w ตลอดช่วงคาน และแรงกระทำเป็นจุด P จงหาโมเมนต์ดัดสูงสุด Mmax ในคาน
L = 5 mP = 60 kN ที่ 2.5 mw = 4 kN/m จาก 0 ถึง 5 m
Mmax = kN·m
7.เซนทรอยด์และโมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่ปานกลาง
แผ่น 150 mm × 300 mm มีรูกลมเส้นผ่านศูนย์กลาง 50 mm บนเส้นกึ่งกลางแนวดิ่ง โดยจุดศูนย์กลางอยู่สูงจากด้านล่าง 120 mm จงหาโมเมนต์ที่สองของพื้นที่ Ix รอบแกนนอนที่ผ่านเซนทรอยด์
b = 150 mmh = 300 mmd = 50 mmจุดศูนย์กลางของรู: y = 120 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
8.เซนทรอยด์และโมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่ยาก
คานเหล็กหล่อมีหน้าตัดรูปตัว T ตามที่แสดง โดยปีกอยู่ด้านบน ความเค้นที่ยอมให้คือ 35 MPa สำหรับแรงดึง และ 100 MPa สำหรับแรงอัด จงหาโมเมนต์ดัดโค้งคว่ำมากที่สุด Mallow ที่คานรับได้ (ตอบเป็นขนาด)
bf = 120 mmtf = 15 mmtw = 14 mmhw = 160 mmσt,allow = 35 MPaσc,allow = 100 MPa
Mallow = kN·m
9.วงกลมของมอร์และการแปลงความเค้นปานกลาง
จุดหนึ่งในชิ้นส่วนที่รับน้ำหนักมี σₓ = −40 MPa, σᵧ = 110 MPa และ τₓᵧ = −50 MPa (ความเค้นดึงเป็นบวก) หาความเค้นเฉือนในระนาบที่มากที่สุด τmax
σx = −40 MPaσy = 110 MPaτxy = −50 MPa
τmax = MPa
10.วงกลมของมอร์และการแปลงความเค้นยาก
เพลาตันเส้นผ่านศูนย์กลาง 60 mm รับ โมเมนต์ดัด 500 N·m ร่วมกับแรงบิด 500 N·m ที่ผิวด้านบน ซึ่งความเค้นดัดเป็นแรงดึงและมีค่ามากที่สุด จงหาความเค้นหลักตัวใหญ่ที่สุด σ1
d = 60 mmM = 500 N·mT = 500 N·m
σ1 = MPa
11.การแอ่นตัวของคานปานกลาง
คานรับแรงสองจุดรับน้ำหนักแผ่สม่ำเสมอ w ตลอดช่วงคาน หาระยะแอ่นสูงสุด δmax ที่กึ่งกลางช่วง
w = 5 kN/mL = 5 mE = 70 GPa (อะลูมิเนียม)I = 36 × 10⁶ mm⁴
δmax = mm
12.การแอ่นตัวของคานยาก
คานรับแรงสองจุดรับน้ำหนักแผ่สม่ำเสมอ w ระยะแอ่นต้องไม่เกิน ช่วงคาน/360 หาโมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่ Ireq ที่น้อยที่สุดที่เป็นไปตามเกณฑ์นี้
w = 4 kN/mL = 5 mE = 200 GPa (เหล็กกล้า)
Ireq = × 10⁶ mm⁴
13.การโก่งเดาะของเสาปานกลาง
เสายาว L ทำจากเหล็กกล้า โดยยึดแน่นที่ฐานและยึดด้วยหมุดที่ปลายบน ใช้สูตรของออยเลอร์หาน้ำหนักวิกฤตที่ทำให้โก่งเดาะ Pcr
L = 6 mE = 200 GPa (เหล็กกล้า)d = 40 mm
Pcr = kN
14.การโก่งเดาะของเสายาก
เสายาว L ทำจากเหล็กกล้า โดยยึดแน่นทั้งสองปลาย หาค่าความเพรียวและความเค้นวิกฤต σcr จากสูตรของออยเลอร์
L = 2.5 mE = 200 GPa (เหล็กกล้า)d = 50 mm
σcr = MPa
3สารละลาย
1.ความเค้นและความเครียดตามแนวแกน
คำตอบ: δ = 6.048 mm
กฎของฮุก: ในช่วงยืดหยุ่น σ = E·ε เมื่อรวมกับ σ = P/A และ ε = δ/L จะได้ δ = PL/(AE)
ความเค้น
A = π·10²/4 = 78.54 mm²
σ = P/A = 95·1000/78.54 = 1210 MPa
ความเครียด (กฎของฮุก)
E for ทองเหลือง = 100 GPa = 100000 MPa.
