สถิตยศาสตร์: ชุดสรุปเร่งรัด

สรุปสูตร ขั้นตอนวิธีทำที่สำคัญของทุกหัวข้อ และโจทย์ฝึก 12 ข้อ พร้อมเฉลยละเอียดไว้ท้ายเล่ม

โจทย์ใหม่กลับไปที่รายวิชา

ในหน้าต่างพิมพ์ ให้เลือก “บันทึกเป็น PDF” เพื่อเก็บสำเนาไว้ในอุปกรณ์ของคุณ

1สูตรและวิธีทำ

เวกเตอร์: ผลคูณจุดและผลคูณไขว้

ขนาด
|a| = √(ax² + ay² + az²)
เวกเตอร์หนึ่งหน่วย
û = a/|a|
องค์ประกอบจากมุม
Fx = F·cos θ, Fy = F·sin θ
ผลคูณจุด
a·b = axbx + ayby + azbz = |a||b|cos θ
โพรเจกชันสเกลาร์ของ a บน b
a·b/|b|
งาน
W = F·d
ผลคูณไขว้
a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx)
พื้นที่
สี่เหลี่ยมด้านขนาน |a × b|, สามเหลี่ยม ½|a × b|
โมเมนต์รอบ O
MO = r × F, r = A − O
ปริมาตรของทรงหกหน้าขนาน
V = |a·(b × c)|

วิธีการ

  1. เขียนทุกเวกเตอร์เป็นองค์ประกอบ สำหรับแรงที่ให้ด้วยขนาดและมุม ใช้ F·cos θ และ F·sin θ
  2. สำหรับความยาวและทิศทาง ใช้ขนาด √(x² + y² + z²) และเวกเตอร์หนึ่งหน่วย a/|a|
  3. ใช้ผลคูณจุดสำหรับมุม โพรเจกชัน การตั้งฉาก และงาน: a·b = |a||b|cos θ
  4. ใช้ผลคูณไขว้สำหรับเวกเตอร์ตั้งฉาก พื้นที่ และโมเมนต์: เขียนทั้งสามองค์ประกอบอย่างระมัดระวัง โดยคงลำดับ a × b

ปฏิกิริยาที่จุดรองรับของคาน

สมดุล
ΣFx = 0, ΣFy = 0, ΣM = 0
น้ำหนักแผ่สม่ำเสมอ
แรงลัพธ์ w·L ที่กึ่งกลางของน้ำหนัก
โมเมนต์
M = F·d

วิธีการ

  1. วาดแผนภาพวัตถุอิสระและแทนจุดรองรับแต่ละจุดด้วยแรงปฏิกิริยา
  2. แทนน้ำหนักแผ่ทุกชนิดด้วยแรงเดียวที่เซนทรอยด์ของมัน
  3. หาโมเมนต์รอบจุดรองรับหนึ่งเพื่อหาปฏิกิริยาที่อีกจุดหนึ่ง
  4. ใช้ ΣFy = 0 หาปฏิกิริยาที่เหลือ และตรวจสอบด้วยสมการโมเมนต์ที่สอง

โครงข่ายถัก: วิธีจุดต่อ

วิธีจุดต่อ
ΣFx = 0, ΣFy = 0 at each joint
วิธีหน้าตัด
ΣM = 0 about a cut point
แรงในชิ้นส่วน
บวก = แรงดึง ลบ = แรงอัด

วิธีการ

  1. หาปฏิกิริยาที่จุดรองรับจากโครงข่ายถักทั้งหมด
  2. วิธีจุดต่อ: เริ่มที่จุดต่อซึ่งมีแรงในชิ้นส่วนที่ไม่ทราบค่าไม่เกินสองตัว และใช้ ΣFx = 0 และ ΣFy = 0
  3. วิธีหน้าตัด: ตัดผ่านชิ้นส่วนที่ต้องการ และหาโมเมนต์รอบจุดที่ชิ้นส่วนที่ไม่ทราบค่าอื่นมาพบกัน
  4. สมมติว่าเป็นแรงดึง คำตอบที่เป็นลบหมายความว่าเป็นแรงอัด

