zadania wyd16, Przodki IL PW Inżynieria Lądowa budownictwo Politechnika Warszawska, Semestr 4, Wytrzymałość materiałów II, WM 2, Wydymała II, Wydymałka sem3,4, WYDYMAŁA 1


1. Dla prętów określić naprężenia we wskazanych przekrojacz . Które ustawienie jest korzystniejsze? Określić naprężenia od ciężaru własnego? a.) pręt B-C : A=πd2/4 , q=ςA , pręt C-D: A'=[π*(2d)2]/4=4A , q'=ςA'=4ςA=4q=4ςA , 1-1: N1=q'l=4ςAl , A1=A'=4A , σ1=N1/A1=ςl 2-2: N2=N1=4ςAl , A2=A , σ2=N2/A2=4ςl 3-3: N3=q'l+ql=(4q+q)l=5ql=5ςAl , A3=A , σ3=N3/A3=5ςl . b.) pręt B-C: A'=4A , q'=4ςA pręt C-D: A , q=ςA 1-1: N1=ql=ςAl , A=A , σ1=N1/A1=ςl 2-2: N2=N1=ςAl , A2=4A , σ2=N2/A2=1/4*ςl 3-3: N3=ql+q'l=5ςAl , A3=4A , σ3=N3/A3=5/4*ςl odp. “b”jest korzystniejsze mniejsze naprężenia

3. Obliczyć kąt o jaki obróci się odcinek OC jeżeli obciążymy go siłą Q oraz przemieszczenie pionowe punktów B,C? Wydłużeniu ulega cięgno BD o sztywności osiowej EA 2l/b=cosα , b=2l/cosα . Układ SW: 3RRS {∑X=0,∑Y=0,∑M0=0}potrzebne do wyznaczenia :H0 , V0 , N=(Q3l)/(sinα*2l)=3Q/2sinα . Cięgno BD: wydłużenie λ i obrót , pręt OC: obrót φ , oobrót rozpatrujemy przy założeniu małych przemieszczeń : λ=Nb/EA=(3Q/2sinα )*(2l/cosα)*(1/EA)=6Ql/Easin2α . Zależności geometryczne : λ/λB=sinα , λB=λ/sinα , λCB=3l/2l , λC=3/2*λB=3λ/2sinα , kąt obrotu sztywnej belki tgφ=λB/2l=λ/2lsinα => φ=arctg(λ/2lsinα)

4. Obliczyć składową pionową przemieszczenia punktu B? Pod wpływem Q w prętach powstają siły osiowe i pręty wydłużają się i obracają . l1/a=cosα , l1=acosα , l2/a=sinα , l2=asinα , 2RRS:∑X=0: -N1cosα+N2sinα=0 , ∑Y=0: N1sinα+N2cosα=0 , N1cosα=N2sinα , N2=N1*cosα/sinα=N1cogα , N1sinα+N1ctgαcosα=Q , N1*(sinα+ctgαcosα)=Q , N1=Q/(sinα+ctgαcosα) , N2=N1ctgα=Qctgα/(sinα+ctgαcosα) , λ1=N1l1/EA , λ2=N2l2/EA , λB12 (wektorowo) , λBx1cosα-λ2sinα , λBy1sinα-λ2cosα

5. Obliczyć siły w prętach podtrzymujących sztywną belkę , ich wydłużenia oraz naprężenia w tych prętach ?Dane Q ,l, a, E, σr, A . 2RRS :∑Y=0: N1+N2+N3-Q=0 , ∑MB=0: N2a+N3*3a-Q*2a=0 , tgα=(λ21)/a=(λ31)/3a , 3(λ21)=λ31 , 3λ2-3λ131 , 3λ2-2λ13 , 1.) N1+N2+N3=Q , 2.) N2+3N3=2Q , 3.) 3*(N22l/EA)-2*(N13l/EA)=N3l/EA wyliczyć : N3=18/31*Q , N1=2N3-Q=5/31*Q , N2=2Q-3N3=8/31*Q , Naprężenia : σ1=N1/A=5/31*Q/A , σ2=N2/A=8/31*Q/A , σ3=N3/A=18/31*Q/A , Wydłużenia: λ1=N13l/EA=15/31*Ql/EA , λ2=N22l/EA=16/31*Ql/EA , λ3=N3l/EA=18/31*Ql/EA ,Warunek wytrzy. σmax≤σr , σmax3

