background image

 
 

 

- 1 -

 

 

 

 

 

IV. ZGINANIE  UKOŚNE 

 

1. CELE ĆWICZENIA 

1)  Poglądowe przedstawienie zginania ukośnego, 

2)  Praktyczne określenie naprężeń i ugięć w zginaniu ukośnym, 

3)  doświadczalna weryfikacja wyprowadzonych teoretycznie zależności. 

 

2. WPROWADZENIE DO ĆWICZENIA 

Zginanie belek jest zagadnieniem często występującym w praktyce. O ile zginanie proste 

na ogół nie nastręcza trudności obliczeniowych o tyle zginanie ukośne prowadzi do bardziej 

skomplikowanych zależności. W przypadku występowania w przekroju zginanego pręta skła-

dowych momentu gnącego można zawsze wyznaczyć wypadkowe w kierunkach głównych osi 

bezwładności przekroju, a w dalszym etapie rozpatrywanego zagadnienia jako superpozycję 

dwóch zginań prostych. Niewielkim nakładem pracy na prostym stanowisku pracy można do-

świadczalnie zweryfikować zależności analitycznie.  

 

3. PODSTAWY TEORETYCZNE 

3.1 Naprężenia w zginaniu ukośnym 

 Zginaniem 

ukośnym nazywamy zginanie, w którym kierunek wektora momentu gnącego 

nie pokrywa się z kierunkiem jednej z głównych osi bezwładności przekroju poprzecznego. 

 Rozpatrzmy 

belkę jednostronnie utwierdzoną i obciążoną siłą poprzeczną P na swobod-

nym końcu. Kierunek działania siły P jest nachylony pod kątem 

α do osi y. Osie y i z są głów-

nymi centralnymi osiami bezwładności przekroju (rys. 3.1.). 

background image

 
 

 

- 2 -

 

 

W przekroju odległym o x od swobodnego końca występują jako siły wewnętrzne: siła 

poprzeczna T oraz moment gnący Mg, nachylony do osi z pod kątem 

α. Moment ten wywołu-

je zginanie ukośne. Rzutując wektor momentu gnącego na osie układu otrzymujemy składowe 

M

gy

 i 

M

gz

(rys. 3.2.). 

 Każda ze składowych M

gy

 i 

M

gz

 wywołuje zginanie proste względem osi y lub z. W 

punkcie A(y,z) można określić wartość naprężenia dokonując superpozycji dwóch zginań pro-

stych:     

 

 

 

 

       

σ =

M z

I

M y

I

,

gy

y

gz

z

   

 

 

 

 

 

 

 

(1) 

Uwzględniając: 

M

gy

 = 

M

g

 sin

α = P⋅x⋅sinα  

M

gz

 = M

g

 cos

α = P⋅x⋅cosα   

  (2) 

otrzymujemy: 

σ

α

α

=

§
©

¨¨

·
¹

¸¸

Px

z sin

J

y cos

J

y

z

  

(3) 

Oś obojętna zginania jest to miejsce 

geometryczne punktów, dla których 

naprężenia są równe zero. Przyrów-

 

Rys.3.1

 

Rys.3.2 

background image

 
 

 

- 3 -

nując równanie (3) do zera otrzymujemy równanie linii obojętnej:  

z sin

J

y cos

J

0

0

y

0

z

α

α

= ,   

 

 

 

 

 

     (4) 

lub: 

y

I
I

tg z .

0

z

y

0

=

α

   

 

 

      

 

 

 

(4a)

 

 

3.2. Przemieszczenie w zginaniu ukośnym 

 

Podobnie jak przy wyznaczaniu naprężeń, wyznaczając ugięcia również można zastoso-

wać zasadę superpozycji. Dla każdego ze zginań prostych można wyznaczyć odpowiednie 

ugięcia w kierunkach y i z. 

 Całkowite przemieszczenie określimy ze wzoru: 

f

y

z

2

2

=

+ ,   

 

 

 

 

 

 

 

(5) 

Ugięcia składowe można określić wykorzystując równanie różniczkowe osi ugiętej: 

EIy''

M

g

(x)

= −

 

 

 

 

 

 

 

 

(6) 

Dla belki utwierdzonej jak na rys.1. warunki brzegowe są określone równościami: 

y

0,

x l

=

=  

y'

0.

x=l

=  

 

 

 

 

 

 

        

    (7) 

a ugięcia: 

(

)

y

P

EI

x

x

z

=

+

6

31

21

3

2

3

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(

)

z

P

EI

x

x

y

=

+

6

31

21

3

2

3

.   

 

 

 

 

 

(8) 

 

Dla swobodnego końca (x=0) ugięcia wynoszą: 

y

Pl

3EI

,

0

3

z

=

 

z

Pl

3EI

,

0

3

y

=

   

 

 

 

 

 

 

 

 

(9) 

f

Pl

3I I E

I

I

0

3

y z

y

2

z

2

=

+ . 

background image

 
 

 

- 4 -

4. PRZEBIEG ĆWICZENIA 

 

Ćwiczenie przeprowadzone zostaje na stanowisku, na którym w sztywnej obudowie 

utwierdzono jednym końcem belkę o przekroju prostokątnym. Do swobodnego końca można 

przyłożyć obciążenie w postaci siły poprzecznej. Siłę  tę można przykładać w płaszczyźnie 

przekroju poprzecznego (rys. 4.3.,rys. 4.4.) w zakresie kąta 

α od 0 do 90° co 15°, wywołując 

zginanie proste lub ukośne. 