โครงข้อแข็งและเครื่องกล

สมดุลของแต่ละชิ้นส่วน
ΣFx = 0, ΣFy = 0, ΣM = 0
ชิ้นส่วนรับแรงสองแรง
แรงตามแนวเส้นผ่านหมุดสองตัวของมัน
แรงที่หมุด
เท่ากันและตรงข้ามกันบนสองชิ้นส่วนที่มันเชื่อม
ขนาดของแรงที่หมุด
F = √(Fx² + Fy²)
คาน คีม และข้อเหวี่ยงรูปตัวแอล
Fin·a = Fout·b
ทอกเกิล
Flink = F/(2 sin θ), Q = F/(2 tan θ)
น้ำหนักแผ่สม่ำเสมอ
แรงลัพธ์ w·L ที่กึ่งกลางของน้ำหนัก

วิธีการ

  1. วาดโครงสร้างทั้งหมดและหาปฏิกิริยาที่จุดรองรับ ถ้ามีตัวไม่ทราบค่าไม่เกินสามตัว
  2. หาชิ้นส่วนรับแรงสองแรง: รับแรงเฉพาะที่หมุดสองตัว แรงของมันกระทำตามแนวเส้นระหว่างหมุด
  3. แยกโครงข้อแข็งออก และวาดแต่ละชิ้นส่วนแยกกัน โดยมีแรงที่หมุดเท่ากันและตรงข้ามกันที่จุดที่ชิ้นส่วนมาพบกัน
  4. สำหรับแต่ละชิ้นส่วน หาโมเมนต์รอบหมุดที่มีแรงไม่ทราบค่า แล้วใช้ ΣFx = 0 และ ΣFy = 0 รวมองค์ประกอบเป็นขนาดตอนท้าย

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

  1. หาปฏิกิริยาที่จุดรองรับจากสมดุลของคานทั้งตัว
  2. ตัดคานที่หน้าตัดที่ต้องการและเก็บไว้ด้านหนึ่ง
  3. แรงเฉือน: ผลรวมแรงแนวดิ่งทางด้านนั้น โมเมนต์ดัด: ผลรวมโมเมนต์ของแรงเหล่านั้นรอบรอยตัด
  4. สำหรับโมเมนต์สูงสุด ให้หาตำแหน่งที่แรงเฉือนเป็นศูนย์

เซนทรอยด์และโมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่

เซนทรอยด์
ȳ = ΣAiyi/ΣAi
สี่เหลี่ยมผืนผ้า
I = bh³/12
ทฤษฎีบทแกนขนาน
I = Ic + A·d²
หน้าตัดประกอบ
I = Σ(Ic,i + Aidi²)

2โจทย์ฝึก

1.เวกเตอร์: ผลคูณจุดและผลคูณไขว้ปานกลาง
xyzab

จงหาผลคูณจุด a·b ของ a = (−6, −2, 3) และ b = (2, 6, −2)

a = (−6, −2, 3)b = (2, 6, −2)
a·b =
2.เวกเตอร์: ผลคูณจุดและผลคูณไขว้ยาก
xyzab

จงหาพื้นที่ A ของสี่เหลี่ยมด้านขนานที่ขึงด้วย a = (4, 5, −2) และ b = (−4, −6, −3)

a = (4, 5, −2)b = (−4, −6, −3)
A =
3.ปฏิกิริยาที่จุดรองรับของคานปานกลาง
P1​ = 40 kNP2​ = 45 kNABRA​ = ?RB​2 m1.5 m2.5 m

คานรับแรงสองจุดมีหมุดที่ A และลูกกลิ้งที่ B หาปฏิกิริยาแนวดิ่งที่จุดรองรับ RA

L = 6 mP1 = 40 kN ที่ 2 mP2 = 45 kN ที่ 3.5 m
RA = kN
4.ปฏิกิริยาที่จุดรองรับของคานยาก
w = 10 kN/mP = 25 kNABRA​RB​ = ?2 m0.5 m0.5 m2 m