ε = σ/E = 1210/100000 = 0.0121 = 12096 µε
ความยืด
δ = ε·L = 0.0121·500 mm = 6.048 mm
คำตอบ
δ = 6.048 mm
2.ความเค้นและความเครียดตามแนวแกน
คำตอบ: σ2 = 9.333 MPa
วัสดุสองชนิด: แบบอนุกรม (ต่อกันทีละส่วน) ทุกส่วนรับแรงเท่ากันและการยืดตัวบวกกัน: δ = P·Σ L/(E·A) แบบขนาน (วางเคียงกันระหว่างแผ่นแข็ง) ทั้งสองส่วนหดเท่ากัน ดังนั้นความเครียดเท่ากัน: ส่วนที่แข็งกว่ารับสัดส่วนมากกว่า Pi = P·EiAi/ΣEA และ σi = Ei·ε แท่งที่ยึดระหว่างผนังแข็งสองด้านโดยมีโหลดที่รอยต่อเป็นโครงสร้างอินดีเทอร์มิเนต: สองส่วนแบ่งโหลดตามสัดส่วนความแข็ง k = EA/L
ความแข็ง
k₁ = 200000·1257/500 = 502655 N/mm
k₂ = 70000·706.9/200 = 247400 N/mm
ส่วนแบ่งของท่อนที่ 2
F2 = 20000·247400/750055 = 6597 N
ความเค้น
σ2 = 6597/706.9 = 9.333 MPa (แรงอัด)
คำตอบ
σ2 = 9.333 MPa
3.การบิดของเพลา
คำตอบ: d = 34.75 mm
การบิดของเพลากลม: ความเค้นเฉือนเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงจากศูนย์ที่ศูนย์กลางถึง τmax = T·r/J ที่ผิว โดย J = πd⁴/32 สำหรับเพลาตัน และ J = π(do⁴ − di⁴)/32 สำหรับเพลากลวง มุมบิดคือ φ = TL/(GJ) เป็นเรเดียน กำลังและแรงบิดสัมพันธ์กันด้วย P = T·ω
โมเมนต์ความเฉื่อยเชิงขั้วที่ต้องการ
T = 400 N·m = 400000 N·mm
L = 1.5 m = 1500 mm
G = 80 GPa = 80000 MPa
φ = 3·π/180 = 0.05236 rad
J = TL/(Gφ) = 400000·1500/(80000·0.05236) = 143239 mm⁴
เส้นผ่านศูนย์กลาง
d = (32J/π)1/4 = 34.75 mm
คำตอบ
d = 34.75 mm
ในทางปฏิบัติควรปัดขึ้นเป็นขนาดมาตรฐานถัดไป
4.การบิดของเพลา
คำตอบ: do = 10.52 mm
การบิดของเพลากลม: ความเค้นเฉือนเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงจากศูนย์ที่ศูนย์กลางถึง τmax = T·r/J ที่ผิว โดย J = πd⁴/32 สำหรับเพลาตัน และ J = π(do⁴ − di⁴)/32 สำหรับเพลากลวง มุมบิดคือ φ = TL/(GJ) เป็นเรเดียน กำลังและแรงบิดสัมพันธ์กันด้วย P = T·ω
แรงบิด
ω = 2πN/60 = 2π·3000/60 = 314.2 rad/s
T = P/ω = 5000/314.2 = 15.92 N·m
เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกจากความเค้นที่ยอมให้
T = 15.92 N·m = 15915 N·mm
1 − k⁴ = 1 − 0.6⁴ = 0.8704
do = ∛(16T/(π·τallow·(1 − k⁴))) = ∛(16·15915/(π·80·0.8704)) = 10.52 mm
di = 0.6·10.52 = 6.312 mm
คำตอบ
do = 10.52 mm
เพลาตันต้องมี d = 10.04 mm เพลากลวงใหญ่กว่าเล็กน้อยแต่เบากว่ามาก
5.แรงเฉือนและโมเมนต์ดัด
คำตอบ: Mmax = 53.33 kN·m
