สถิตยศาสตร์: ชุดสรุปเร่งรัด

สรุปสูตร ขั้นตอนวิธีทำที่สำคัญของทุกหัวข้อ และโจทย์ฝึก 12 ข้อ พร้อมเฉลยละเอียดไว้ท้ายเล่ม

โจทย์ใหม่กลับไปที่รายวิชา

ในหน้าต่างพิมพ์ ให้เลือก “บันทึกเป็น PDF” เพื่อเก็บสำเนาไว้ในอุปกรณ์ของคุณ

1สูตรและวิธีทำ

เวกเตอร์: ผลคูณจุดและผลคูณไขว้

ขนาด: |a| = √(a_x² + a_y² + a_z²)
เวกเตอร์หนึ่งหน่วย: û = a/|a|
องค์ประกอบจากมุม: F_x = F·cos θ, F_y = F·sin θ
ผลคูณจุด: a·b = a_xb_x + a_yb_y + a_zb_z = |a||b|cos θ
โพรเจกชันสเกลาร์ของ a บน b: a·b/|b|
งาน: W = F·d
ผลคูณไขว้: a × b = (a_yb_z − a_zb_y, a_zb_x − a_xb_z, a_xb_y − a_yb_x)
พื้นที่: สี่เหลี่ยมด้านขนาน |a × b|, สามเหลี่ยม ½|a × b|
โมเมนต์รอบ O: M_O = r × F, r = A − O
ปริมาตรของทรงหกหน้าขนาน: V = |a·(b × c)|

วิธีการ

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

ปฏิกิริยาที่จุดรองรับของคาน

สมดุล: ΣF_x = 0, ΣF_y = 0, ΣM = 0
น้ำหนักแผ่สม่ำเสมอ: แรงลัพธ์ w·L ที่กึ่งกลางของน้ำหนัก
โมเมนต์: M = F·d

วิธีการ

วาดแผนภาพวัตถุอิสระและแทนจุดรองรับแต่ละจุดด้วยแรงปฏิกิริยา
แทนน้ำหนักแผ่ทุกชนิดด้วยแรงเดียวที่เซนทรอยด์ของมัน
หาโมเมนต์รอบจุดรองรับหนึ่งเพื่อหาปฏิกิริยาที่อีกจุดหนึ่ง
ใช้ ΣF_y = 0 หาปฏิกิริยาที่เหลือ และตรวจสอบด้วยสมการโมเมนต์ที่สอง

โครงข่ายถัก: วิธีจุดต่อ

วิธีจุดต่อ: ΣF_x = 0, ΣF_y = 0 at each joint
วิธีหน้าตัด: ΣM = 0 about a cut point
แรงในชิ้นส่วน: บวก = แรงดึง ลบ = แรงอัด

วิธีการ

หาปฏิกิริยาที่จุดรองรับจากโครงข่ายถักทั้งหมด
วิธีจุดต่อ: เริ่มที่จุดต่อซึ่งมีแรงในชิ้นส่วนที่ไม่ทราบค่าไม่เกินสองตัว และใช้ ΣF_x = 0 และ ΣF_y = 0
วิธีหน้าตัด: ตัดผ่านชิ้นส่วนที่ต้องการ และหาโมเมนต์รอบจุดที่ชิ้นส่วนที่ไม่ทราบค่าอื่นมาพบกัน
สมมติว่าเป็นแรงดึง คำตอบที่เป็นลบหมายความว่าเป็นแรงอัด

โครงข้อแข็งและเครื่องกล

สมดุลของแต่ละชิ้นส่วน: ΣF_x = 0, ΣF_y = 0, ΣM = 0
ชิ้นส่วนรับแรงสองแรง: แรงตามแนวเส้นผ่านหมุดสองตัวของมัน
แรงที่หมุด: เท่ากันและตรงข้ามกันบนสองชิ้นส่วนที่มันเชื่อม
ขนาดของแรงที่หมุด: F = √(F_x² + F_y²)
คาน คีม และข้อเหวี่ยงรูปตัวแอล: F_in·a = F_out·b
ทอกเกิล: F_link = F/(2 sin θ), Q = F/(2 tan θ)
น้ำหนักแผ่สม่ำเสมอ: แรงลัพธ์ w·L ที่กึ่งกลางของน้ำหนัก