คานรับแรงสองจุดมีหมุดที่ A และลูกกลิ้งที่ B หาปฏิกิริยาแนวดิ่งที่จุดรองรับ RB

L = 5 mP = 25 kN ที่ 2.5 mw = 10 kN/m จาก 2 ถึง 3 m
RB = kN
5.โครงข่ายถัก: วิธีจุดต่อปานกลาง
ABCDEFGH35 kN20 kN30 kN35 kN4 × 4 m3 m

มีชิ้นส่วนหนึ่งเดียวของโครงถักนี้ที่ไม่รับแรงภายใต้โหลดเหล่านี้ ชิ้นส่วนใดคือชิ้นส่วนแรงเป็นศูนย์ คลิกที่มันในแผนภาพ

B: 35 kN ↓C: 20 kN ↓F: 30 kN ↓G: 35 kN ↓
  1. 1ชิ้นส่วน AB
  2. 2ชิ้นส่วน BC
  3. 3ชิ้นส่วน CD
  4. 4ชิ้นส่วน DE
  5. 5ชิ้นส่วน FG
  6. 6ชิ้นส่วน GH
  7. 7ชิ้นส่วน AF
  8. 8ชิ้นส่วน HE
  9. 9ชิ้นส่วน BF
  10. 10ชิ้นส่วน CG
  11. 11ชิ้นส่วน DH
  12. 12ชิ้นส่วน FC
  13. 13ชิ้นส่วน HC
6.โครงข่ายถัก: วิธีจุดต่อยาก
ABCDEFGH40 kN25 kN25 kN15 kN30 kN4 × 3 m3 m

มีชิ้นส่วนหนึ่งเดียวของโครงถักนี้ที่ไม่รับแรงภายใต้โหลดเหล่านี้ ชิ้นส่วนใดคือชิ้นส่วนแรงเป็นศูนย์ คลิกที่มันในแผนภาพ

B: 40 kN ↓C: 25 kN ↓D: 25 kN ↓F: 15 kN ↓H: 30 kN ←
  1. 1ชิ้นส่วน AB
  2. 2ชิ้นส่วน BC
  3. 3ชิ้นส่วน CD
  4. 4ชิ้นส่วน DE
  5. 5ชิ้นส่วน FG
  6. 6ชิ้นส่วน GH
  7. 7ชิ้นส่วน AF
  8. 8ชิ้นส่วน HE
  9. 9ชิ้นส่วน BF
  10. 10ชิ้นส่วน CG
  11. 11ชิ้นส่วน DH
  12. 12ชิ้นส่วน FC
  13. 13ชิ้นส่วน HC
7.โครงข้อแข็งและเครื่องกลปานกลาง
4 kN8 m2.5 m2.4 mABCK

โครงข้อแข็งที่แสดงมีหมุดที่ A, B และ C โดย A และ C ยึดกับพื้นห่างกัน 8 m และ B อยู่สูงจากพื้น 2.5 m และอยู่ทางขวาของ A 2.4 m โหลดแนวดิ่ง 4 kN กระทำบนชิ้นส่วน AB ที่ K ซึ่งห่างจาก A 0.6 m (ในแนวนอน) จงหาแรง FBC ในชิ้นส่วน BC

P = 4 kNL = 8 mH = 2.5 mระยะแนวนอนจาก A ถึง B = 2.4 mระยะแนวนอนจาก A ถึง K = 0.6 m
FBC = kN
8.โครงข้อแข็งและเครื่องกลยาก
F = ?1000 N10 mmABC

เครื่องอัดทอกเกิลมีลิงก์เท่ากันสองอัน AB และ BC ยาวอันละ 100 mm ระหว่างหมุด ข้อต่อ B อยู่เหนือเส้น AC 10 mm แรงลงล่าง F ที่ B ค่าใดทำให้เกิดแรงกดแนวนอน 1000 N ที่ตัวเลื่อน C ถ้าไม่คิดแรงเสียดทานและน้ำหนัก

