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 ของแท่งเหล็กกล้าภายใต้แรงตามแนวแกน
P = 25 kNd = 25 mmL = 1.5 mE = 200 GPa
δ = mm
2.ความเค้นและความเครียดตามแนวแกนยาก
แท่งขั้นบันไดถูกยึดติดกับผนังและรับแรงที่ปลายอิสระ หาความยืดรวม δ
P = 30 kNช่วงที่ 1: Ø40 mm, 1 m, เหล็กกล้า (E = 200 GPa)ช่วงที่ 2: Ø16 mm, 1 m, เหล็กกล้า (E = 200 GPa)
δ = mm
3.การบิดของเพลาปานกลาง
เพลาตันอะลูมิเนียมถูกยึดติดกับผนังและถูกบิดด้วยแรงบิด T ที่ปลายอิสระ หามุมบิด φ ของปลายอิสระ ในหน่วยองศา
T = 1000 N·md = 50 mmL = 3 mG = 26 GPa
φ = °
4.การบิดของเพลายาก
เพลากลวงส่งกำลัง 100 kW ที่ 1500 rpm หาความเค้นเฉือนสูงสุด τmax ในเพลา
P = 100 kWN = 1500 rpmdo = 75 mmdi = 53 mm
τmax = MPa
5.แรงเฉือนและโมเมนต์ดัดปานกลาง
หาโมเมนต์ดัด Mx ที่หน้าตัด x = 2.5 m จากจุดรองรับ A ให้โมเมนต์ที่ทำให้คานแอ่นลงเป็นบวก และแรงเฉือนที่ชี้ขึ้นบนหน้าซ้ายเป็นบวก
L = 6 mw = 10 kN/m จาก 0 ถึง 6 mx = 2.5 m
Mx = kN·m
6.แรงเฉือนและโมเมนต์ดัดยาก
คานช่วงเดียวรองรับอย่างง่ายรับแรงกระทำแบบแผ่สม่ำเสมอ w ตลอดช่วงคาน และแรงกระทำเป็นจุด P จงหาโมเมนต์ดัดสูงสุด Mmax ในคาน
L = 5 mP = 65 kN ที่ 1.5 mw = 4 kN/m จาก 0 ถึง 5 m
Mmax = kN·m
7.เซนทรอยด์และโมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่ปานกลาง
หาโมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่ Ix ของหน้าตัดรูปตัว T รอบแกนนอน x ที่ผ่านเซนทรอยด์
bf = 200 mmtf = 15 mmtw = 14 mmhw = 220 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
8.เซนทรอยด์และโมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่ยาก
หน้าตัดรูปตัว T ใช้เป็นคานโดยให้ปีกอยู่ด้านบน และรับโมเมนต์ดัดที่ทำให้แอ่นลง 40 kN·m หาความเค้นดัด σล่าง ที่ขอบล่าง
bf = 260 mmtf = 10 mmtw = 14 mmhw = 260 mmM = 40 kN·m
σล่าง = MPa
9.วงกลมของมอร์และการแปลงความเค้นปานกลาง
จุดหนึ่งมี σₓ = 120 MPa และ σᵧ = −50 MPa ความเค้นเฉือน τxy (ขนาด) เพิ่มได้มากที่สุดเท่าใดก่อนที่ความเค้นหลักตัวใหญ่ที่สุดจะถึง 180 MPa
σx = 120 MPaσy = −50 MPaσ1 = 180 MPa
τxy = MPa
10.วงกลมของมอร์และการแปลงความเค้นยาก
เพลาตันเส้นผ่านศูนย์กลาง 25 mm รับ แรงอัดตามแนวแกน 80 kN ร่วมกับแรงบิด 200 N·m ที่ผิวของเพลา จงหาความเค้นหลักตัวใหญ่ที่สุด σ1
d = 25 mmF = −80 kNT = 200 N·m
σ1 = MPa
11.การแอ่นตัวของคานปานกลาง
คานรับแรงสองจุดรับน้ำหนักแผ่สม่ำเสมอ w ตลอดช่วงคาน หาระยะแอ่นสูงสุด δmax ที่กึ่งกลางช่วง
w = 2 kN/mL = 3 mE = 11 GPa (ไม้เนื้อแข็ง)I = 160 × 10⁶ mm⁴
δmax = mm
12.การแอ่นตัวของคานยาก
