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

จงหามุม θ ระหว่างเวกเตอร์ a = (−6, −3, −4) และ b = (3, −2, 6) ในหน่วยองศา

a = (−6, −3, −4)b = (3, −2, 6)
θ = °
2.เวกเตอร์: ผลคูณจุดและผลคูณไขว้ยาก
xyzab

สำหรับ a = (4, −2, 3) และ b = (3, −3, 3) จงหาองค์ประกอบ x ซึ่งคือ (a × b)x ของผลคูณไขว้ a × b

a = (4, −2, 3)b = (3, −3, 3)
(a × b)x =
3.ปฏิกิริยาที่จุดรองรับของคานปานกลาง
P1​ = 25 kNP2​ = 65 kNABCRB​ = ?2.5 m0.5 m1 m

คานมีหมุดที่ A และลูกกลิ้งที่ B ห่างจาก A 3 m และมีส่วนยื่นเลย B ไปถึงปลายอิสระ C จงหาแรงปฏิกิริยาในแนวดิ่ง RB โดยให้ทิศขึ้นเป็นบวก

AB = 3 mAC = 4 mP1 = 25 kN ที่ 2.5 mP2 = 65 kN ที่ 4 m
RB = kN
4.ปฏิกิริยาที่จุดรองรับของคานยาก
w = 2 kN/mP = 65 kNABCRB​ = ?2 m3 m1 m2 m

คานมีหมุดที่ A และลูกกลิ้งที่ B ห่างจาก A 6 m และมีส่วนยื่นเลย B ไปถึงปลายอิสระ C รับแรงกระทำเป็นจุด P ที่ระยะ 2 m จาก A และแรงกระทำแบบแผ่สม่ำเสมอ w จาก 5 m ถึงปลายอิสระที่ 8 m จงหาแรงปฏิกิริยาในแนวดิ่ง RB โดยให้ทิศขึ้นเป็นบวก

AB = 6 mAC = 8 mP = 65 kN ที่ 2 mw = 2 kN/m จาก 5 ถึง 8 m
RB = kN
5.โครงข่ายถัก: วิธีจุดต่อปานกลาง
ABCDEFGH35 kN4 × 3 m4 m

มีชิ้นส่วนหนึ่งเดียวของโครงถักนี้ที่ไม่รับแรงภายใต้โหลดเหล่านี้ ชิ้นส่วนใดคือชิ้นส่วนแรงเป็นศูนย์ คลิกที่มันในแผนภาพ

D: 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 BG
  13. 13ชิ้นส่วน DG
6.โครงข่ายถัก: วิธีจุดต่อยาก
ABCDEFGH25 kN10 kN25 kN10 kN30 kN4 × 3 m3 m

มีชิ้นส่วนหนึ่งเดียวของโครงถักนี้ที่ไม่รับแรงภายใต้โหลดเหล่านี้ ชิ้นส่วนใดคือชิ้นส่วนแรงเป็นศูนย์ คลิกที่มันในแผนภาพ

C: 25 kN ↓D: 10 kN ↓F: 25 kN →G: 10 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
12 kN5 m2 m3 mABCK

โครงข้อแข็งที่แสดงมีหมุดที่ A, B และ C โดย A และ C ยึดกับพื้นห่างกัน 5 m และ B อยู่สูงจากพื้น 2 m และอยู่ทางขวาของ A 3 m โหลดแนวดิ่ง 12 kN กระทำบนชิ้นส่วน AB ที่ K ซึ่งห่างจาก A 1.2 m (ในแนวนอน) จงหาแรง FBC ในชิ้นส่วน BC

P = 12 kNL = 5 mH = 2 mระยะแนวนอนจาก A ถึง B = 3 mระยะแนวนอนจาก A ถึง K = 1.2 m
FBC = kN
8.โครงข้อแข็งและเครื่องกลยาก
4 kN3 kN2.5 m1.5 mABC

บูมสม่ำเสมอแนวนอน AB น้ำหนัก 3 kN ต่อด้วยหมุดกับผนังที่ A และถูกยึดด้วยสายเคเบิลจากปลาย B ไปยังจุด C บนผนังซึ่งสูงกว่า A 1.5 m โหลด 4 kN แขวนที่ B จงหาแรงตึง T ในสายเคเบิล

W = 4 kNWb = 3 kNAB = 2.5 mAC = 1.5 m
T = kN
9.แรงเฉือนและโมเมนต์ดัดปานกลาง
P1​ = 60 kNP2​ = 35 kNABC3 m5 m2 m