Q = 1000 NAB = BC = 100 mmh = 10 mm
F = N
9.แรงเฉือนและโมเมนต์ดัดปานกลาง
w = 10 kN/mABหน้าตัด3.5 m0.5 m

หาโมเมนต์ดัด Mx ที่หน้าตัด x = 3.5 m จากจุดรองรับ A ให้โมเมนต์ที่ทำให้คานแอ่นลงเป็นบวก และแรงเฉือนที่ชี้ขึ้นบนหน้าซ้ายเป็นบวก

L = 4 mw = 10 kN/m จาก 0 ถึง 4 mx = 3.5 m
Mx = kN·m
10.แรงเฉือนและโมเมนต์ดัดยาก
w = 16 kN/mAB2 m3 m1 m

คานช่วงเดียวรองรับอย่างง่ายรับแรงกระทำแบบแผ่สม่ำเสมอบนบางส่วนของช่วงคาน จงหาโมเมนต์ดัดสูงสุด Mmax ในคาน

L = 6 mw = 16 kN/m จาก 2 ถึง 5 m
Mmax = kN·m
11.เซนทรอยด์และโมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่ปานกลาง
B = 180H = 375t = 12xขนาดเป็น mm

หน้าตัดสี่เหลี่ยมผืนผ้ากลวง (หน้าตัดกล่อง) กว้างภายนอก B = 180 mm สูงภายนอก H = 375 mm และความหนาผนังสม่ำเสมอ t = 12 mm จงหารัศมีไจเรชัน r รอบแกนเซนทรอยด์ในแนวนอน

B = 180 mmH = 375 mmt = 12 mm
r = mm
12.เซนทรอยด์และโมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่ยาก
160201408xM แอ่นลงขนาดเป็น mm

คานเหล็กหล่อมีหน้าตัดรูปตัว T ตามที่แสดง โดยปีกอยู่ด้านบน ความเค้นที่ยอมให้คือ 40 MPa สำหรับแรงดึง และ 90 MPa สำหรับแรงอัด จงหาโมเมนต์ดัดแอ่นลงมากที่สุด Mallow ที่คานรับได้

bf = 160 mmtf = 20 mmtw = 8 mmhw = 140 mmσt,allow = 40 MPaσc,allow = 90 MPa
Mallow = kN·m

3สารละลาย

1.เวกเตอร์: ผลคูณจุดและผลคูณไขว้

คำตอบ: a·b = −30

ผลคูณจุด: a·b = axbx + ayby + azbz = |a|·|b|·cos θ เป็นสเกลาร์ มันให้มุมระหว่างเวกเตอร์สองตัว cos θ = a·b/(|a|·|b|) และเป็นศูนย์เมื่อตั้งฉากกัน โพรเจกชันสเกลาร์ของ a บน b คือ a·b/|b| และแรงคงที่ F ที่เคลื่อนผ่านการกระจัด d ทำงาน W = F·d

คูณองค์ประกอบที่ตรงกันแล้วบวก

a·b = (−6)·2 + (−2)·6 + 3·(−2) = (−12) + (−12) + (−6) = −30

คำตอบ

a·b = −30

เป็นลบ: มุมระหว่างเวกเตอร์มากกว่า 90°

2.เวกเตอร์: ผลคูณจุดและผลคูณไขว้

คำตอบ: A = 33.84

ผลคูณไขว้: a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx) ตั้งฉากกับเวกเตอร์ทั้งสอง และ |a × b| = |a|·|b|·sin θ คือพื้นที่ของสี่เหลี่ยมด้านขนานที่เวกเตอร์ทั้งสองขึง (สามเหลี่ยมมีครึ่งหนึ่งของมัน) ลำดับมีผล: b × a = −(a × b) โมเมนต์ของแรง F ที่กระทำที่จุด A รอบจุด O คือ MO = r × F โดย r = A − O

ผลคูณไขว้

(a × b)x = aybz − azby = 5·(−3) − (−2)·(−6) = −27
(a × b)y = azbx − axbz = (−2)·(−4) − 4·(−3) = 20
(a × b)z = axby − aybx = 4·(−6) − 5·(−4) = −4