วิธีการ

วาดโครงสร้างทั้งหมดและหาปฏิกิริยาที่จุดรองรับ ถ้ามีตัวไม่ทราบค่าไม่เกินสามตัว
หาชิ้นส่วนรับแรงสองแรง: รับแรงเฉพาะที่หมุดสองตัว แรงของมันกระทำตามแนวเส้นระหว่างหมุด
แยกโครงข้อแข็งออก และวาดแต่ละชิ้นส่วนแยกกัน โดยมีแรงที่หมุดเท่ากันและตรงข้ามกันที่จุดที่ชิ้นส่วนมาพบกัน
สำหรับแต่ละชิ้นส่วน หาโมเมนต์รอบหมุดที่มีแรงไม่ทราบค่า แล้วใช้ ΣF_x = 0 และ ΣF_y = 0 รวมองค์ประกอบเป็นขนาดตอนท้าย

แรงเฉือนและโมเมนต์ดัด

แรงเฉือนและโมเมนต์: V = ΣF ด้านหนึ่ง, M = ΣF·d ด้านหนึ่ง
ความเค้นดัด: σ = M·y/I
สี่เหลี่ยมผืนผ้า: I = bh³/12
มอดูลัสหน้าตัด: W = I/y_max
รับแรงสองจุด น้ำหนักแผ่สม่ำเสมอ: M_max = wL²/8

วิธีการ

หาปฏิกิริยาที่จุดรองรับจากสมดุลของคานทั้งตัว
ตัดคานที่หน้าตัดที่ต้องการและเก็บไว้ด้านหนึ่ง
แรงเฉือน: ผลรวมแรงแนวดิ่งทางด้านนั้น โมเมนต์ดัด: ผลรวมโมเมนต์ของแรงเหล่านั้นรอบรอยตัด
สำหรับโมเมนต์สูงสุด ให้หาตำแหน่งที่แรงเฉือนเป็นศูนย์

เซนทรอยด์และโมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่

เซนทรอยด์: ȳ = ΣA_iy_i/ΣA_i
สี่เหลี่ยมผืนผ้า: I = bh³/12
ทฤษฎีบทแกนขนาน: I = I_c + A·d²
หน้าตัดประกอบ: I = Σ(I_c,i + A_id_i²)

2โจทย์ฝึก

1.เวกเตอร์: ผลคูณจุดและผลคูณไขว้ปานกลาง

จงหามุม θ ระหว่างเวกเตอร์ a = (2, 4, −3) และ b = (1, −4, −2) ในหน่วยองศา

a = (2, 4, −3)b = (1, −4, −2)

θ = °

2.เวกเตอร์: ผลคูณจุดและผลคูณไขว้ยาก

เวกเตอร์หนึ่งหน่วย n̂ ตั้งฉากกับทั้ง a = (−4, −5, 0) และ b = (3, 2, 1) และมีองค์ประกอบ z เป็นบวก จงหาองค์ประกอบ x ซึ่งคือ n̂_x ของมัน

a = (−4, −5, 0)b = (3, 2, 1)n̂_z > 0

n̂_x =

3.ปฏิกิริยาที่จุดรองรับของคานปานกลาง

คานรับแรงสองจุดมีหมุดที่ A และลูกกลิ้งที่ B หาปฏิกิริยาแนวดิ่งที่จุดรองรับ R_A

L = 8 mP₁ = 40 kN ที่ 1 mP₂ = 60 kN ที่ 3 m

R_A = kN

4.ปฏิกิริยาที่จุดรองรับของคานยาก

คานประกอบยึดแน่นกับผนังที่ A มีบานพับภายในที่ C (ห่างจาก A 2 m) และวางบนลูกกลิ้งที่ D (ห่างจาก A 6 m) รับ แรงกระทำเป็นจุด P ที่ระยะ 5.5 m จาก A, แรงกระทำแบบแผ่สม่ำเสมอ w บนส่วน CD ทั้งหมด จงหาขนาดของโมเมนต์ปฏิกิริยา M_A ที่ผนัง

