Yazdırma penceresinde, bir kopyayı cihazınızda saklamak için “PDF olarak kaydet” seçeneğini seçin.
1Formüller ve yöntemler
Vektörler: skaler ve vektörel çarpım
Büyüklük
|a| = √(ax² + ay² + az²)
Birim vektör
û = a/|a|
Açıdan bileşenler
Fx = F·cos θ, Fy = F·sin θ
Skaler çarpım
a·b = axbx + ayby + azbz = |a||b|cos θ
a’nın b üzerindeki skaler izdüşümü
a·b/|b|
İş
W = F·d
Vektörel çarpım
a × b = (aybz − azby, azbx − axbz, axby − aybx)
Alanlar
paralelkenar |a × b|, üçgen ½|a × b|
O’ya göre moment
MO = r × F, r = A − O
Paralelyüzlünün hacmi
V = |a·(b × c)|
Yöntem
Her vektörü bileşenleriyle yazın; büyüklük ve açıyla verilen bir kuvvet için F·cos θ ve F·sin θ kullanın.
Uzunluklar ve doğrultular için √(x² + y² + z²) büyüklüğünü ve a/|a| birim vektörünü kullanın.
Açılar, izdüşümler, diklik ve iş için skaler çarpımı kullanın: a·b = |a||b|cos θ.
Dik vektörler, alanlar ve momentler için vektörel çarpımı kullanın: üç bileşeni dikkatle yazın ve a × b sırasını koruyun.
Kiriş mesnet tepkileri
Denge
ΣFx = 0, ΣFy = 0, ΣM = 0
Düzgün yük
bileşke w·L, yükün ortasında
Moment
M = F·d
Yöntem
Serbest cisim diyagramı çizin ve her mesneti tepkileriyle değiştirin.
Her yayılı yükü ağırlık merkezine etkiyen tek bir kuvvetle değiştirin.
Diğer mesnetteki tepkiyi bulmak için bir mesnete göre moment alın.
Kalan tepkiyi ΣFy = 0 ile bulun ve ikinci bir moment denklemiyle kontrol edin.
Kafes: düğüm yöntemi
Düğüm yöntemi
ΣFx = 0, ΣFy = 0 at each joint
Kesit yöntemi
ΣM = 0 about a cut point
Çubuk kuvveti
pozitif = çekme, negatif = basınç
Yöntem
Tüm kafes sistemin mesnet tepkilerini bulun.
Düğüm noktaları yöntemi: en fazla iki bilinmeyen çubuk kuvveti olan bir düğümden başlayın ve ΣFx = 0 ile ΣFy = 0 kullanın.
Kesim yöntemi: gereken çubuktan kesin ve diğer bilinmeyen çubukların kesiştiği bir noktaya göre moment alın.
Çekme varsayın; negatif cevap basınç demektir.
Çerçeveler ve makineler
Her elemanın dengesi
ΣFx = 0, ΣFy = 0, ΣM = 0
İki kuvvet elemanı
kuvvet, iki pimini birleştiren doğru boyunca
Pim kuvveti
birleştirdiği iki elemanda eşit ve zıt yönlü
Pim kuvvetinin büyüklüğü
F = √(Fx² + Fy²)
Kaldıraç, pense, dirsekli kol
Fin·a = Fout·b
Mafsallı mengene (toggle)
Flink = F/(2 sin θ), Q = F/(2 tan θ)
Düzgün yük
bileşke w·L, yükün ortasında
Yöntem
Tüm yapının şemasını çizin ve bilinmeyen sayısı üçü geçmiyorsa mesnet tepkilerini bulun.
İki kuvvet elemanlarını belirleyin: yalnızca iki pimden yüklenen elemanlarda kuvvet, pimler arasındaki doğru boyunca etkir.
Çerçeveyi parçalarına ayırın ve her elemanı tek başına çizin; elemanların birleştiği yerlerde pim kuvvetleri eşit ve zıt yönlü olsun.
Her eleman için bilinmeyen kuvvetlerin etkidiği bir pime göre moment alın, sonra ΣFx = 0 ve ΣFy = 0 denklemlerini kullanın; bileşenleri en sonda bir büyüklükte birleştirin.