พื้นที่

A = |a × b| = √((−27)² + 20² + (−4)²) = 33.84

คำตอบ

A = 33.84
3.ปฏิกิริยาที่จุดรองรับของคาน

คำตอบ: RA = 45.42 kN

สมดุลสถิต: วัตถุที่อยู่นิ่งมี ΣFx = 0, ΣFy = 0 และ ΣM = 0 รอบจุดใดก็ได้ การหาโมเมนต์รอบจุดรองรับหนึ่งจะตัดปฏิกิริยาของจุดรองรับนั้นออกจากสมการ

P1​ = 40 kNP2​ = 45 kNABRA​RB​2 m1.5 m2.5 m

แผนภาพวัตถุอิสระ

แทนจุดรองรับด้วยแรงปฏิกิริยา ลูกกลิ้งให้ปฏิกิริยาแนวดิ่งหนึ่งแรง เมื่อมีแต่น้ำหนักบรรทุกแนวดิ่ง หมุดก็ให้ปฏิกิริยาแนวดิ่งหนึ่งแรงเช่นกัน

สมดุล

โมเมนต์รอบจุด A โดยให้ทวนเข็มนาฬิกาเป็นบวก จากนั้นสมดุลของแรงแนวดิ่ง

ΣMA = 0: RB·6 = 40·2 + 45·3.5
RB = 237.5/6 = 39.58 kN
ΣFy = 0: RA = 85 − 39.58 = 45.42 kN

คำตอบ

RA = 45.42 kN
4.ปฏิกิริยาที่จุดรองรับของคาน

คำตอบ: RB = 17.5 kN

สมดุลสถิต: วัตถุที่อยู่นิ่งมี ΣFx = 0, ΣFy = 0 และ ΣM = 0 รอบจุดใดก็ได้ การหาโมเมนต์รอบจุดรองรับหนึ่งจะตัดปฏิกิริยาของจุดรองรับนั้นออกจากสมการ

w = 10 kN/mP = 25 kNABRA​RB​2 m0.5 m0.5 m2 m

แผนภาพวัตถุอิสระ

แทนจุดรองรับด้วยแรงปฏิกิริยา ลูกกลิ้งให้ปฏิกิริยาแนวดิ่งหนึ่งแรง เมื่อมีแต่น้ำหนักบรรทุกแนวดิ่ง หมุดก็ให้ปฏิกิริยาแนวดิ่งหนึ่งแรงเช่นกัน

สมดุล

โมเมนต์รอบจุด A โดยให้ทวนเข็มนาฬิกาเป็นบวก จากนั้นสมดุลของแรงแนวดิ่ง

แรงลัพธ์ของน้ำหนักแผ่สม่ำเสมอ: W = w·ℓ = 10·1 = 10 kN กระทำที่ x̄ = 2.5 m
ΣMA = 0: RB·5 = 25·2.5 + 10·1·2.5
RB = 87.5/5 = 17.5 kN
ΣFy = 0: RA = 35 − 17.5 = 17.5 kN

คำตอบ

RB = 17.5 kN
5.โครงข่ายถัก: วิธีจุดต่อ

คำตอบ: ชิ้นส่วน DH

ชิ้นส่วนแรงเป็นศูนย์: ที่จุดต่อ แรงต้องสมดุลทุกทิศทาง ถ้าจุดต่อไม่มีโหลดและไม่มีจุดรองรับ และสองในสามชิ้นส่วนอยู่ในแนวเดียวกัน สมดุลขวางแนวนั้นเกี่ยวข้องกับชิ้นส่วนที่สามเท่านั้น แรงของมันจึงเป็นศูนย์ ถ้ามีเพียงสองชิ้นส่วนมาพบกันที่จุดต่อที่ไม่มีโหลดและไม่อยู่ในแนวเดียวกัน ทั้งสองเป็นศูนย์

จุดต่อ D

CD และ DE อยู่บนเส้นตรงเดียวกันและจุดต่อไม่รับโหลด สมดุลแรงขวางแนวนั้นเหลือเพียง DH