AC = 2 mAD = 6 mP = 15 kN ที่ 5.5 mw = 2 kN/m จาก 2 ถึง 6 m

M_A = kN·m

5.โครงข่ายถัก: วิธีจุดต่อปานกลาง

มีชิ้นส่วนหนึ่งเดียวของโครงถักนี้ที่ไม่รับแรงภายใต้โหลดเหล่านี้ ชิ้นส่วนใดคือชิ้นส่วนแรงเป็นศูนย์ คลิกที่มันในแผนภาพ

C: 15 kN ↓D: 25 kN ↓G: 10 kN ↓

1ชิ้นส่วน AB
2ชิ้นส่วน BC
3ชิ้นส่วน CD
4ชิ้นส่วน DE
5ชิ้นส่วน FG
6ชิ้นส่วน GH
7ชิ้นส่วน AF
8ชิ้นส่วน HE
9ชิ้นส่วน BF
10ชิ้นส่วน CG
11ชิ้นส่วน DH
12ชิ้นส่วน FC
13ชิ้นส่วน HC

6.โครงข่ายถัก: วิธีจุดต่อยาก

ใช้วิธีจุดต่อเพื่อหาแรง F_AB ในชิ้นส่วน AB ให้แรงดึงเป็นบวกและแรงอัดเป็นลบ

ช่วงกว้าง = 5 mความสูง = 3 mB อยู่ห่างจาก A 4 mน้ำหนักบรรทุกแนวดิ่ง = 30 kNน้ำหนักบรรทุกแนวนอน = 5 kN →

F_AB = kN

7.โครงข้อแข็งและเครื่องกลปานกลาง

คาน AB แนวนอนต่อด้วยหมุดกับผนังที่ A และถูกค้ำด้วยค้ำยัน CD ซึ่งต่อด้วยหมุดกับผนังที่ C ต่ำกว่า A เป็นระยะ 0.8 m โหลด 15 kN แขวนที่ B ไม่คิดน้ำหนัก จงหาขนาดของแรงที่หมุด A บนคานที่ A

P = 15 kNAD = 0.75 mAB = 2 mAC = 0.8 m

A = kN

8.โครงข้อแข็งและเครื่องกลยาก

โครงข้อแข็งที่แสดงมีหมุดที่ A, B และ C โดย A และ C ยึดกับพื้นห่างกัน 5 m และ B สูง 2.5 m และอยู่ทางขวาของ A 3 m ชิ้นส่วน AB รับโหลดแนวดิ่ง 20 kN ที่ K ซึ่งห่างจาก A 1.8 m (ในแนวนอน) และโหลดแนวนอน 3 kN ไปทางขวากระทำที่ B บนชิ้นส่วน AB จงหาขนาดของปฏิกิริยาแนวนอน A_x ที่ A

P = 20 kNQ = 3 kNL = 5 mH = 2.5 mระยะแนวนอนจาก A ถึง B = 3 mระยะแนวนอนจาก A ถึง K = 1.8 m

A_x = kN

9.แรงเฉือนและโมเมนต์ดัดปานกลาง

คานช่วงเดียวรองรับอย่างง่ายรับโมเมนต์คู่ควบตามเข็มนาฬิกา M₀ = 25 kN·m ที่ x = 3 m จาก A และไม่มีแรงอื่น จงหาโมเมนต์ดัด M_x ที่ตำแหน่งซ้ายของโมเมนต์คู่ควบเล็กน้อย ให้โมเมนต์ที่ทำให้คานแอ่นลงเป็นบวก และแรงเฉือนที่ชี้ขึ้นบนหน้าตัดด้านซ้ายเป็นบวก