Kesme kuvveti ve eğilme momenti
Kesme ve moment
V = bir taraftaki ΣF, M = bir taraftaki ΣF·d
Eğilme gerilmesi
σ = M·y/I
Dikdörtgen
I = bh³/12
Kesit modülü
W = I/ymax
Basit mesnetli, düzgün yük
Mmax = wL²/8
Yöntem
Mesnet tepkilerini tüm kirişin dengesinden bulun.
Kirişi gereken kesitten kesin ve bir tarafı tutun.
Kesme kuvveti: o taraftaki düşey kuvvetlerin toplamı. Eğilme momenti: bunların kesite göre momentlerinin toplamı.
En büyük moment için kesme kuvvetinin sıfır olduğu yeri bulun.
Ağırlık merkezi ve atalet momenti
Ağırlık merkezi
ȳ = ΣAiyi/ΣAi
Dikdörtgen
I = bh³/12
Paralel eksen teoremi
I = Ic + A·d²
Bileşik kesit
I = Σ(Ic,i + Aidi²)
2Alıştırma soruları
1.Vektörler: skaler ve vektörel çarpımOrta
a = (−2, 0, 3) ve b = (−3, 2, −1) vektörleri arasındaki θ açısını derece cinsinden bulun.
a = (−2, 0, 3)b = (−3, 2, −1)
θ = °
2.Vektörler: skaler ve vektörel çarpımZor
F = (60, −20, −40) N kuvveti A(3, 1, 1) noktasına etki ediyor. Koordinatlar metre cinsindendir. Kuvvetin O(0, 0, 0) orijini noktasına göre momentinin z bileşenini Mz bulun.
F = (60, −20, −40) NA(3, 1, 1) mO(0, 0, 0) m
Mz = N·m
3.Kiriş mesnet tepkileriOrta
Basit mesnetli kirişin A’da sabit mafsalı, B’de kayıcı mesnedi var. Düşey mesnet tepkisi RA değerini bulun.
L = 5 mP1 = 60 kN @ 3 mP2 = 45 kN @ 3,5 m
RA = kN
4.Kiriş mesnet tepkileriZor
Basit mesnetli kirişin A’da sabit mafsalı, B’de kayıcı mesnedi var. Düşey mesnet tepkisi RB değerini bulun.
L = 4 mP = 10 kN @ 1,5 mw = 2 kN/m, 2 ile 3 m arasında
RB = kN
5.Kafes: düğüm yöntemiOrta
AB çubuğundaki FAB kuvvetini düğüm yöntemiyle bulun. Çekmeyi pozitif, basıncı negatif verin.
açıklık = 8 myükseklik = 3 mB, A’dan 3 m uzaktadüşey yük = 35 kN
FAB = kN
6.Kafes: düğüm yöntemiZor
AB çubuğundaki FAB kuvvetini düğüm yöntemiyle bulun. Çekmeyi pozitif, basıncı negatif verin.
açıklık = 6 myükseklik = 3 mB, A’dan 1 m uzaktadüşey yük = 35 kNyatay yük = 25 kN ←
FAB = kN
7.Çerçeveler ve makinelerOrta
Gösterilen A çerçevesi, birbirinden 5 m uzaktaki A pimi ve B makarası üzerinde duruyor; tepe pimi C 4,5 m yüksekte, yatay DE bağı ise zeminden 1 m yukarıda. AC bacağına, A’dan (yatayda) 1,875 m uzaktaki K noktasında 4 kN’luk düşey bir yük etkiyor. Bağdaki çekme kuvvetini T bulun.
P = 4 kNAB = 5 mC’nin yüksekliği = 4,5 mDE’nin yüksekliği = 1 mA’dan K’ya yatay uzaklık = 1,875 m
T = kN
8.Çerçeveler ve makinelerZor
Bir mafsallı pres, pimler arasında her biri 120 mm uzunluğunda iki eşit AB ve BC bağlantı elemanına sahiptir. B bağlantısı AC doğrusunun 5 mm üzerindedir. B’deki hangi aşağı yönlü kuvvet F, C kızağında 5000 N’luk yatay bir presleme kuvveti üretir? Sürtünmeyi ve ağırlıkları yok sayın.