คานช่วงเดียวรองรับอย่างง่ายรับแรงกระทำเป็นจุด P ที่ b = 1 m จากจุดรองรับ B จงหาการโก่งตัว δmid ที่กึ่งกลางช่วงคาน
P = 15 kNb = 1 mL = 6 mE = 200 GPa (เหล็กกล้า)I = 57 × 10⁶ mm⁴
δmid = mm
13.การโก่งเดาะของเสาปานกลาง
เสายาว L ทำจากเหล็กกล้า โดยยึดด้วยหมุดทั้งสองปลาย ใช้สูตรของออยเลอร์หาน้ำหนักวิกฤตที่ทำให้โก่งเดาะ Pcr
L = 1.5 mE = 200 GPa (เหล็กกล้า)d = 30 mm
Pcr = kN
14.การโก่งเดาะของเสายาก
เสากลมตันยาว L ทำจากอะลูมิเนียม โดยยึดแน่นที่ฐานและอิสระที่ปลายบน ต้องรับ 20 kN ด้วยตัวประกอบความปลอดภัย 2.5 ต่อการโก่งเดาะ หาเส้นผ่านศูนย์กลางที่เล็กที่สุด d
P = 20 kNn = 2.5L = 5 mE = 70 GPa (อะลูมิเนียม)
d = mm
3สารละลาย
1.ความเค้นและความเครียดตามแนวแกน
คำตอบ: δ = 0.382 mm
กฎของฮุก: ในช่วงยืดหยุ่น σ = E·ε เมื่อรวมกับ σ = P/A และ ε = δ/L จะได้ δ = PL/(AE)
ความเค้น
A = π·25²/4 = 490.9 mm²
σ = P/A = 25·1000/490.9 = 50.93 MPa
ความเครียด (กฎของฮุก)
E for เหล็กกล้า = 200 GPa = 200000 MPa.
ε = σ/E = 50.93/200000 = 0.0002546 = 254.6 µε
ความยืด
δ = ε·L = 0.0002546·1500 mm = 0.382 mm
คำตอบ
δ = 0.382 mm
2.ความเค้นและความเครียดตามแนวแกน
คำตอบ: δ = 0.8654 mm
ชิ้นส่วนรับแรงตามแนวแกน: แต่ละช่วงที่มีหน้าตัดคงที่เป็นไปตาม δ = PL/(AE) สำหรับชิ้นส่วนที่ต่ออนุกรมกัน ความยืดจะบวกกัน
แรงเท่ากันทั้งสองช่วง
ปลายอิสระรับแรง P ดังนั้นทุกส่วนของแท่งมีแรงตามแนวแกน P เท่ากัน มีเพียงพื้นที่และวัสดุที่เปลี่ยนไป
A1 = π·40²/4 = 1257 mm², A2 = π·16²/4 = 201.1 mm²
σ1 = 23.87 MPa
σ2 = 149.2 MPa
รวมความยืดของแต่ละช่วง
δ1 = σ1L1/E1 = 23.87·1000/200000 = 0.1194 mm
δ2 = σ2L2/E2 = 149.2·1000/200000 = 0.746 mm
δ = δ1 + δ2 = 0.8654 mm
คำตอบ
δ = 0.8654 mm
3.การบิดของเพลา
คำตอบ: φ = 10.77 °
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
โมเมนต์ความเฉื่อยเชิงขั้วของพื้นที่
J = π·50⁴/32 = 613592 mm⁴
มุมบิด
φ = TL/(GJ) = 1000·1000·3000/(26000·613592) = 0.188 rad
φ = 0.188·180/π = 10.77°
คำตอบ
φ = 10.77°
4.การบิดของเพลา
คำตอบ: τmax = 10.24 MPa
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·1500/60 = 157.1 rad/s
T = P/ω = 100000/157.1 = 636.6 N·m
โมเมนต์ความเฉื่อยเชิงขั้วของพื้นที่
J = π(75⁴ − 53⁴)/32 = 2.332 × 10⁶ mm⁴
ความเค้นเฉือนสูงสุด
τmax = T·(do/2)/J = 636620·37.5/2.332 × 10⁶ = 10.24 MPa
คำตอบ
τmax = 10.24 MPa
5.แรงเฉือนและโมเมนต์ดัด
คำตอบ: Mx = 43.75 kN·m
วิธีหน้าตัด: ตัดคานตรงจุดที่ต้องการหาแรงภายในแล้วเก็บไว้ด้านหนึ่ง แรงเฉือน V สมดุลกับแรงแนวดิ่งทางด้านนั้น และโมเมนต์ดัด M สมดุลกับโมเมนต์ของแรงเหล่านั้นรอบรอยตัด
ปฏิกิริยาที่จุดรองรับ