วิธีหน้าตัด: ตัดคานตรงจุดที่ต้องการหาแรงภายในแล้วเก็บไว้ด้านหนึ่ง แรงเฉือน V สมดุลกับแรงแนวดิ่งทางด้านนั้น และโมเมนต์ดัด M สมดุลกับโมเมนต์ของแรงเหล่านั้นรอบรอยตัด โมเมนต์สูงสุด: เนื่องจาก dM/dx = V โมเมนต์ดัดจึงมีค่าสูงสุดที่ตำแหน่งซึ่งแรงเฉือนผ่านศูนย์ ซึ่งอาจเป็นที่แรงกระทำเป็นจุดหรืออยู่ภายในแรงกระทำแบบแผ่
ปฏิกิริยาที่จุดรองรับ
สมดุลของคานทั้งตัว
ΣMA = 0: RB·6 = 30·1.5 + 55·5
RB = 320/6 = 53.33 kN
ΣFy = 0: RA = 85 − 53.33 = 31.67 kN
โมเมนต์ใต้แต่ละแรง
เก็บส่วนทางซ้ายของแต่ละแรงไว้
ใต้ P1: M = RA·1.5 = 31.67·1.5 = 47.5 kN·m
ใต้ P2: M = RB·1 = 53.33·1 = 53.33 kN·m
ค่าที่มากที่สุด
Mmax = 53.33 kN·m (ใต้ P2)
คำตอบ
Mmax = 53.33 kN·m
6.แรงเฉือนและโมเมนต์ดัด
คำตอบ: Mmax = 87.5 kN·m
วิธีหน้าตัด: ตัดคานตรงจุดที่ต้องการหาแรงภายในแล้วเก็บไว้ด้านหนึ่ง แรงเฉือน V สมดุลกับแรงแนวดิ่งทางด้านนั้น และโมเมนต์ดัด M สมดุลกับโมเมนต์ของแรงเหล่านั้นรอบรอยตัด โมเมนต์สูงสุด: เนื่องจาก dM/dx = V โมเมนต์ดัดจึงมีค่าสูงสุดที่ตำแหน่งซึ่งแรงเฉือนผ่านศูนย์ ซึ่งอาจเป็นที่แรงกระทำเป็นจุดหรืออยู่ภายในแรงกระทำแบบแผ่
ปฏิกิริยาที่จุดรองรับ
สมดุลของคานทั้งตัว
แรงลัพธ์ของน้ำหนักแผ่สม่ำเสมอ: W = w·ℓ = 4·5 = 20 kN กระทำที่ x̄ = 2.5 m
ΣMA = 0: RB·5 = 60·2.5 + 4·5·2.5
RB = 200/5 = 40 kN
ΣFy = 0: RA = 80 − 40 = 40 kN
V = 0 ที่ใด
V(2.5⁻) = RA − w·2.5 = 30 kN
V(2.5⁺) = 30 − 60 = −30 kN
แรงเฉือนเปลี่ยนเครื่องหมายที่แรงกระทำ ดังนั้นค่าสูงสุดอยู่ใต้แรงกระทำ
โมเมนต์สูงสุด
Mmax = RA·2.5 − w·2.5²/2 = 40·2.5 − 4·2.5²/2 = 87.5 kN·m
คำตอบ
Mmax = 87.5 kN·m
เกิดที่ x = 2.5 m จาก A
7.เซนทรอยด์และโมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่
คำตอบ: Ix = 335.3 × 10⁶ mm⁴
หน้าตัดที่มีรู: ถือว่ารูเป็นพื้นที่ลบ เซนทรอยด์คือ ȳ = (A₁y₁ − A₂y₂)/(A₁ − A₂) โดย A₁, y₁ เป็นของแผ่นเต็ม และ A₂, y₂ เป็นของรู สำหรับโมเมนต์ที่สองของพื้นที่รอบแกนที่ผ่านเซนทรอยด์ ให้ใช้ทฤษฎีบทแกนขนานกับแต่ละส่วนแล้วลบรู: I = (Ic1 + A₁d₁²) − (Ic2 + A₂d₂²) โดย d คือระยะจากเซนทรอยด์ของแต่ละส่วนไปยังแกนที่ผ่าน ȳ สี่เหลี่ยมผืนผ้ามี Ic = bh³/12 และวงกลมมี Ic = πd⁴/64
เซนทรอยด์
ȳ = (45000·150 − 1963·120)/(45000 − 1963) = 151.4 mm
แผ่นเต็มรอบ ȳ
150·300³/12 + 45000·−1.369² = 337.6 × 10⁶ mm⁴
รูรอบ ȳ
π·50⁴/64 + 1963·−31.37² = 2.239 × 10⁶ mm⁴
ลบ
Ix = 335.3 × 10⁶ mm⁴
คำตอบ
Ix = 335.3 × 10⁶ mm⁴
8.เซนทรอยด์และโมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่