6. Dla układu jak poniżej stwierdzić , w którym z nachylonych prętów wystąpi większa siła . Określić przemieszczenie punktu B ? Pod wpływem siły Q w prętach powstają siły osiowe. Pręty wydłużają się i obracają . 2RRS : 1.)∑X=0: -N1sinα+N3sin2α=0 ,2.)∑Y=0: N1cosα+N2+N3cos2α=0 , l/l1=cosα , l1=l/cosα , l/l3=cos2α , l3=l/cos2α Z równania 1.) wynika :N1sinα=N32sinαcosα , N1=N32cosα , N1/N3=2cosα . N1>N3 dla 2cosα>1 cosα>1/2 600<α<900 , N1=N3 dla 2cosα=1 cosα=1/2 α=600 , N1<N3 dla 2cosα<1 cosα<1/2 0<α<600

7. Określić rozkład : sił normalnych , przemieszczeń i naprężeń . 1RRS ∑X=0 . Dwie niewiadome : HB , HF . Warunek geometryczny : λF=0 . N: N1=-HF , N2=-HF+2P , N3=-HF+5P . λFBCCDDF=0 , N1a/EA+N2a/2EA+N3a/2EA=0 , 2N1+N2+N3=0 , 2(-HF)+(-HF+2P)+(-HF+5P)=0 , 4HF=7P , HF=7/4*P - podstawić i wyliczyć . N1=-7/4P , N2=1/4P , N3=13/4P. λ: λCBC=N3a/EA=13/4*Pa/EA , λDBCCD=N3a/EA+N2a/EA=14/4*Pa/EA. σ: σ1=N1/A=-7/4*P/A , σ2=N2/2A=1/8*P/A , σ3=N3/2A=13/8*P/A

8. Wewnątrz tulei stalowej znajduje się miedziany walec . Całość jest ściskana określić max siłę ściskającą . Dane : A1 , A2 , E1 , E2 , KC1 , KC2 . Układ jest równoważny 2 prętom tak ściskanym , że skrócenia prętów są sobie równe , pręty się pokrywają . 1RRS: ∑Y=0: N1+N2=0 , Warunek geometryczny : λC1C2 , N1l/E1A1=N2l/E2A2 , N1/E1A1=N2/E2A2 , N1+N2-P=0 , N2=P-N1 , N1/E1A1=(P-N1)/E2A2 , wyliczamy z tego N1 a następnie N2 . σ1=N1/A1≤KC1 , σ2=N2/A2≤KC2 --warunki ściskania

9. W układzie jeden z prętów został ogrzany , określić naprężenia w prętach . Pod wpływem temp pręt lewy chce się wydłużyć , przeszkadza mu w tym pręt prawy . w prętach powstają siły osiowe ściskające . Warunek geom λC/a=λD/2a => λC=1/2λDC>0-rozciąganie , λD>0-ściskanie) 2RRS:∑Y=0: -N1-N2+VB=0 , ∑MB=0: N1a-N22a=0 , λC=1/2λD: ατ∆τ2l-N12l/EA=1/2*N2l/EA , { N1+N2=VB , N1=2N2 , 4ατ∆τEA-4N1=N2} wyliczamy N1 i N2 oraz σ1=N1/A , σ2=N2/A .