ΣF⊥ = 0 → FDH = 0

ตรวจสอบด้วยวิธีจุดต่อ

การแก้ทุกจุดต่อให้แรงในชิ้นส่วนเหล่านี้ (T = แรงดึง, C = แรงอัด)

AB: 101.7 kN (T), BC: 101.7 kN (T), CD: 58.33 kN (T), DE: 58.33 kN (T), FG: 116.7 kN (C), GH: 116.7 kN (C), AF: 127.1 kN (C), HE: 72.92 kN (C), BF: 35 kN (T), CG: 35 kN (C), DH: 0, FC: 18.75 kN (T), HC: 72.92 kN (T)

คำตอบ

ชิ้นส่วนแรงเป็นศูนย์: DH
6.โครงข่ายถัก: วิธีจุดต่อ

คำตอบ: ชิ้นส่วน CG

ชิ้นส่วนแรงเป็นศูนย์: ที่จุดต่อ แรงต้องสมดุลทุกทิศทาง ถ้าจุดต่อไม่มีโหลดและไม่มีจุดรองรับ และสองในสามชิ้นส่วนอยู่ในแนวเดียวกัน สมดุลขวางแนวนั้นเกี่ยวข้องกับชิ้นส่วนที่สามเท่านั้น แรงของมันจึงเป็นศูนย์ ถ้ามีเพียงสองชิ้นส่วนมาพบกันที่จุดต่อที่ไม่มีโหลดและไม่อยู่ในแนวเดียวกัน ทั้งสองเป็นศูนย์

จุดต่อ G

FG และ GH อยู่บนเส้นตรงเดียวกันและจุดต่อไม่รับโหลด สมดุลแรงขวางแนวนั้นเหลือเพียง CG

ΣF⊥ = 0 → FCG = 0

ตรวจสอบด้วยวิธีจุดต่อ

การแก้ทุกจุดต่อให้แรงในชิ้นส่วนเหล่านี้ (T = แรงดึง, C = แรงอัด)

AB: 37.5 kN (T), BC: 37.5 kN (T), CD: 37.5 kN (T), DE: 37.5 kN (T), FG: 80 kN (C), GH: 80 kN (C), AF: 95.46 kN (C), HE: 53.03 kN (C), BF: 40 kN (T), CG: 0, DH: 25 kN (T), FC: 17.68 kN (T), HC: 17.68 kN (T)

คำตอบ

ชิ้นส่วนแรงเป็นศูนย์: CG
7.โครงข้อแข็งและเครื่องกล

คำตอบ: FBC = 0.7359 kN

โครงข้อแข็งและเครื่องกล: ต่างจากโครงถัก โครงข้อแข็งมีชิ้นส่วนอย่างน้อยหนึ่งชิ้นที่รับแรงมากกว่าสองจุด หรือมีโหลดระหว่างหมุด ก่อนอื่นหาชิ้นส่วนรับแรงสองแรง: ชิ้นส่วนที่รับโหลดเฉพาะที่หมุดสองตัวมีแรงตามแนวเส้นผ่านหมุดทั้งสอง ดังนั้นเพิ่มตัวไม่ทราบค่าหนึ่งตัว ไม่ใช่สอง จากนั้นใช้โครงสร้างทั้งหมดหาปฏิกิริยาที่จุดรองรับเมื่อมีตัวไม่ทราบค่าไม่เกินสามตัว สุดท้ายแยกโครงข้อแข็งออก: วาดแต่ละชิ้นส่วนแยกกัน โดยมีแรงที่หมุดเท่ากันและตรงข้ามกันบนสองชิ้นส่วนที่มันเชื่อม และเขียน ΣFx = 0, ΣFy = 0 และ ΣM = 0 สำหรับมัน การหาโมเมนต์รอบหมุดทำให้ทั้งสององค์ประกอบของแรงที่หมุดนั้นหายไปจากสมการ