Q = 5000 NAB = BC = 120 mmh = 5 mm
F = N
9.Kesme kuvveti ve eğilme momentiOrta
Konsol kiriş A’da ankastredir. Tüm boyunca düzgün yayılı w yükünü ve A’dan 3 m uzaklıkta P tekil yükünü taşır. Eğilme momenti MA değerini A ankastre mesnedinde bulun. Alt lifleri çeken momentleri ve sol yüzde yukarı doğru kesme kuvvetini pozitif alın.
L = 4 mP = 25 kN @ 3 mw = 12 kN/m, 0 ile 4 m arasında
MA = kN·m
10.Kesme kuvveti ve eğilme momentiZor
Basit mesnetli kiriş, açıklığının bir kısmında düzgün yayılı yük taşır. A’dan eğilme momentinin en büyük olduğu kesite olan uzaklık x0 değerini bulun.
L = 8 mw = 24 kN/m, 3 ile 5 m arasında
x0 = m
11.Ağırlık merkezi ve atalet momentiOrta
Bir U kesit açık tarafı yukarıda duruyor: 160 mm genişliğinde bir taban levhası ve toplam 100 mm yüksekliğinde iki dik kol. Taban ve kolların hepsi 8 mm kalınlığındadır. Ağırlık merkezinden geçen yatay x eksenine göre atalet momenti Ix değerini bulun.
b = 160 mmh = 100 mmt = 8 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.Ağırlık merkezi ve atalet momentiZor
Kaynaklı bir I kesitin 120 × 20 mm üst başlığı, 220 mm yüksekliğinde ve 10 mm kalınlığında gövdesi ve 280 × 22 mm alt başlığı vardır (genişlik × kalınlık). Ağırlık merkezinden geçen yatay x eksenine göre atalet momenti Ix değerini bulun.
üst başlık: 120 × 20 mmgövde: 10 × 220 mmalt başlık: 280 × 22 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
3Çözeltiler
1.Vektörler: skaler ve vektörel çarpım
Cevap: θ = 77,15 °
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.
Skaler çarpım
a·b = (−2)·(−3) + 0·2 + 3·(−1) = 3
Büyüklükler
|a| = √((−2)² + 0² + 3²) = 3,606
|b| = √((−3)² + 2² + (−1)²) = 3,742
Açı
cos θ = 3/(3,606·3,742) = 0,2224
θ = arccos(0,2224) = 77,15°
Cevap
θ = 77,15°
2.Vektörler: skaler ve vektörel çarpım
Cevap: Mz = −120 N·m
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.
Statik denge: durgun bir cisim için herhangi bir noktaya göre ΣFx = 0, ΣFy = 0 ve ΣM = 0. Bir mesnede göre moment almak o mesnedin tepkisini denklemden çıkarır.
Serbest cisim diyagramı
Mesnetleri tepki kuvvetleriyle değiştirin. Kayıcı mesnet bir düşey tepki verir; yalnızca düşey yükler varsa sabit mafsal da bir düşey tepki verir.
Denge
A’ya göre momentler, saat yönünün tersi pozitif. Ardından düşey kuvvet dengesi.
ΣMA = 0: RB·5 = 60·3 + 45·3,5
RB = 337,5/5 = 67,5 kN
ΣFy = 0: RA = 105 − 67,5 = 37,5 kN
Cevap
RA = 37,5 kN
4.Kiriş mesnet tepkileri
Cevap: RB = 5 kN
Statik denge: durgun bir cisim için herhangi bir noktaya göre ΣFx = 0, ΣFy = 0 ve ΣM = 0. Bir mesnede göre moment almak o mesnedin tepkisini denklemden çıkarır.
Serbest cisim diyagramı
Mesnetleri tepki kuvvetleriyle değiştirin. Kayıcı mesnet bir düşey tepki verir; yalnızca düşey yükler varsa sabit mafsal da bir düşey tepki verir.
Denge
A’ya göre momentler, saat yönünün tersi pozitif. Ardından düşey kuvvet dengesi.
Yayılı yük bileşkesi: W = w·ℓ = 2·1 = 2 kN, x̄ = 2,5 m noktasında etkir
ΣMA = 0: RB·4 = 10·1,5 + 2·1·2,5
RB = 20/4 = 5 kN
ΣFy = 0: RA = 12 − 5 = 7 kN
Cevap
RB = 5 kN
5.Kafes: düğüm yöntemi
Cevap: FAB = −30,94 kN
Düğüm yöntemi: bir kafesin her düğümü dengededir; bu yüzden her düğümde ΣFx = 0 ve ΣFy = 0. En fazla iki bilinmeyen çubuk kuvveti olan bir düğümden başlayın. Negatif sonuç çubuğun basınçta olduğunu gösterir.