L = 4 mM₀ = 25 kN·m ตามเข็มนาฬิกา ที่ 3 m

M_x = kN·m

10.แรงเฉือนและโมเมนต์ดัดยาก

หาโมเมนต์ดัด M_x ที่หน้าตัด x = 1.5 m จากจุดรองรับ A ให้โมเมนต์ที่ทำให้คานแอ่นลงเป็นบวก และแรงเฉือนที่ชี้ขึ้นบนหน้าซ้ายเป็นบวก

L = 5 mP = 55 kN ที่ 1.5 mw = 5 kN/m จาก 0 ถึง 5 mx = 1.5 m

M_x = kN·m

11.เซนทรอยด์และโมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่ปานกลาง

แผ่น 120 mm × 150 mm มีรูกลมเส้นผ่านศูนย์กลาง 30 mm บนเส้นกึ่งกลางแนวดิ่ง โดยจุดศูนย์กลางอยู่สูงจากด้านล่าง 52.5 mm จงหาโมเมนต์ที่สองของพื้นที่ I_x รอบแกนนอนที่ผ่านเซนทรอยด์

b = 120 mmh = 150 mmd = 30 mmจุดศูนย์กลางของรู: y = 52.5 mm

I_x = × 10⁶ mm⁴

12.เซนทรอยด์และโมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่ยาก

คานเหล็กหล่อมีหน้าตัดรูปตัว T ตามที่แสดง โดยปีกอยู่ด้านบน ความเค้นที่ยอมให้คือ 35 MPa สำหรับแรงดึง และ 100 MPa สำหรับแรงอัด จงหาโมเมนต์ดัดโค้งคว่ำมากที่สุด M_allow ที่คานรับได้ (ตอบเป็นขนาด)

b_f = 200 mmt_f = 10 mmt_w = 10 mmh_w = 300 mmσ_t,allow = 35 MPaσ_c,allow = 100 MPa

M_allow = kN·m

3สารละลาย

1.เวกเตอร์: ผลคูณจุดและผลคูณไขว้

คำตอบ: θ = 108.9 °

ผลคูณจุด: a·b = a_xb_x + a_yb_y + a_zb_z = |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

ผลคูณจุด

a·b = 2·1 + 4·(−4) + (−3)·(−2) = −8

ขนาด

|a| = √(2² + 4² + (−3)²) = 5.385

|b| = √(1² + (−4)² + (−2)²) = 4.583

มุม

cos θ = −8/(5.385·4.583) = −0.3242

θ = arccos(−0.3242) = 108.9°

คำตอบ

θ = 108.9°

2.เวกเตอร์: ผลคูณจุดและผลคูณไขว้

คำตอบ: n̂_x = −0.527

ผลคูณไขว้: a × b = (a_yb_z − a_zb_y, a_zb_x − a_xb_z, a_xb_y − a_yb_x) ตั้งฉากกับเวกเตอร์ทั้งสอง และ |a × b| = |a|·|b|·sin θ คือพื้นที่ของสี่เหลี่ยมด้านขนานที่เวกเตอร์ทั้งสองขึง (สามเหลี่ยมมีครึ่งหนึ่งของมัน) ลำดับมีผล: b × a = −(a × b) โมเมนต์ของแรง F ที่กระทำที่จุด A รอบจุด O คือ M_O = r × F โดย r = A − O

ผลคูณไขว้

(a × b)_x = a_yb_z − a_zb_y = (−5)·1 − 0·2 = −5

(a × b)_y = a_zb_x − a_xb_z = 0·3 − (−4)·1 = 4

(a × b)_z = a_xb_y − a_yb_x = (−4)·2 − (−5)·3 = 7

ทำให้เป็นหนึ่งหน่วย

องค์ประกอบ z ของ a × b เป็นบวกอยู่แล้ว

|a × b| = √((−5)² + 4² + 7²) = 9.487

n̂ = (−5, 4, 7)/9.487 = (−0.527, 0.4216, 0.7379)

n̂_x = −0.527

คำตอบ

n̂_x = −0.527

3.ปฏิกิริยาที่จุดรองรับของคาน

คำตอบ: R_A = 72.5 kN

สมดุลสถิต: วัตถุที่อยู่นิ่งมี ΣF_x = 0, ΣF_y = 0 และ ΣM = 0 รอบจุดใดก็ได้ การหาโมเมนต์รอบจุดรองรับหนึ่งจะตัดปฏิกิริยาของจุดรองรับนั้นออกจากสมการ