สมดุลของคานทั้งตัว
แรงลัพธ์ของน้ำหนักแผ่สม่ำเสมอ: W = w·ℓ = 10·6 = 60 kN กระทำที่ x̄ = 3 m
ΣMA = 0: RB·6 = 10·6·3
RB = 180/6 = 30 kN
ΣFy = 0: RA = 60 − 30 = 30 kN
ตัดที่ x = 2.5 m และเก็บส่วนทางซ้ายไว้
มีเฉพาะแรงทางซ้ายของรอยตัดเท่านั้น ส่วนของน้ำหนักแผ่สม่ำเสมอกระทำเป็นแรงเดียวที่กึ่งกลางของส่วนนั้น
M = RA·x − (น้ำหนักบรรทุกแต่ละตัวทางซ้ายของรอยตัด × ระยะถึงรอยตัด)
Mx = 30·2.5 − 10·2.5·1.25 = 43.75 kN·m
คำตอบ
Mx = 43.75 kN·m
6.แรงเฉือนและโมเมนต์ดัด
คำตอบ: Mmax = 78.75 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 = 65·1.5 + 4·5·2.5
RB = 147.5/5 = 29.5 kN
ΣFy = 0: RA = 85 − 29.5 = 55.5 kN
V = 0 ที่ใด
V(1.5⁻) = RA − w·1.5 = 49.5 kN
V(1.5⁺) = 49.5 − 65 = −15.5 kN
แรงเฉือนเปลี่ยนเครื่องหมายที่แรงกระทำ ดังนั้นค่าสูงสุดอยู่ใต้แรงกระทำ
โมเมนต์สูงสุด
Mmax = RA·1.5 − w·1.5²/2 = 55.5·1.5 − 4·1.5²/2 = 78.75 kN·m
คำตอบ
Mmax = 78.75 kN·m
เกิดที่ x = 1.5 m จาก A
7.เซนทรอยด์และโมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่
คำตอบ: Ix = 33.46 × 10⁶ mm⁴
พื้นที่ประกอบ: แบ่งหน้าตัดเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า เซนทรอยด์คือค่าเฉลี่ยถ่วงน้ำหนักด้วยพื้นที่ ȳ = ΣAᵢyᵢ/ΣAᵢ โมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่รอบแกนที่ผ่านเซนทรอยด์ได้จากการบวก bh³/12 ของแต่ละส่วนกับพจน์แกนขนาน A·d² โดย d คือระยะจากเซนทรอยด์ของส่วนนั้นถึงเซนทรอยด์รวม ความเค้นดัดคือ σ = M·y/I
แบ่งเป็นสี่เหลี่ยมผืนผ้าสองรูป
วัดทุกค่า y จากขอบล่าง
ปีก: Af = 200·15 = 3000 mm², yf = 220 + 15/2 = 227.5 mm
เอว: Aw = 14·220 = 3080 mm², yw = 220/2 = 110 mm
เซนทรอยด์
ȳ = (Afyf + Awyw)/(Af + Aw) = (3000·227.5 + 3080·110)/6080 = 168 mm
ทฤษฎีบทแกนขนาน
ปีก: 200·15³/12 + 3000·(227.5 − 168)² = 1.069 × 10⁷ mm⁴
เอว: 14·220³/12 + 3080·(110 − 168)² = 2.278 × 10⁷ mm⁴
Ix = 1.069 × 10⁷ + 2.278 × 10⁷ = 3.346 × 10⁷ mm⁴ = 33.46 × 10⁶ mm⁴
คำตอบ
Ix = 33.46 × 10⁶ mm⁴
8.เซนทรอยด์และโมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่
คำตอบ: σล่าง = 154.7 MPa
พื้นที่ประกอบ: แบ่งหน้าตัดเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า เซนทรอยด์คือค่าเฉลี่ยถ่วงน้ำหนักด้วยพื้นที่ ȳ = ΣAᵢyᵢ/ΣAᵢ โมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่รอบแกนที่ผ่านเซนทรอยด์ได้จากการบวก bh³/12 ของแต่ละส่วนกับพจน์แกนขนาน A·d² โดย d คือระยะจากเซนทรอยด์ของส่วนนั้นถึงเซนทรอยด์รวม ความเค้นดัดคือ σ = M·y/I
แบ่งเป็นสี่เหลี่ยมผืนผ้าสองรูป
วัดทุกค่า y จากขอบล่าง