คำตอบ: Mallow = 7.781 kN·m
พื้นที่ประกอบ: แบ่งหน้าตัดเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า เซนทรอยด์คือค่าเฉลี่ยถ่วงน้ำหนักด้วยพื้นที่ ȳ = ΣAᵢyᵢ/ΣAᵢ โมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่รอบแกนที่ผ่านเซนทรอยด์ได้จากการบวก bh³/12 ของแต่ละส่วนกับพจน์แกนขนาน A·d² โดย d คือระยะจากเซนทรอยด์ของส่วนนั้นถึงเซนทรอยด์รวม ความเค้นดัดคือ σ = M·y/I
เซนทรอยด์
ȳ = (1800·167.5 + 2240·80)/4040 = 119 mm
ขอบบน: c = 175 − 119 = 56.01 mm
โมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่
I = 120·15³/12 + 1800·48.51² + 14·160³/12 + 2240·38.99² = 1.245 × 10⁷ mm⁴
โมเมนต์ที่แต่ละขอบยอมให้
โค้งคว่ำ: ด้านบนรับแรงดึง ด้านล่างรับแรงอัด
ขอบบน: M = 35·1.245 × 10⁷/56.01 = 7.781 kN·m
ขอบล่าง: M = 100·1.245 × 10⁷/119 = 10.47 kN·m
ค่าที่เป็นตัวกำหนด
Mallow = min = 7.781 kN·m (ขอบบน)
คำตอบ
Mallow = 7.781 kN·m
9.วงกลมของมอร์และการแปลงความเค้น
คำตอบ: τmax = 90.14 MPa
การแปลงความเค้นระนาบ: บนระนาบที่หมุนไป θ σ = (σₓ + σᵧ)/2 + (σₓ − σᵧ)/2·cos 2θ + τₓᵧ·sin 2θ วงกลมของมอร์แสดงทุกระนาบพร้อมกัน ศูนย์กลางอยู่ที่ C = (σₓ + σᵧ)/2 และรัศมีคือ R = √(((σₓ − σᵧ)/2)² + τₓᵧ²) ความเค้นหลักคือ C ± R และความเค้นเฉือนในระนาบที่มากที่สุดคือ R
รัศมีของวงกลมมอร์
τmax = R = √(((−40 − 110)/2)² + −50²) = 90.14 MPa
คำตอบ
τmax = 90.14 MPa
10.วงกลมของมอร์และการแปลงความเค้น
คำตอบ: σ1 = 28.46 MPa
การแปลงความเค้นระนาบ: บนระนาบที่หมุนไป θ σ = (σₓ + σᵧ)/2 + (σₓ − σᵧ)/2·cos 2θ + τₓᵧ·sin 2θ วงกลมของมอร์แสดงทุกระนาบพร้อมกัน ศูนย์กลางอยู่ที่ C = (σₓ + σᵧ)/2 และรัศมีคือ R = √(((σₓ − σᵧ)/2)² + τₓᵧ²) ความเค้นหลักคือ C ± R และความเค้นเฉือนในระนาบที่มากที่สุดคือ R
ความเค้นที่ผิว
σ = 32M/(πd³) = 32·500000/(π·60³) = 23.58 MPa
τ = 16T/(πd³) = 16·500000/(π·60³) = 11.79 MPa
วงกลมของมอร์
C = σ/2 = 11.79 MPa
R = √(11.79² + 11.79²) = 16.67 MPa
σ1 = C + R = 28.46 MPa
σ2 = C − R = −4.883 MPa
คำตอบ
σ1 = 28.46 MPa
11.การแอ่นตัวของคาน
คำตอบ: δmax = 16.15 mm
การแอ่นตัวของคาน: ระยะแอ่นได้จากการอินทิเกรตความโค้ง M/(EI) สองครั้ง กรณีมาตรฐานมีตารางให้ เช่น PL³/(3EI) สำหรับคานยื่นที่รับแรงที่ปลาย และ 5wL⁴/(384EI) สำหรับคานรับแรงสองจุดที่รับน้ำหนักแผ่สม่ำเสมอเต็มช่วง ระยะแอ่นจากน้ำหนักแต่ละตัวบวกกันได้ (การซ้อนทับ)
หน่วยที่สอดคล้องกัน