10. Określić naprężenia jakie powstaną w prętach po zamocowaniu układu jak poniżej . Dane : б , l ,EA ,a . Aby zmontować układ , możemy go obciążyć 2 siłami P . Pręt CD wydłuży się , a pręt BD będzie ściskany - skróci się . Siłę P trzeba tak dobrać aby punkty C i F pokryły się Pręt BD naciska w punkcie B , stąd zwrot siły N. 3RRS :∑X=0: -Ncosα-HK=0 , ∑Y=0: -Nsinα-VK+P=0 , ∑MK=0: Nsinα*2a-Pa=0 => N=P/2sinα , б<<l1(złożone) , l1=√[l2-a2] ,sinα=l1/l=√[l2-a2]/l . Warunek geom λFB=б , λ/λB=sinα , λB=λ/sinα , λFB=a/2a ,λF=1/2*λB=1/2*λ/sinα , λFC=б , ½*λ/sinα+λC=б , λ=Nl/EA=Pl/2sinαEA , λC=N1l1/EA=(P√[l2-a2])/2sinαEA .wyliczamy P : P=бEA/[(l3/(4(l2-a2)))+√[l2-a2] ] obliczenia końcowe: pręt C-D: N1=P , σ1=N1/A , pręt B-D: N2=P/2sinα , σ2=N2/A

11. Obliczyć naprężenia w prętach powstałe po zmontowaniu układu. Dane: EA, l ,α ,e . Zakładamy mały odstęp e<<l . Aby zmontować układ można go obciążyć 2 siłami P , wszystkie pręty się wydłużą , siłę P należy tak dobrać aby punkty B i C pokryły się . Zbieżny układ sił: 1.) ∑X=0: -N2cosα-N3cosα+P=0 , 2.) ∑Y=0: N2sinα-N3sinα=0 , z 2.) N3=N2 z 1.) 2N2cosα=P , N2=P/2cosα , λ13=N2l/EA=Pl/2cosαEA , λ23=cosα , λB2/cosα=Pl/2cos2αEA , λC=N1l/EA . Warunek geom λBC=e , Pl/2cos2αEA +Pl/EA=e wyliczyć P a następnie naprężenia .

12. Obliczyć naprężenia w pręcie gdy ostanie on obciążony siłą P , przy jakiej wartości zostanie zlikwidowany luz i co będzie potem . 1RRS ∑X=0: -HB+P=0 =>HB=P ,pręt C-D: N1=0 , σ1=0 pręt B-C: N2=P , σ2=N2/2A=P/2A , λCBC=N2l/2EA=Pl/2EA , λDCBCD=Pl/2EA+0=Pl/2EA , zamknięcie luzu : λD=б , Pl/2EA=б , P=P0=2Eaб/l . po zamknięciu luzu układ jest statycznie niewyznaczalny .W obydwu prętach powstają naprężenia do naprężenia σ2 trzeba dodać wartość σ20=Po/2A=Eб/l , N1=-HD , N2=HD+N1 . Warunek geom λD=0 , λBCCD=0 , N2l/2EA+N1l/EA=0 , N2+2N1=0 , (-HD-P1)+2(-HD)=0 , HD=P1/3 , σ1=N1/A , σ220=N2/A+Eб/l .

13. przy jakim podgrzaniu zniknie luz i co będzie potem . Dane: αT ,E, A, l, б, ∆τ, . λττ*∆τ*l , przed zamknięciem luzu : λCBCτ∆τl , λDBCCDτ∆τl+ατ∆τl=2ατ∆τl . zamknięcie luzu: λD=б , 2ατ∆τl=б =>∆τ=∆τ0=б/2ατl po zamknięciu luzu układ jest statycznie niewyznaczalny . Powstaną siły osiowe i naprężenia ściskające : ∆τ1=∆τ-∆τ0 , N1=-HD , N2=-HD . Warunek geom : λD=б , λDBCCD= N2l/2EA+ατ∆τ1l+N1l/EA+ατ∆τ1l=0 wyliczamy N1 i N2 a następnie HD : HD=4/3*ατ∆τ1EA , σ1=N1/A , σ2=N2/2A , λCBCBC0=N2l/2EA+ατ∆τ0l , λDD0 .