คานวางบนจุดรองรับแบบหมุดที่ A และแบบลูกกลิ้งที่ B และมีส่วนยื่นเลย B ไป 2 m ถึงปลายอิสระ C คานรับแรงกระทำเป็นจุด P1 ระหว่างจุดรองรับ และแรงกระทำเป็นจุด P2 ที่ C จงหาโมเมนต์ดัด Mx ใต้แรง P1 ให้โมเมนต์ที่ทำให้คานแอ่นลงเป็นบวก และแรงเฉือนที่ชี้ขึ้นบนหน้าตัดด้านซ้ายเป็นบวก

L = 10 mP1 = 60 kN ที่ 3 mP2 = 35 kN ที่ 10 mจุดรองรับที่ x = 0 และ x = 8 m
Mx = kN·m
10.แรงเฉือนและโมเมนต์ดัดยาก
w = 4 kN/mABC8 m2 m

คานวางบนจุดรองรับแบบหมุดที่ A และแบบลูกกลิ้งที่ B และมีส่วนยื่นเลย B ไป 2 m ถึงปลายอิสระ C แรงกระทำแบบแผ่สม่ำเสมอ w กระทำตลอดความยาว A–C จงหาโมเมนต์ดัดแอ่นลงสูงสุด Mmax ระหว่างจุดรองรับ

L = 10 mw = 4 kN/m จาก 0 ถึง 10 mจุดรองรับที่ x = 0 และ x = 8 m
Mmax = kN·m
11.เซนทรอยด์และโมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่ปานกลาง
200 mm240 mm96 mmØ30xIx​ = ?

แผ่น 200 mm × 240 mm มีรูกลมเส้นผ่านศูนย์กลาง 30 mm บนเส้นกึ่งกลางแนวดิ่ง โดยจุดศูนย์กลางอยู่สูงจากด้านล่าง 96 mm จงหาโมเมนต์ที่สองของพื้นที่ Ix รอบแกนนอนที่ผ่านเซนทรอยด์

b = 200 mmh = 240 mmd = 30 mmจุดศูนย์กลางของรู: y = 96 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.เซนทรอยด์และโมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่ยาก
2203030012xM = 5 kN·mขนาดเป็น mm

หน้าตัดรูปตัว T ใช้เป็นคานโดยให้ปีกอยู่ด้านบน และรับโมเมนต์ดัดที่ทำให้แอ่นลง 5 kN·m หาขนาดของความเค้นดัด σบน ที่ขอบบน

bf = 220 mmtf = 30 mmtw = 12 mmhw = 300 mmM = 5 kN·m
σบน = MPa

3สารละลาย

1.เวกเตอร์: ผลคูณจุดและผลคูณไขว้

คำตอบ: θ = 131.2 °

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.

ผลคูณจุด

a·b = (−6)·3 + (−3)·(−2) + (−4)·6 = −36

ขนาด

|a| = √((−6)² + (−3)² + (−4)²) = 7.81
|b| = √(3² + (−2)² + 6²) = 7

มุม

cos θ = −36/(7.81·7) = −0.6585
θ = arccos(−0.6585) = 131.2°

คำตอบ

θ = 131.2°
2.เวกเตอร์: ผลคูณจุดและผลคูณไขว้

คำตอบ: (a × b)x = 3

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.

ผลคูณไขว้ทีละองค์ประกอบ

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

องค์ประกอบที่ถาม

(a × b)x = 3

คำตอบ

(a × b)x = 3

ตรวจสอบ: a × b ตั้งฉากกับเวกเตอร์ทั้งสอง ผลคูณจุดของมันกับ a และกับ b จึงเป็นศูนย์

3.ปฏิกิริยาที่จุดรองรับของคาน

คำตอบ: RB = 107.5 kN

สมดุลสถิต: วัตถุที่หยุดนิ่งมี ΣFx = 0, ΣFy = 0 และ ΣM = 0 รอบจุดใดก็ได้ ให้แทนแรงกระทำแบบแผ่แต่ละแรงด้วยแรงลัพธ์ (พื้นที่ของมัน) ที่กระทำที่เซนทรอยด์ของแผนภาพแรง และหาโมเมนต์รอบจุดรองรับหนึ่งเพื่อกำจัดแรงปฏิกิริยาของจุดรองรับนั้นออกจากสมการ