Wzdłuż głównych osi bezwładności przekroju poprzecznego można mierzyć przemieszczenia 

"y" i "z" przekroju za pomocą czujników. Odczyty zapisujemy w tabeli: 

1 - badany pręt 

2 - czujniki zegarowe 

3 - ciężarek obciążający 

4 - otwory do zmiany kierunku obciążenia (kąta 

α) 

5 - linka przenosząca obciążenie 

6 - obudowa 

 

Rys. 4.3

background image

 
 

 

- 5 -

 

Przed wykonaniem pomiarów należy sporządzić rysunek przekroju poprzecznego zgina-

nego pręta z zaznaczonymi osiami współrzędnych y, z oraz wymiarami. Należy zwrócić uwa-

gę na kierunek przyrostu kąta 

α oraz znaki mierzonych przemieszczeń. Przyjęty układ 

współrzędnych y, z należy porównać z układem jak na rys. 3.2 i w razie potrzeby skorygować 

znaki we wzorach na naprężenia. 

 

 

4.1. Tabele pomiarowe 

 

Lp P 

[N]  α[°] 

y [mm] 

z [mm] 

 

 

 

 

 

 

 

 

. . .  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rys.4.4

background image

 
 

 

- 6 -

5. OPRACOWANIE WYNIKÓW 

5.1. Wytyczne do wykonania sprawozdania 

 

Sprawozdanie powinno zawierać: 

a)  największe przemieszczenie całkowite f przekroju swobodnego; 

b)  narysować wykresy przemieszczeń y, z, f w zależności od kąta 

α; 

c)  określić największe naprężenia normalne w pręcie dla obciążenia działającego pod   kątem 

0

°, 45°, 90°; 

d)  narysować dla siły działającej pod kątem 30

° oś obojętną w przekroju poprzecznym; 

e)  dla  siły działającej pod kątem 60

° narysować rozkład naprężeń normalnych na konturze 

przekroju odległego o 200 mm od końca swobodnego. 

 

6. PYTANIA KONTROLNE 

1)  co to jest zginanie ukośne? 

2)  jak wyznaczamy naprężenia w zginaniu ukośnym? 

3)  co to jest oś obojętna? 

4)  wyprowadzić wzór na oś obojętną w zginaniu ukośnym; 

5)  jak teoretycznie wyznaczamy ugięcie w zginaniu ukośnym? 

6)  opisać przebieg ćwiczenia. 

 

7. LITERATURA 

1.  A. Jakubowicz, Z. Orłoś: Wytrzymałość materiałów, WNT, Warszawa 1978. 

2.  Zakrzewski, J. Zawadzki: Wytrzymałość materiałów, PWN, Warszawa, 1983. 

background image

 
 

 

- 7 -

Politechnika Śląska 

w Gliwicach 

Wydział Mechaniczny Technologiczny 

Katedra Wytrzymałości Materiałów i Metod Komputerowych 

Mechaniki 

 

Laboratorium Wytrzymałości Materiałów

 

Protokół z ćwiczenia Nr 4

 

Temat: ZGINANIE UKOŚNE 

Rok akademicki: . . . . . . . . . . ., Data wyk. ćwicz.: . . . . . . . . . ., Grupa: . . . . . . . 

Prowadzący: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , podpis . . . . . . . . . . . . . . . .  

Studenci:  

1.  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .,  Ocena: . . . . . . . . . . . . , 

2.  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .,  Ocena: . . . . . . . . . . . . , 

3.  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .,  Ocena: . . . . . . . . . . . . , 

4.  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .,  Ocena: . . . . . . . . . . . . , 

5.  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .,  Ocena: . . . . . . . . . . . . , 

6.  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .,  Ocena: . . . . . . . . . . . . , 

7.  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .,  Ocena: . . . . . . . . . . . . , 

8.  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .,  Ocena: . . . . . . . . . . . . , 

9.  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .,  Ocena: . . . . . . . . . . . . , 

10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .,  Ocena: . . . . . . . . . . . . , 

11.  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .,  Ocena: . . . . . . . . . . . . , 

12.  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .,  Ocena: . . . . . . . . . . . . , 

13 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .,  Ocena: . . . . . . . . . . . . , 

14 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .,  Ocena: . . . . . . . . . . . . , 

background image

 
 

 

- 8 -

1. Cel ćwiczenia i opis przebiegu ćwiczenia

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 

 

2.  Rysunek badanego pręta 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

background image

 
 

 

- 9 -

3. Opracowanie wyników 

3.1 Wyniki pomiarów  

Lp P. 

[N]  α[°] 

y [mm] 

z [mm] 

 

0° 

 

 

 

15° 

 

 

 

30° 

 

 

 

45° 

 

 

 

60° 

 

 

 

75° 

 

 

 

90° 

 

 

 

3.2. Wyniki obliczeń 

 

σ [Nm

2

] -   0

° 

σ [Nm

2

] -   45

° 

σ [Nm

2

]  -   90

° 

f [m] 

 

 

 

 

 

4. Uwagi i wnioski: 

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 

5. Załączniki 

1.  Narysować wykresy przemieszczeń y, z, f w zależności od kąta 

α; 

2.  Narysować dla siły działającej pod kątem 30

° oś obojętną w przekroju poprzecznym; 

3.  Dla  siły działającej pod kątem 60

° narysować rozkład naprężeń normalnych na konturze 

przekroju odległego o 200 mm od końca swobodnego.