คำนวณเป็น N และ mm: P เป็น N, w เป็น N/mm (kN/m = N/mm), L เป็น mm, E เป็น N/mm² (GPa × 1000), I เป็น mm⁴
w = 5 N/mm, L = 5000 mm
EI = 2.52 × 10¹² N·mm²
ระยะแอ่น
δmax = 5wL⁴/(384EI) = 5·5·5000⁴/(384·2.52 × 10¹²) = 16.15 mm
คำตอบ
δmax = 16.15 mm
12.การแอ่นตัวของคาน
คำตอบ: Ireq = 11.72 × 10⁶ mm⁴
การแอ่นตัวของคาน: ระยะแอ่นได้จากการอินทิเกรตความโค้ง M/(EI) สองครั้ง กรณีมาตรฐานมีตารางให้ เช่น PL³/(3EI) สำหรับคานยื่นที่รับแรงที่ปลาย และ 5wL⁴/(384EI) สำหรับคานรับแรงสองจุดที่รับน้ำหนักแผ่สม่ำเสมอเต็มช่วง ระยะแอ่นจากน้ำหนักแต่ละตัวบวกกันได้ (การซ้อนทับ)
เกณฑ์ระยะแอ่น
δallow = L/360 = 5000/360 = 13.89 mm
โมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่ที่ต้องการ
I = 5wL⁴/(384·E·δallow) = 5·4·5000⁴/(384·200000·13.89) = 1.172 × 10⁷ mm⁴
Ireq = 11.72 × 10⁶ mm⁴
คำตอบ
Ireq = 11.72 × 10⁶ mm⁴
13.การโก่งเดาะของเสา
คำตอบ: Pcr = 14.06 kN
การโก่งเดาะของออยเลอร์: เสาเพรียวจะไม่เสถียรที่ Pcr = π²EI/(KL)² โดย KL คือความยาวประสิทธิผล: K = 1 สำหรับหมุด–หมุด, 2 สำหรับยึดแน่น–อิสระ, 0.7 สำหรับยึดแน่น–หมุด และ 0.5 สำหรับยึดแน่น–ยึดแน่น เสาจะโก่งเดาะรอบแกนที่มี I น้อยที่สุด สูตรนี้ใช้ได้กับเสาเพรียวซึ่งความเค้นวิกฤตยังต่ำกว่าความเค้นครากของวัสดุ
โมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่ที่น้อยที่สุด
หน้าตัดกลมมี I เท่ากันรอบทุกแกน
I = πd⁴/64 = π·40⁴/64 = 125664 mm⁴
ความยาวประสิทธิผล
KL = 0.7·6000 = 4200 mm
น้ำหนักวิกฤต
Pcr = π²EI/(KL)² = π²·200000·125664/4200² = 14062 N = 14.06 kN
คำตอบ
Pcr = 14.06 kN
14.การโก่งเดาะของเสา
คำตอบ: σcr = 197.4 MPa
การโก่งเดาะของออยเลอร์: เสาเพรียวจะไม่เสถียรที่ Pcr = π²EI/(KL)² โดย KL คือความยาวประสิทธิผล: K = 1 สำหรับหมุด–หมุด, 2 สำหรับยึดแน่น–อิสระ, 0.7 สำหรับยึดแน่น–หมุด และ 0.5 สำหรับยึดแน่น–ยึดแน่น เสาจะโก่งเดาะรอบแกนที่มี I น้อยที่สุด สูตรนี้ใช้ได้กับเสาเพรียวซึ่งความเค้นวิกฤตยังต่ำกว่าความเค้นครากของวัสดุ
โมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่ที่น้อยที่สุด
หน้าตัดกลมมี I เท่ากันรอบทุกแกน
I = πd⁴/64 = π·50⁴/64 = 306796 mm⁴
รัศมีไจเรชันและความเพรียว
A = 1963 mm²
r = √(I/A) = √(306796/1963) = 12.5 mm
KL = 0.5·2500 = 1250 mm
KL/r = 1250/12.5 = 100
ความเค้นวิกฤต
σcr = π²E/(KL/r)² = π²·200000/100² = 197.4 MPa
คำตอบ
σcr = 197.4 MPa
ExamProblems · examproblems.com/courses/mechanics-of-materials