แผนภาพวัตถุอิสระ

แทนจุดรองรับด้วยแรงปฏิกิริยา ลูกกลิ้งให้ปฏิกิริยาแนวดิ่งหนึ่งแรง เมื่อมีแต่น้ำหนักบรรทุกแนวดิ่ง หมุดก็ให้ปฏิกิริยาแนวดิ่งหนึ่งแรงเช่นกัน

สมดุล

โมเมนต์รอบจุด A โดยให้ทวนเข็มนาฬิกาเป็นบวก จากนั้นสมดุลของแรงแนวดิ่ง

ΣM_A = 0: R_B·8 = 40·1 + 60·3

R_B = 220/8 = 27.5 kN

ΣF_y = 0: R_A = 100 − 27.5 = 72.5 kN

คำตอบ

R_A = 72.5 kN

4.ปฏิกิริยาที่จุดรองรับของคาน

คำตอบ: M_A = 11.75 kN·m

สมดุลสถิต: วัตถุที่หยุดนิ่งมี ΣF_x = 0, ΣF_y = 0 และ ΣM = 0 รอบจุดใดก็ได้ ให้แทนแรงกระทำแบบแผ่แต่ละแรงด้วยแรงลัพธ์ (พื้นที่ของมัน) ที่กระทำที่เซนทรอยด์ของแผนภาพแรง และหาโมเมนต์รอบจุดรองรับหนึ่งเพื่อกำจัดแรงปฏิกิริยาของจุดรองรับนั้นออกจากสมการ บานพับภายในรับโมเมนต์ดัดไม่ได้ ซึ่งให้สมการเพิ่มหนึ่งสมการ: โมเมนต์รอบบานพับของแรงทั้งสองข้างเป็นศูนย์

ส่วน CD

บานพับไม่มีโมเมนต์ ดังนั้นโมเมนต์รอบ C บน CD เพียงส่วนเดียวต้องสมดุล

W = 2·4 = 8 kN ที่ 2 m จาก C

ΣM_C = 0: R_D·4 = 15·3.5 + 8·2

R_D = 17.13 kN

V_C = 23 − 17.13 = 5.875 kN

ส่วน AC

แรงที่บานพับ V_C กระทำลงบน AC (เท่ากันและตรงข้ามกับแรงที่กระทำต่อ CD)

R_A = 5.875 = 5.875 kN

M_A = 5.875·2 = 11.75 kN·m

คำตอบ

M_A = 11.75 kN·m

5.โครงข่ายถัก: วิธีจุดต่อ

คำตอบ: ชิ้นส่วน BF

ชิ้นส่วนแรงเป็นศูนย์: ที่จุดต่อ แรงต้องสมดุลทุกทิศทาง ถ้าจุดต่อไม่มีโหลดและไม่มีจุดรองรับ และสองในสามชิ้นส่วนอยู่ในแนวเดียวกัน สมดุลขวางแนวนั้นเกี่ยวข้องกับชิ้นส่วนที่สามเท่านั้น แรงของมันจึงเป็นศูนย์ ถ้ามีเพียงสองชิ้นส่วนมาพบกันที่จุดต่อที่ไม่มีโหลดและไม่อยู่ในแนวเดียวกัน ทั้งสองเป็นศูนย์

จุดต่อ B

AB และ BC อยู่บนเส้นตรงเดียวกันและจุดต่อไม่รับโหลด สมดุลแรงขวางแนวนั้นเหลือเพียง BF

ΣF⊥ = 0 → F_BF = 0

ตรวจสอบด้วยวิธีจุดต่อ

การแก้ทุกจุดต่อให้แรงในชิ้นส่วนเหล่านี้ (T = แรงดึง, C = แรงอัด)