Mesnet tepkileri
Tüm kafesin dengesi. A’ya göre momentler, saat yönünün tersi pozitif.
ΣMA = 0: Cy·8 = 35·3 → Cy = 13,13 kN
ΣFy = 0: Ay = 35 − 13,13 = 21,88 kN
A düğümü
Her çubuğun çekmede olduğunu (düğümden dışarı çektiğini) varsayın. A’da yalnızca AB’nin düşey bileşeni var.
sin α = 3/4,243 = 0,7071
ΣFy = 0: Ay + FAB·sin α = 0
FAB = −21,88/0,7071 = −30,94 kN
Cevap
FAB = −30,94 kN (basınç)
6.Kafes: düğüm yöntemi
Cevap: FAB = −43,92 kN
Düğüm yöntemi: bir kafesin her düğümü dengededir; bu yüzden her düğümde ΣFx = 0 ve ΣFy = 0. En fazla iki bilinmeyen çubuk kuvveti olan bir düğümden başlayın. Negatif sonuç çubuğun basınçta olduğunu gösterir.
Mesnet tepkileri
Tüm kafesin dengesi. A’ya göre momentler, saat yönünün tersi pozitif.
ΣMA = 0: Cy·6 = 35·1 − 25·3 → Cy = −6,667 kN
ΣFy = 0: Ay = 35 − −6,667 = 41,67 kN
ΣFx = 0: Ax = 25 kN
A düğümü
Her çubuğun çekmede olduğunu (düğümden dışarı çektiğini) varsayın. A’da yalnızca AB’nin düşey bileşeni var.
sin α = 3/3,162 = 0,9487
ΣFy = 0: Ay + FAB·sin α = 0
FAB = −41,67/0,9487 = −43,92 kN
Cevap
FAB = −43,92 kN (basınç)
7.Çerçeveler ve makineler
Cevap: T = 1,071 kN
Çerçeveler ve makineler: kafesten farklı olarak bir çerçeve, en az bir elemanında ikiden fazla noktada kuvvet taşır veya pimleri arasında bir yük bulunur. Önce iki kuvvet elemanlarını arayın: yalnızca iki pimden yüklenen bir elemanın kuvveti bu pimlerden geçen doğru boyuncadır, bu yüzden iki değil, bir bilinmeyen ekler. Sonra bilinmeyen sayısı üçü geçmiyorsa mesnet tepkileri için tüm yapıyı kullanın. Son olarak çerçeveyi parçalarına ayırın: her elemanı ayrı çizin, pim kuvvetleri birleştirdikleri iki elemanda eşit ve zıt yönlü olsun ve onun için ΣFx = 0, ΣFy = 0 ve ΣM = 0 yazın. Bir pime göre moment almak, o pim kuvvetinin iki bileşenini de denklemden çıkarır.
Tüm çerçeve: A’ya göre momentler
By = 4·1,875/5 = 1,5 kN
BC bacağı: C’ye göre momentler
1,5·2,5 = T·3,5
T = 1,071 kN
Cevap
T = 1,071 kN
8.Çerçeveler ve makineler
Cevap: F = 417 N
Makineler: penseler, kaldıraçlar, bağlantı sistemleri ve kıskaçlar bir giriş kuvvetini daha büyük ya da farklı yönlü bir çıkış kuvvetine çevirir. Bir parçayı serbest cisim olarak çizin ve dönme noktasına göre moment alın: pim kuvveti denklemden çıkar ve Fin·a = Fout·b mekanik kazancı a/b olarak verir. Pim kuvveti, aynı parça için ΣF = 0 denkleminden bulunur. Mafsallı bir mengenede iki bağlantı elemanı sığ bir θ açısıyla buluşur; her bağlantı elemanı bir iki kuvvet elemanıdır, bu yüzden bağlantı noktasındaki küçük bir F kuvveti büyük F/(2 sin θ) eleman kuvvetleri ve F/(2 tan θ) sıkma kuvveti oluşturur.