14. Narysować przebieg momentów skręcających , kątów skręcania . Dobrać przekrój. Dane: M ,l, kt, G . Ms: M1=M , M2=M-3M=-2M , M3=M-3M-2M=-4M , przekroje kołowe: Is=πr4/2 , Ws=πr3/2 . C-D: Is1=[π(d/2)4]/2=πd4/32 , Ws1=πd3/16 . B-C: Is2=[π(3/4*d)4]/2=81/512*πd4 , Ws1=27/128*πd3 . A-B: Is3=Is2 , Ws3=Ws2 . φBAB=M3l/GIs3 , φCABBC , φBC=M2l/GIs2 , φDCCD , φCD=M1l/GIs1 [Ml/d4] . Naprężenia styczne (ekstremalne) w poszczególnych odcinkach: τ=M/Ws , . G-D: τ1=M1/Ws1 B-C: τ2=M2/Ws2 A-B: τ3=M3/Ws3 , τmax≤kt wyliczyć wcześniejsze naprężenia i na podstawie największego obliczyć przekrój.

15.Który z przekrojów jest najkorzystniejszy. Dane: M, kt a) przekrój kołowy : Ws=πr3/2=[π(d/2)3]/2 =πd3/16 , τ=M/Ws , τ≤kt , M/Ws≤kt wyliczyć średnice d a następnie przekrój A :A=πd2/4 . b)przekrój cienkościenny pierścieniowy: Ws=2πr2б , τ=M/Ws τ≤kt , M/Ws≤kt , wyliczyć r następnie A: A=2πrб . c) przekrój cienkościenny otwarty : Is=1/3*∑biбi3=1/3*4cб3 , Ws=Is/б , τ≤kt , M/Ws=kt , wyliczyć c następnie A : A=4cб . Wniosek : najkorzystniejszy jest wariant b .

16. Obliczyć grubość spoiny бs . Dane M, kt , ksp . Z rys wynika że pręt jest SW skręcony momentem M . Zakładamy że dane są wymiary przekroju poprzecznego b, б . Spoina jest czołowa , wklęsła ścinana w płaszczyźnie poziomej . Z warunku równości naprężeń stycznych wynika że spoina ścinana jest przez naprężenia styczne τ=M/Ws , Ws=2Fбmin ,pole objęte konturem przekroju cienkościennego zamkniętego: F=b2 , Ws=2b2б , τ=M/2b2б siła ścinająca spoinę na długości L : S=τlб , naprężenia styczne w płaszczyźnie ścinania: τs=S/lбs=M/2b2б*б/бs=M/2b2бs , warunek wytrzymałości dla spoiny : τs≤ksp , M/2b2бs≤ksp , бs≥M/2b2ks , бsmin=M/2b2ksp .

17. Określić rozkład momentów skręcających , kątów skręcania i dobrać przekrój . Dane: M, a, kt, G . GIs=const , Is=πr4/2=πd4/32 , Ws=πr3/2=πd3/16 , M: M1=ME , M2=ME-M , M3=ME-M+3M=ME+2M , M4=M3-5M=ME-3M . Warunek geom φE=0 , φABBCCDDE=0 , M4a/GIs+M32a/GIs+M2a/GIs+M1a/GIs=0 , (wyliczyć ME podstawiając wcześniej napisane zależności) ME=0 (szczególny przypadek obciążenia) . φA=0 , φBAB , φCBBC , φDCCD , φE=0 . ( na podstawie największego momentu wyznaczyć przekrój) τ≤kt , Mmax/Ws≤kt .

18. Określić przekroje belki i porównać je .Dane : P, a, kg. Jest to przypadek zginania prostego . 2RRS: ∑Z=0: P+3P-VA-VB=0 , ∑MA=0: VB4a-Pa-3Pa=0 , VB=2,5P , Va=4P-VB=1,5P . M: Ma=0 , M1=VAa=1,5Pa , M2=VBa=2,5Pa , MB=0 ,Mmax=M2 . a) W=πr3/4=πd3/32 , σ≤kg , Mmax/W=kg , wyliczyć średnice d a następnie przekrój A :A=πd2/4 , b) W=bh2/6 , σ≤kg , wyliczyć b , następnie A: A=bh , c) W=Iy/hd , Ic=[3c*(3c)3]/12-2*(cc3/12) , σ≤kg , wyliczyć c i A: A=7c2 . Wniosek : Najkorzystniejszy jest przekrój „b” .