AB: 18.75 kN (T), BC: 18.75 kN (T), CD: 31.25 kN (T), DE: 31.25 kN (T), FG: 37.5 kN (C), GH: 37.5 kN (C), AF: 26.52 kN (C), HE: 44.19 kN (C), BF: 0, CG: 10 kN (C), DH: 25 kN (T), FC: 26.52 kN (T), HC: 8.839 kN (T)

คำตอบ

ชิ้นส่วนแรงเป็นศูนย์: BF

6.โครงข่ายถัก: วิธีจุดต่อ

คำตอบ: F_AB = −5 kN

วิธีจุดต่อ: ทุกหมุดของโครงข่ายถักอยู่ในสมดุล ดังนั้น ΣF_x = 0 และ ΣF_y = 0 ที่แต่ละจุดต่อ เริ่มที่จุดต่อซึ่งมีแรงในชิ้นส่วนที่ไม่ทราบค่าไม่เกินสองตัว ผลลัพธ์ที่เป็นลบหมายความว่าชิ้นส่วนรับแรงอัด

ปฏิกิริยาที่จุดรองรับ

สมดุลของโครงข่ายถักทั้งหมด โมเมนต์รอบจุด A โดยให้ทวนเข็มนาฬิกาเป็นบวก

ΣM_A = 0: C_y·5 = 30·4 + 5·3 → C_y = 27 kN

ΣF_y = 0: A_y = 30 − 27 = 3 kN

ΣF_x = 0: A_x = −5 kN

จุดต่อ A

สมมติให้ทุกชิ้นส่วนรับแรงดึง (ดึงออกจากจุดต่อ) มีเพียง AB ที่มีองค์ประกอบแนวดิ่งที่ A

sin α = 3/5 = 0.6

ΣF_y = 0: A_y + F_AB·sin α = 0

F_AB = −3/0.6 = −5 kN

คำตอบ

F_AB = −5 kN (แรงอัด)

7.โครงข้อแข็งและเครื่องกล

คำตอบ: A = 45.07 kN

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

แรงในค้ำยัน

F_CD = 15·2/(0.7295·0.75) = 54.83 kN

องค์ประกอบที่ A

A_x = F_CD·cos α = 37.5 kN (ไปทางผนัง)

A_y = 15 − F_CD·sin α = −25 kN

ขนาด

A = √(37.5² + −25²) = 45.07 kN

คำตอบ

A = 45.07 kN

A_y ที่เป็นลบหมายความว่าผนังดึงคานลงที่ A

8.โครงข้อแข็งและเครื่องกล

คำตอบ: A_x = 3.96 kN

ทิศทางของ BC

BC = 3.202 m, cos = 0.6247, sin = 0.7809

โครงข้อแข็งทั้งหมด: โมเมนต์รอบ A

F_BC·0.7809·5 = 20·1.8 + 3·2.5

F_BC = 11.14 kN

สมดุลแนวนอน

A_x + 3 − 11.14·0.6247 = 0

A_x = 3.96 kN → |A_x| = 3.96 kN

คำตอบ

A_x = 3.96 kN

A_x ชี้ไปทางขวา

9.แรงเฉือนและโมเมนต์ดัด

คำตอบ: M_x = −18.75 kN·m

วิธีหน้าตัด: ตัดคานตรงจุดที่ต้องการหาแรงภายในแล้วเก็บไว้ด้านหนึ่ง แรงเฉือน V สมดุลกับแรงแนวดิ่งทางด้านนั้น และโมเมนต์ดัด M สมดุลกับโมเมนต์ของแรงเหล่านั้นรอบรอยตัด โมเมนต์คู่ควบที่กระทำทำให้แผนภาพโมเมนต์ดัดกระโดดเท่ากับขนาดของโมเมนต์คู่ควบ

ปฏิกิริยาที่จุดรองรับ

โมเมนต์รอบ A โดยให้ทวนเข็มนาฬิกาเป็นบวก: R_B·L − M₀ = 0 สมดุลในแนวดิ่ง: R_A + R_B = 0

R_B = M₀/L = 25/4 = 6.25 kN (ขึ้น)