Bağlantı elemanı açısı
sin θ = 5/120 = 0,04167, θ = 2,388°
Bağlantı elemanı kuvveti
Flink = Q/cos θ = 5004 N
B’deki kuvvet
F = 2·Flink·sin θ = 2·5000·tan θ = 417 N
Cevap
F = 417 N
9.Kesme kuvveti ve eğilme momenti
Cevap: MA = −171 kN·m
Kesit yöntemi: iç kuvvetleri istediğiniz yerde kirişi kesin ve bir tarafı tutun. Kesme kuvveti V o taraftaki düşey kuvvetleri, eğilme momenti M ise onların kesite göre momentlerini dengeler.
Serbest uçtaki parçayı tutun
P: −25·3 = −75 kN·m
w: −12·4²/2 = −96 kN·m
MA = −75 − 96 = −171 kN·m
Cevap
MA = −171 kN·m
Negatif, üst liflerin çekmede olduğu anlamına gelir (negatif moment).
10.Kesme kuvveti ve eğilme momenti
Cevap: x0 = 4 m
Kesit yöntemi: iç kuvvetleri istediğiniz yerde kirişi kesin ve bir tarafı tutun. Kesme kuvveti V o taraftaki düşey kuvvetleri, eğilme momenti M ise onların kesite göre momentlerini dengeler. En büyük moment: dM/dx = V olduğundan eğilme momenti, kesme kuvvetinin sıfırdan geçtiği yerde, yani ya bir tekil yükte ya da yayılı yükün içinde en büyük değerine ulaşır.
Mesnet tepkileri
Tüm kirişin dengesi.
Yayılı yük bileşkesi: W = w·ℓ = 24·2 = 48 kN, x̄ = 4 m noktasında etkir
ΣMA = 0: RB·8 = 24·2·4
RB = 192/8 = 24 kN
ΣFy = 0: RA = 48 − 24 = 24 kN
Sıfır kesme kuvveti
Kesme kuvveti RA ile başlar, yüksüz kısımlarda sabit kalır ve yükün içinde w eğimiyle azalır.
RA − w·(x0 − 3) = 0
x0 = 3 + 24/24 = 4 m
Cevap
x0 = 4 m
11.Ağırlık merkezi ve atalet momenti
Cevap: Ix = 2,757 × 10⁶ mm⁴
Bileşik alanlar: kesiti dikdörtgenlere ayırın. Ağırlık merkezi alanlarla ağırlıklı ortalamadır: ȳ = ΣAᵢyᵢ/ΣAᵢ. Ağırlık merkezi eksenine göre atalet momenti, her parçanın kendi bh³/12 değerini ve paralel eksen terimi A·d²’yi toplar; d, parçanın ağırlık merkezinin genel ağırlık merkezine uzaklığıdır. Eğilme gerilmesi σ = M·y/I’dır.
Dikdörtgenlere ayırın
Tabanı tam genişlikte ve iki kolu onun üstünde (yükseklik h − t) alın; böylece hiçbir şey iki kez sayılmaz.
baz: A1 = 160·8 = 1280 mm², y1 = 4 mm
iki kol: A2 = 2·8·92 = 1472 mm², y2 = 8 + 92/2 = 54 mm
Bileşik alanlar: kesiti dikdörtgenlere ayırın. Ağırlık merkezi alanlarla ağırlıklı ortalamadır: ȳ = ΣAᵢyᵢ/ΣAᵢ. Ağırlık merkezi eksenine göre atalet momenti, her parçanın kendi bh³/12 değerini ve paralel eksen terimi A·d²’yi toplar; d, parçanın ağırlık merkezinin genel ağırlık merkezine uzaklığıdır. Eğilme gerilmesi σ = M·y/I’dır.
Üç dikdörtgene ayırın
Her y’yi alt kenardan ölçün.
üst başlık: A = 2400 mm², y = 252 mm
gövde: A = 2200 mm², y = 132 mm
alt başlık: A = 6160 mm², y = 11 mm
Ağırlık merkezi
ȳ = (2400·252 + 2200·132 + 6160·11)/10760 = 89,49 mm
Paralel eksen teoremi
üst başlık: 120·20³/12 + 2400·162,5² = 6,346 × 10⁷ mm⁴
gövde: 10·220³/12 + 2200·42,51² = 1,285 × 10⁷ mm⁴
alt başlık: 280·22³/12 + 6160·78,49² = 3,82 × 10⁷ mm⁴