โมเมนต์รอบจุด A

ทวนเข็มนาฬิกาเป็นบวก

ΣMA = 0: RB·3 = 25·2.5 + 65·4
RB = 322.5/3 = 107.5 kN

สมดุลในแนวดิ่ง

RA = 25 + 65 − 107.5 = −17.5 kN

คำตอบ

RB = 107.5 kN

RA เป็นลบ: หมุดที่ A ต้องรั้งคานลง

4.ปฏิกิริยาที่จุดรองรับของคาน

คำตอบ: RB = 28.17 kN

สมดุลสถิต: วัตถุที่หยุดนิ่งมี ΣFx = 0, ΣFy = 0 และ ΣM = 0 รอบจุดใดก็ได้ ให้แทนแรงกระทำแบบแผ่แต่ละแรงด้วยแรงลัพธ์ (พื้นที่ของมัน) ที่กระทำที่เซนทรอยด์ของแผนภาพแรง และหาโมเมนต์รอบจุดรองรับหนึ่งเพื่อกำจัดแรงปฏิกิริยาของจุดรองรับนั้นออกจากสมการ

แรงลัพธ์ของแรงกระทำแบบแผ่

W = 2·3 = 6 kN, x̄ = (5 + 8)/2 = 6.5 m

สมดุล

โมเมนต์รอบจุด A โดยให้ทวนเข็มนาฬิกาเป็นบวก จากนั้นสมดุลของแรงแนวดิ่ง

ΣMA = 0: RB·6 = 65·2 + 6·6.5
RB = 169/6 = 28.17 kN
RA = 71 − 28.17 = 42.83 kN

คำตอบ

RB = 28.17 kN
5.โครงข่ายถัก: วิธีจุดต่อ

คำตอบ: ชิ้นส่วน CG

ชิ้นส่วนแรงเป็นศูนย์: ที่จุดต่อ แรงต้องสมดุลทุกทิศทาง ถ้าจุดต่อไม่มีโหลดและไม่มีจุดรองรับ และสองในสามชิ้นส่วนอยู่ในแนวเดียวกัน สมดุลขวางแนวนั้นเกี่ยวข้องกับชิ้นส่วนที่สามเท่านั้น แรงของมันจึงเป็นศูนย์ ถ้ามีเพียงสองชิ้นส่วนมาพบกันที่จุดต่อที่ไม่มีโหลดและไม่อยู่ในแนวเดียวกัน ทั้งสองเป็นศูนย์

จุดต่อ C

BC และ CD อยู่บนเส้นตรงเดียวกันและจุดต่อไม่รับโหลด สมดุลแรงขวางแนวนั้นเหลือเพียง CG

ΣF⊥ = 0 → FCG = 0

ตรวจสอบด้วยวิธีจุดต่อ

การแก้ทุกจุดต่อให้แรงในชิ้นส่วนเหล่านี้ (T = แรงดึง, C = แรงอัด)

AB: 6.562 kN (T), BC: 13.12 kN (T), CD: 13.12 kN (T), DE: 19.69 kN (T), FG: 6.562 kN (C), GH: 19.69 kN (C), AF: 10.94 kN (C), HE: 32.81 kN (C), BF: 8.75 kN (T), CG: 0, DH: 26.25 kN (T), BG: 10.94 kN (C), DG: 10.94 kN (T)

คำตอบ

ชิ้นส่วนแรงเป็นศูนย์: CG
6.โครงข่ายถัก: วิธีจุดต่อ

คำตอบ: ชิ้นส่วน BF

ชิ้นส่วนแรงเป็นศูนย์: ที่จุดต่อ แรงต้องสมดุลทุกทิศทาง ถ้าจุดต่อไม่มีโหลดและไม่มีจุดรองรับ และสองในสามชิ้นส่วนอยู่ในแนวเดียวกัน สมดุลขวางแนวนั้นเกี่ยวข้องกับชิ้นส่วนที่สามเท่านั้น แรงของมันจึงเป็นศูนย์ ถ้ามีเพียงสองชิ้นส่วนมาพบกันที่จุดต่อที่ไม่มีโหลดและไม่อยู่ในแนวเดียวกัน ทั้งสองเป็นศูนย์

จุดต่อ B

AB และ BC อยู่บนเส้นตรงเดียวกันและจุดต่อไม่รับโหลด สมดุลแรงขวางแนวนั้นเหลือเพียง BF

ΣF⊥ = 0 → FBF = 0

ตรวจสอบด้วยวิธีจุดต่อ

การแก้ทุกจุดต่อให้แรงในชิ้นส่วนเหล่านี้ (T = แรงดึง, C = แรงอัด)

AB: 46.25 kN (T), BC: 46.25 kN (T), CD: 53.75 kN (T), DE: 53.75 kN (T), FG: 67.5 kN (C), GH: 67.5 kN (C), AF: 30.05 kN (C), HE: 76.01 kN (C), BF: 0, CG: 10 kN (C), DH: 10 kN (T), FC: 30.05 kN (T), HC: 19.45 kN (T)

คำตอบ

ชิ้นส่วนแรงเป็นศูนย์: BF
7.โครงข้อแข็งและเครื่องกล

คำตอบ: FBC = 4.073 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 = √(2² + 2²) = 2.828 m