19. Określić przekrój belki , max ugięcie i kąty obrotu na podporach . Dane: q, l, E, kg . Jest to przypadek zginania prostego . symetria: f=wmax , φB=-φA , reakcjie: VB=VA=ql/2 , M(x)=VAx-qx*x/2=ql/2*x-qx2/2=q/2*(lx-x2) . Całkowanie równania różniczkowego ugięcia belki: EIw''=-M(x)=q/2*(x2-lx) , EIφ=∫q/2*(x2-lx)dx+C=q/2*(1/3*x3-1/2*x2)+C , EIw=∫q/2*(1/3*x3-1/2*x2)dx+Cx+D=g/2*(1/12*x4-1/6**lx3)+Cx+D . warunki brzegowe: 1) w(0)=0 x=0 D=0 , 2) w(l)=0 x=l C=ql3/24 . Wyniki: EIw(x')=q/2*(1/12(x4-1/6*lx3)+ql3x/24 , EIφ(x)=q/2(1/3*x3-1/2*lx2)+ql3/24 , EIw(l/2)=5/384*ql4=f , EIφ(0)=ql3/24 , φA=φ(0)=ql3/24 , φB=-φA . Projektowanie : a) Su=4c*c*c./2+2c*2c*2c=10c3 , F1=4c*c , F2=2c*2c , F=8c2 , VC=Su/F , Iu=4cc3/12+4c2*(c/2)2+2c(2c)2/12+4c2(2c)2 , Iy=Iu-F*VC2 , W=Iy/hg=Iu/VC M: MA=0 , M(l/2)=q/l*(l*l/2-l2/4)=ql2/8 , MB=0 , Mmax=ql2/8 , σ≤kg ,Mmax/W≤kg , wliczyć „c”. b) F1=1/2*r2 , F2=1/2*r2 , F3=1/2*πr2 , F=F1+F2+F3 , Su=2(1/2*r2*2/3*r)+1/2*πr2*(r+4/3*r/π) , VC=Su/F , Iu=[rr3/36+1/2*r2*(2/3*r)2]*2+[πr4/8-πr2/2*(4/3*r/π)2]+πr2/2 , Iy=Iu-F*VC , W=Wmin=Wg=Iy/hg=Iy/(2r=-VC) , Mmax/W≤kg , wyliczyć „r” .

20. Określić ugięcie i kąty ugięcia belek. A) M(x)=-MAx0=-Mx0 , EIw''=-M(x)=Mx0 , EIφ=Mx+C , EIw=1/2*Mx2+Cx+D . Warunki brzegowe: 1)w(0)=0 x=0 D=0, 2) φ(0)=0 x=0 C=0. Wyniki: EIw(x)=1/2*Mx2 , EIφ(x)=Mx , f=w(l)=Ml2/2EI . B) VA=P , MA=Pl , EIw''=-M(x)=Plx0-Px , EIφ=Plx-1/2*Px2+C , EIw=1/2*PLx2-1/6*Px3+Cx+D . Warunki brzegowe: 1) w(0)=0 x=0 D=0 ,2) φ(0)=0 x=0 C=0 . Wyniki: EIw(x)=1/2*Plx2-1/6*Px3 , EIφ(x)=Plx-1/2*Px2 , f=w(l)=Pl3/3EI .

21. Rozwiązać metodą super pozycji belkę : Jest to belka SN , mamy 3 reakcje a 2RRS:∑Z=0 , ∑MB=0 . Warunek geom w(0)=0 . Wyznaczenie linii ugięcia belki: M(x)=VAx-qx*x/2 , EIw''=q/2*x2-VAx , EIφ=q/6*x3-1/2*VAx2+C , EIw=q/24*x4-1/6*VAx3+Cx+D . Warunki brzegowe: 1) φ(l)=0 C=1/2*VAl2-q/6*l3 , 2)w(l)=0 D=3/24*ql4-1/3*VAl4 . Warunek geom w(0)=0 i wyliczamy VA . Pozostałe reakcje : ∑Z=0 , VA+VB-ql=0 , VB=5/8*ql , ∑MB=0 , -VAl+ql*l/2-MB=0 , MB=1/8*ql2 . MA=0 , M1=VA*l/2-ql/2*l/4=2/16*ql2 , MBL=-MB=-2/16*ql2 , TAP=VA=3/8*ql , TAL=-VB=-5/8*ql .