ชิ้นส่วนรับแรงสองแรง BC

BC = √(5.6² + 2.5²) = 6.133 m

โครงข้อแข็งทั้งหมด: โมเมนต์รอบ A

พื้นดันบน BC ที่ C ตามแนว CB องค์ประกอบแนวนอนของมันผ่าน A มีเพียงองค์ประกอบแนวดิ่งที่มีโมเมนต์

FBC·(2.5/6.133)·8 = 4·0.6
FBC = 0.7359 kN (แรงอัด)

คำตอบ

FBC = 0.7359 kN
8.โครงข้อแข็งและเครื่องกล

คำตอบ: F = 201 N

เครื่องกล: คีม คาน กลไกข้อต่อ และที่หนีบเปลี่ยนแรงอินพุตเป็นแรงเอาต์พุตที่ใหญ่ขึ้นหรือมีทิศทางต่างออกไป วาดชิ้นส่วนหนึ่งเป็นวัตถุอิสระและหาโมเมนต์รอบจุดหมุน: แรงที่หมุดหายไป และ Fin·a = Fout·b ให้ความได้เปรียบเชิงกล a/b แรงที่หมุดได้จาก ΣF = 0 บนชิ้นส่วนเดียวกัน ในทอกเกิล ลิงก์สองอันมาพบกันที่มุมตื้น θ แต่ละลิงก์เป็นชิ้นส่วนรับแรงสองแรง ดังนั้นแรงเล็ก ๆ F ที่รอยต่อสร้างแรงในลิงก์ขนาดใหญ่ F/(2 sin θ) และแรงหนีบ F/(2 tan θ)

มุมของลิงก์

sin θ = 10/100 = 0.1, θ = 5.739°

แรงในลิงก์

Flink = Q/cos θ = 1005 N

แรงที่ B

F = 2·Flink·sin θ = 2·1000·tan θ = 201 N

คำตอบ

F = 201 N
9.แรงเฉือนและโมเมนต์ดัด

คำตอบ: Mx = 8.75 kN·m

วิธีหน้าตัด: ตัดคานตรงจุดที่ต้องการหาแรงภายในแล้วเก็บไว้ด้านหนึ่ง แรงเฉือน V สมดุลกับแรงแนวดิ่งทางด้านนั้น และโมเมนต์ดัด M สมดุลกับโมเมนต์ของแรงเหล่านั้นรอบรอยตัด

ปฏิกิริยาที่จุดรองรับ

สมดุลของคานทั้งตัว

แรงลัพธ์ของน้ำหนักแผ่สม่ำเสมอ: W = w·ℓ = 10·4 = 40 kN กระทำที่ x̄ = 2 m
ΣMA = 0: RB·4 = 10·4·2
RB = 80/4 = 20 kN
ΣFy = 0: RA = 40 − 20 = 20 kN
w = 10 kN/mABRA​ = 20RB​ = 20หน้าตัด3.5 m0.5 m

ตัดที่ x = 3.5 m และเก็บส่วนทางซ้ายไว้

มีเฉพาะแรงทางซ้ายของรอยตัดเท่านั้น ส่วนของน้ำหนักแผ่สม่ำเสมอกระทำเป็นแรงเดียวที่กึ่งกลางของส่วนนั้น

M = RA·x − (น้ำหนักบรรทุกแต่ละตัวทางซ้ายของรอยตัด × ระยะถึงรอยตัด)
Mx = 20·3.5 − 10·3.5·1.75 = 8.75 kN·m

คำตอบ

Mx = 8.75 kN·m
10.แรงเฉือนและโมเมนต์ดัด

คำตอบ: Mmax = 52.5 kN·m

วิธีหน้าตัด: ตัดคานตรงจุดที่ต้องการหาแรงภายในแล้วเก็บไว้ด้านหนึ่ง แรงเฉือน V สมดุลกับแรงแนวดิ่งทางด้านนั้น และโมเมนต์ดัด M สมดุลกับโมเมนต์ของแรงเหล่านั้นรอบรอยตัด โมเมนต์สูงสุด: เนื่องจาก dM/dx = V โมเมนต์ดัดจึงมีค่าสูงสุดที่ตำแหน่งซึ่งแรงเฉือนผ่านศูนย์ ซึ่งอาจเป็นที่แรงกระทำเป็นจุดหรืออยู่ภายในแรงกระทำแบบแผ่