ปีก: Af = 260·10 = 2600 mm², yf = 260 + 10/2 = 265 mm
เอว: Aw = 14·260 = 3640 mm², yw = 260/2 = 130 mm
เซนทรอยด์
ȳ = (Afyf + Awyw)/(Af + Aw) = (2600·265 + 3640·130)/6240 = 186.3 mm
ทฤษฎีบทแกนขนาน
ปีก: 260·10³/12 + 2600·(265 − 186.3)² = 1.615 × 10⁷ mm⁴
เอว: 14·260³/12 + 3640·(130 − 186.3)² = 3.202 × 10⁷ mm⁴
Ix = 1.615 × 10⁷ + 3.202 × 10⁷ = 4.817 × 10⁷ mm⁴
ความเค้นดัด
ขอบล่างอยู่ห่างจากแกน ȳ
y = 186.3 mm
σ = M·y/I = 4 × 10⁷·186.3/4.817 × 10⁷ = 154.7 MPa
คำตอบ
σล่าง = 154.7 MPa
9.วงกลมของมอร์และการแปลงความเค้น
คำตอบ: τxy = 117.5 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
รัศมีที่ต้องการ
C = (120 + (−50))/2 = 35 MPa
R = σ1 − C = 180 − 35 = 145 MPa
ความเค้นเฉือน
τxy = √(R² − ((σₓ − σᵧ)/2)²) = √(145² − 85²) = 117.5 MPa
คำตอบ
τxy = 117.5 MPa
10.วงกลมของมอร์และการแปลงความเค้น
คำตอบ: σ1 = 22.87 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 = F/A = −80000/(π·25²/4) = −80000/490.9 = −163 MPa
τ = 16T/(πd³) = 16·200000/(π·25³) = 65.19 MPa
วงกลมของมอร์
C = σ/2 = −81.49 MPa
R = √((−81.49)² + 65.19²) = 104.4 MPa
σ1 = C + R = 22.87 MPa
σ2 = C − R = −185.8 MPa
คำตอบ
σ1 = 22.87 MPa
11.การแอ่นตัวของคาน
คำตอบ: δmax = 1.199 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 = 2 N/mm, L = 3000 mm
EI = 1.76 × 10¹² N·mm²
ระยะแอ่น
δmax = 5wL⁴/(384EI) = 5·2·3000⁴/(384·1.76 × 10¹²) = 1.199 mm
คำตอบ
δmax = 1.199 mm
12.การแอ่นตัวของคาน
คำตอบ: δmid = 2.851 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
P = 15000 N, b = 1000 mm, L = 6000 mm
EI = 1.14 × 10¹³ N·mm²
การโก่งตัวที่กึ่งกลางช่วงคาน
δmid = Pb(3L² − 4b²)/(48EI) = 15000·1000·(3·6000² − 4·1000²)/(48·1.14 × 10¹³) = 2.851 mm
คำตอบ
δmid = 2.851 mm
13.การโก่งเดาะของเสา
คำตอบ: Pcr = 34.88 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·30⁴/64 = 39761 mm⁴
ความยาวประสิทธิผล
KL = 1·1500 = 1500 mm
น้ำหนักวิกฤต
Pcr = π²EI/(KL)² = π²·200000·39761/1500² = 34882 N = 34.88 kN
คำตอบ
Pcr = 34.88 kN
14.การโก่งเดาะของเสา
คำตอบ: d = 110.2 mm
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
น้ำหนักวิกฤตที่ต้องการ
Pcr = n·P = 2.5·20000 = 50000 N
KL = 2·5000 = 10000 mm
แก้หาเส้นผ่านศูนย์กลาง
d = (64·n·P·(KL)²/(π³E))^(1/4) = (64·50000·10000²/(π³·70000))^(1/4) = 110.2 mm
คำตอบ
d = 110.2 mm
ตรวจสอบ: ค่าความเพรียว KL/r คือ 363 ดังนั้นเสาเป็นเสาเพรียวและใช้สูตรออยเลอร์ได้
ExamProblems · examproblems.com/courses/mechanics-of-materials