22. Określić taką się Q , aby ugięcie końca belki było =0. 2RRS:∑Z=0: VA+Q+P=0 , ∑MA=0: -MA-Pl+Q2l=0 . VA=P-Q , MA=2Ql-Pl , M(x)=(VAx+MAx0)│x<o,2L>─P(x-l)│x<L,2L> (x<0,2L>=I ,x<L,2L>=II) , EIw''=-M(x)=-(VAx+MAx0)│I+P(x-l)│II , EIφ=-(1/2*VAx2+MAx)│I+P(1/2*x2-lx)│II , EIw=-(1/6*VAx3+1/2*MAx2)│I+P(1/6*x3-1/2*lx2)│II . Warunek geom w(l)=0 (wstawiamy x=l do EIw) , -(1/6*VAl3+1/2*MAl2)+P(1/6*l3-1/2*l3)=0 , 3MA/l=VA+2P (podstawiamy za MA=2Ql-Pl i za VA=P-Q i wyliczamy Q) Q=6/7*P

23. Płaski stan naprężeń określa tensor. σ= 200 -100 -100 200 a) układ naprężeń na kostce różniczkowej. σ11=200MPa , σ22=-200MPa , σ12=-100MPa . b) naprężenia pod kątem α=-300 : sin2α=(-600)=-√3/2 , cos2α=cos(-600)=1/2 , σ=1/2*(200*200)+1/2*(200-200)*1/2-100*(-√3/2) , σn(α+90)=200-0-100*(√3/2) , σ=-1/2*(200-200)*(-√3/2)-100*1/2 . c) wartości i kierunki główne: tg2α0=2(-100)/(200-200)=-∞ ,2α0=-900 , α0=-450 , α01=-450 , α02=-450+900=450 , σnα0=1/2*(200+200)+1/2*(200-200)*cos(-900)-100*sin(-900) , σn(α0+90)=200-100 , σtα0=0 , σ1nα0 , σ2n(α0+90) .

24,25,26 tak samo jak 23.

27. Dany jest płaski stan odkształcenia. ε11=5*10-3 , ε22=-7*10-3 , ε12=-4*10-3 . a) zaznaczenie odkształceń na kostce. b) wartości i kierunki główne odkształceń. tg2α0=2(-4)/(5+7)=-0,66667 , 2α0=-33,6900=-16,850 , α1=-16,850 , α2=-16,850+900=73,150 , (ε1122)cos2α0=(5+7)*10-3*cos(-33,690)>0 , ε12}=[1/2*(5-7)±1/2*√[(5+7)2+4(-4)2]]*10-3=(-1±7,21)*10-3 , ε1=6,21*10-32=-8,21*10-3.

29. Z pomiarów tensometrycznych rozetą prostokątną otrzymano: ε011=8*10-3 , ε45=4*10-3 , ε9022=-4*10-3 . Wyliczamy jak wcześniej ε1 i ε2 . Wartości naprężeń głównych: (E=2*105 MPa , v=0.3) σ1=E/(1+v)*1+v/(1-2v)*e] , σ2=E/(1+v)*2+v/(1-2v)*e] (gdzie e=ε12312 ), σ3=v*(σ12) .

30.Element jest obciążony naprężeniami głównymi σ1 i σ2 . Jaki warunek muszą spełniać te naprężenia aby ε12=2. Płaski stan naprężenia: ε1=1/E*(σ1-vσ2) , ε2=1/E*(σ2-vσ2) , (σ1-vσ2)/(σ2-vσ1)=2 , σ1-vσ2=2(σ2-vσ1) , σ2=[(1+2v)/(2+v)]*σ1



Wyszukiwarka