ปฏิกิริยาที่จุดรองรับ

สมดุลของคานทั้งตัว

แรงลัพธ์ของน้ำหนักแผ่สม่ำเสมอ: W = w·ℓ = 16·3 = 48 kN กระทำที่ x̄ = 3.5 m
ΣMA = 0: RB·6 = 16·3·3.5
RB = 168/6 = 28 kN
ΣFy = 0: RA = 48 − 28 = 20 kN

แรงเฉือนเป็นศูนย์

แรงเฉือนเริ่มต้นที่ RA คงที่ตลอดส่วนที่ไม่มีแรงกระทำ และลดลงด้วยความชัน w ภายในแรงกระทำ

RA − w·(x0 − 2) = 0
x0 = 2 + 20/16 = 3.25 m

โมเมนต์สูงสุด

Mmax = RA·x0 − w·(x0 − 2)²/2 = 20·3.25 − 16·1.25²/2 = 52.5 kN·m

คำตอบ

Mmax = 52.5 kN·m
11.เซนทรอยด์และโมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่

คำตอบ: r = 134 mm

โมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่: สำหรับสี่เหลี่ยมผืนผ้ารอบแกนผ่านเซนทรอยด์ของตัวเอง I = bh³/12 และรอบฐาน bh³/3 (ทฤษฎีบทแกนขนาน I = Ic + A·d²) ส่วนที่เป็นรูจัดการด้วยการลบ I ของรู ตราบที่ทั้งสองส่วนใช้แกนเดียวกัน โมดูลัสหน้าตัดแบบยืดหยุ่นคือ S = I/c โดย c คือระยะถึงเส้นใยนอกสุด รัศมีไจเรชัน r = √(I/A) คือระยะที่ถ้าพื้นที่ทั้งหมดอยู่ที่ระยะนั้นจะให้ I เท่าเดิม ใช้ในการโก่งเดาะของเสา

พื้นที่สุทธิและโมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่

b = 156 mm, h = 351 mm
A = BH − bh = 180·375 − 156·351 = 12744 mm²
I = (BH³ − bh³)/12 = 2.288 × 10⁸ mm⁴

รัศมีไจเรชัน

r = √(I/A) = √(2.288 × 10⁸/12744) = 134 mm

คำตอบ

r = 134 mm
12.เซนทรอยด์และโมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่

คำตอบ: Mallow = 2.242 kN·m

พื้นที่ประกอบ: แบ่งหน้าตัดเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า เซนทรอยด์คือค่าเฉลี่ยถ่วงน้ำหนักด้วยพื้นที่ ȳ = ΣAᵢyᵢ/ΣAᵢ โมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่รอบแกนที่ผ่านเซนทรอยด์ได้จากการบวก bh³/12 ของแต่ละส่วนกับพจน์แกนขนาน A·d² โดย d คือระยะจากเซนทรอยด์ของส่วนนั้นถึงเซนทรอยด์รวม ความเค้นดัดคือ σ = M·y/I

เซนทรอยด์

ȳ = (3200·150 + 1120·70)/4320 = 129.3 mm
ขอบบน: c = 160 − 129.3 = 30.74 mm

โมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่

I = 160·20³/12 + 3200·20.74² + 8·140³/12 + 1120·59.26² = 7.246 × 10⁶ mm⁴

โมเมนต์ที่แต่ละขอบยอมให้

แอ่นลง: ด้านบนรับแรงอัด ด้านล่างรับแรงดึง

ขอบบน: M = 90·7.246 × 10⁶/30.74 = 21.21 kN·m
ขอบล่าง: M = 40·7.246 × 10⁶/129.3 = 2.242 kN·m

ค่าที่เป็นตัวกำหนด

Mallow = min = 2.242 kN·m (ขอบล่าง)

คำตอบ

Mallow = 2.242 kN·m

ExamProblems · examproblems.com/courses/statics