R_A = −R_B = −6.25 kN (ลง)

ตัดที่ตำแหน่งซ้ายของโมเมนต์คู่ควบเล็กน้อย

ส่วนซ้ายมีเพียง R_A

M_x = R_A·a = −6.25·3 = −18.75 kN·m

คำตอบ

M_x = −18.75 kN·m

10.แรงเฉือนและโมเมนต์ดัด

คำตอบ: M_x = 70.88 kN·m

ปฏิกิริยาที่จุดรองรับ

สมดุลของคานทั้งตัว

แรงลัพธ์ของน้ำหนักแผ่สม่ำเสมอ: W = w·ℓ = 5·5 = 25 kN กระทำที่ x̄ = 2.5 m

ΣM_A = 0: R_B·5 = 55·1.5 + 5·5·2.5

R_B = 145/5 = 29 kN

ΣF_y = 0: R_A = 80 − 29 = 51 kN

ตัดที่ x = 1.5 m และเก็บส่วนทางซ้ายไว้

มีเฉพาะแรงทางซ้ายของรอยตัดเท่านั้น ส่วนของน้ำหนักแผ่สม่ำเสมอกระทำเป็นแรงเดียวที่กึ่งกลางของส่วนนั้น

M = R_A·x − (น้ำหนักบรรทุกแต่ละตัวทางซ้ายของรอยตัด × ระยะถึงรอยตัด)

M_x = 51·1.5 − 5·1.5·0.75 = 70.88 kN·m

คำตอบ

M_x = 70.88 kN·m

11.เซนทรอยด์และโมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่

คำตอบ: I_x = 33.34 × 10⁶ mm⁴

หน้าตัดที่มีรู: ถือว่ารูเป็นพื้นที่ลบ เซนทรอยด์คือ ȳ = (A₁y₁ − A₂y₂)/(A₁ − A₂) โดย A₁, y₁ เป็นของแผ่นเต็ม และ A₂, y₂ เป็นของรู สำหรับโมเมนต์ที่สองของพื้นที่รอบแกนที่ผ่านเซนทรอยด์ ให้ใช้ทฤษฎีบทแกนขนานกับแต่ละส่วนแล้วลบรู: I = (I_c1 + A₁d₁²) − (I_c2 + A₂d₂²) โดย d คือระยะจากเซนทรอยด์ของแต่ละส่วนไปยังแกนที่ผ่าน ȳ สี่เหลี่ยมผืนผ้ามี I_c = bh³/12 และวงกลมมี I_c = πd⁴/64

เซนทรอยด์

ȳ = (18000·75 − 706.9·52.5)/(18000 − 706.9) = 75.92 mm

แผ่นเต็มรอบ ȳ

120·150³/12 + 18000·−0.9197² = 33.77 × 10⁶ mm⁴

รูรอบ ȳ

π·30⁴/64 + 706.9·−23.42² = 0.4275 × 10⁶ mm⁴

ลบ

I_x = 33.34 × 10⁶ mm⁴

คำตอบ

I_x = 33.34 × 10⁶ mm⁴

12.เซนทรอยด์และโมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่

คำตอบ: M_allow = 18.34 kN·m

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

เซนทรอยด์

ȳ = (2000·305 + 3000·150)/5000 = 212 mm

ขอบบน: c = 310 − 212 = 98 mm

โมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่

I = 200·10³/12 + 2000·93² + 10·300³/12 + 3000·62² = 5.135 × 10⁷ mm⁴

โมเมนต์ที่แต่ละขอบยอมให้

โค้งคว่ำ: ด้านบนรับแรงดึง ด้านล่างรับแรงอัด

ขอบบน: M = 35·5.135 × 10⁷/98 = 18.34 kN·m

ขอบล่าง: M = 100·5.135 × 10⁷/212 = 24.22 kN·m

ค่าที่เป็นตัวกำหนด

M_allow = min = 18.34 kN·m (ขอบบน)

คำตอบ

M_allow = 18.34 kN·m

ExamProblems · examproblems.com/courses/statics