โครงข้อแข็งทั้งหมด: โมเมนต์รอบ A

พื้นดันบน BC ที่ C ตามแนว CB องค์ประกอบแนวนอนของมันผ่าน A มีเพียงองค์ประกอบแนวดิ่งที่มีโมเมนต์

FBC·(2/2.828)·5 = 12·1.2
FBC = 4.073 kN (แรงอัด)

คำตอบ

FBC = 4.073 kN
8.โครงข้อแข็งและเครื่องกล

คำตอบ: T = 10.69 kN

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

มุมของสายเคเบิล

BC = √(2.5² + 1.5²) = 2.915 m, sin β = 0.5145

โมเมนต์รอบจุด A

T·0.5145·2.5 = 4·2.5 + 3·1.25
T = 10.69 kN

คำตอบ

T = 10.69 kN
9.แรงเฉือนและโมเมนต์ดัด

คำตอบ: Mx = 86.25 kN·m

วิธีหน้าตัด: ตัดคานตรงจุดที่ต้องการหาแรงภายในแล้วเก็บไว้ด้านหนึ่ง แรงเฉือน V สมดุลกับแรงแนวดิ่งทางด้านนั้น และโมเมนต์ดัด M สมดุลกับโมเมนต์ของแรงเหล่านั้นรอบรอยตัด

ปฏิกิริยาที่จุดรองรับ

สมดุลของคานทั้งหมด แรงที่ส่วนยื่นก็ทำให้เกิดโมเมนต์รอบจุด A ด้วย

ΣMA = 0: RB·8 = 60·3 + 35·10
RB = 530/8 = 66.25 kN
ΣFy = 0: RA = 95 − 66.25 = 28.75 kN

ตัดใต้ P1 แล้วเก็บส่วนซ้ายไว้

Mx = RA·3 = 28.75·3 = 86.25 kN·m

คำตอบ

Mx = 86.25 kN·m
10.แรงเฉือนและโมเมนต์ดัด

คำตอบ: Mmax = 28.13 kN·m

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

ปฏิกิริยาที่จุดรองรับ

สมดุลของคานทั้งหมด รวมถึงแรงกระทำบนส่วนยื่น

แรงลัพธ์ของน้ำหนักแผ่สม่ำเสมอ: W = w·ℓ = 4·10 = 40 kN กระทำที่ x̄ = 5 m
ΣMA = 0: RB·8 = 4·10·5
RB = 200/8 = 25 kN
ΣFy = 0: RA = 40 − 25 = 15 kN

แรงเฉือนเป็นศูนย์

RA − w·x0 = 0 → x0 = 15/4 = 3.75 m

โมเมนต์แอ่นลงสูงสุด

Mmax = RA·x0 − w·x0²/2 = RA²/(2w) = 15²/(2·4) = 28.13 kN·m

คำตอบ

Mmax = 28.13 kN·m
11.เซนทรอยด์และโมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่

คำตอบ: Ix = 229.9 × 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 = (48000·120 − 706.9·96)/(48000 − 706.9) = 120.4 mm

แผ่นเต็มรอบ ȳ

200·240³/12 + 48000·−0.3587² = 230.4 × 10⁶ mm⁴

รูรอบ ȳ

π·30⁴/64 + 706.9·−24.36² = 0.4592 × 10⁶ mm⁴

ลบ

Ix = 229.9 × 10⁶ mm⁴

คำตอบ

Ix = 229.9 × 10⁶ mm⁴
12.เซนทรอยด์และโมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่

คำตอบ: σบน = 4.028 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 = 220·30 = 6600 mm², yf = 300 + 30/2 = 315 mm
เอว: Aw = 12·300 = 3600 mm², yw = 300/2 = 150 mm

เซนทรอยด์

ȳ = (Afyf + Awyw)/(Af + Aw) = (6600·315 + 3600·150)/10200 = 256.8 mm

ทฤษฎีบทแกนขนาน

ปีก: 220·30³/12 + 6600·(315 − 256.8)² = 2.288 × 10⁷ mm⁴
เอว: 12·300³/12 + 3600·(150 − 256.8)² = 6.804 × 10⁷ mm⁴
Ix = 2.288 × 10⁷ + 6.804 × 10⁷ = 9.091 × 10⁷ mm⁴

ความเค้นดัด

ขอบบนอยู่ห่างจากแกน h − ȳ

y = 330 − 256.8 = 73.24 mm
σ = M·y/I = 5 × 10⁶·73.24/9.091 × 10⁷ = 4.028 MPa

คำตอบ

σบน = 4.028 MPa

ExamProblems · examproblems.com/courses/statics