WM

Z11/3. DZIAŁANIE MOMENTU SKRĘCAJĄCEGO – ZADANIE 3

1

Z11/3. DZIAŁANIE MOMENTU SKRĘCAJĄCEGO – ZADANIE 3

Z11/3.1. Zadanie 3

Rysunek Z11/3.1 przedstawia pręt pryzmatyczny o długości 2,0 m, który jest skręcany momentem skręcającym o wartości 5,0 kNm. Wyznaczyć maksymalne naprężenia styczne oraz całkowity kąt skręcenia dla pręta o przekroju skrzynkowym o profilu zamkniętym i otwartym przedstawionych na rysunku Z11/2.

Moduł Younga wynosi 205 GPa, współczynnik Poissona wynosi 0,3.

5,0 kNm

5,0 kNm

2,0

[m]

Rys. Z11/3.1. Skręcany pręt pryzmatyczny a)

b)

12,0

1,0

1,0

kNm

0,5

0,5

kNm

0,5

0,5

5,0

9,0

5,0

8,0

0

0

1,

1,

12,0

6,0

6,0

[cm]

[cm]

Rys. Z11/3.2. Przekrój skrzynkowy, a)o profilu zamkniętym, b) o profilu otwartym Z11/3.2. Maksymalne naprężenie styczne i całkowity kąt skręcenia w przekroju o profilu zamkniętym

Moment skręcający przestawiony na rysunku Z11/3.1 jest dodatni, ponieważ wykręca się z pręta.

Wartość bezwzględna tego momentu wynosi M =5,0 kNm=500,0 kNcm .

(Z11/3.1)

AC

9,0

12,0

[cm]

Rys. Z11/3.3. Powierzchnia środkowa Rysunek Z11/3.3 przedstawia pole powierzchni środkowej ograniczone linią środkową przekroju.

Pole to wynosi

Dr inż. Janusz Dębiński

WM

Z11/3. DZIAŁANIE MOMENTU SKRĘCAJĄCEGO – ZADANIE 3

2

A =9,0⋅12,0=108 cm 2 .

(Z11/3.2)

C

Jak wiadomo największe naprężenie styczne τXMAX działa w miejscu najmniejszej grubości ścianki przekroju. Grubość ta wynosi

g

=0,5 cm .

(Z11/3.3)

MIN

Wartość bezwzględna największego naprężenia stycznego w przekroju cienkościennym zamkniętym τXMAX, zgodnie ze wzorem (11.19), wynosi 500,0

kN

∣

=4,63

=46,3 MPa .

XMAX∣=

(Z11/3.4)

2⋅108,0⋅0,5

cm 2

Rysunek Z11/3.4 przedstawia największe naprężenie styczne τXMAX działające w ściance o najmniejszej grubości przekroju o profilu zamkniętym. Naprężenie to kręci względem punktu znajdującego się wew-nątrz przekroju zgodnie z kierunkiem momentu skręcającego.

Nm

a

a

k

MP

MP

5,0

,3

,3

46

46

Rys. Z11/3.4. Naprężenia styczne τ XMAX w przekroju skrzynkowym zamkniętym Moment bezwładności JS przekroju skrzynkowego zamkniętego wyznaczymy ze wzoru (11.20). Całka po obwodzie zamkniętym linią środkową przekroju wynosi

∮ ds 2⋅12,0 2⋅9,0

=



=60,0 .

(Z11/3.5)

g

1,0

0,5

Moment JS wynosi więc

4

J

⋅108,02

=

=777,6 cm 4 .

(Z11/3.6)

S

60,0

Długość pręta wynosi

L=2,0 m=200,0 cm .

(Z11/3.7)

Moduł Kirchhoffa zgodnie ze wzorem (11.4) wynosi Dr inż. Janusz Dębiński

WM

Z11/3. DZIAŁANIE MOMENTU SKRĘCAJĄCEGO – ZADANIE 3

3

205

kN

G=

=78,85 GPa =78850 MPa=7885

.

(Z11/3.8)

2⋅10,3

cm 2

Całkowity kąt skręcenia przekroju skrzynkowego, zgodnie ze wzorem (11.12), wynosi 500,0⋅200,0

=

=0,01631 rad =0,9345 o .

(Z11/3.9)

7885⋅777,6

Z11/3.3. Maksymalne naprężenie styczne i całkowity kąt skręcenia w przekroju o profilu otwartym

Przekrój skrzynkowy o profilu otwartym powstały poprzez przecięcie jednej ścianki został przedstawiony na rysunku Z11/3.5 a). Rysunek Z11/3.5 b) przedstawia podział przekroju skrzynkowego o profilu otwartym na prostokąty składowe.

a)

b)

12,0

12,0

01,

1,0

Nm k

0,5

0,5

0

0,5

0,5

5,0

8,

8,0

0

1,0

1,

6,0

6,0

[cm]

6,0

6,0

[cm]

Rys. Z11/3.5. Przekrój skrzynkowy o profilu otwartym. a) wymiary przekroju, b) podział na prostokąty Największe naprężenie styczne τXMAX jak wiadomo działa w środku boku o największej grubości.

Moment JS zgodnie ze wzorem (11.16) wynosi 1

J = ⋅12,0⋅1,032⋅6,0⋅1,032⋅8,0⋅0,53=8,667 cm 4 .

(Z11/3.10)

S

3

Największa grubość ścianki wynosi b

=1,0 cm .

(Z11/3.11)

MAX

Wartość bezwzględna największego naprężenia stycznego τXMAX w przekroju skrzynkowym o profilu otwartym zgodnie ze wzorem (11.17) wynosi

∣

500,0

kN



∣=

⋅1,0=57,69

=576,9 MPa

XMAX

.

(Z11/3.12)

8,667

cm 2

Dr inż. Janusz Dębiński

WM

Z11/3. DZIAŁANIE MOMENTU SKRĘCAJĄCEGO – ZADANIE 3

4

576,9 MPa

0,5

Nm k

0,5

[cm]

5,0

576,9 MPa

Rys. Z11/3.6. Naprężenia styczne τ XMAX w przekroju skrzynkowym o profilu otwartym Rysunek Z11/3.6 przedstawia największe naprężenie styczne τXMAX, w przekroju skrzynkowym o profilu otwartym, działające w ściankach o największej grubości. Naprężenie to kręci względem punktu znajdującego się na osi prostokąta zgodnie z kierunkiem momentu skręcającego.

Całkowity kąt skręcenia pręta o przekroju skrzynkowym otwartym, zgodnie ze wzorem (11.12) będzie wynosił

500,0⋅200,0

=

=1,463 rad =83,82 o .

(Z11/3.13)

7885⋅8,667

Z11/3.4. Porównanie obu przekrojów Jak więc widać największe naprężenie styczne działające w przekroju skrzynkowym o profilu otwartym τXMAX jest

576,9 =12,46

(Z11/3.14)

46,3

razy większe niż w przekroju skrzynkowym o profilu zamkniętym. Całkowity kąt skręcenia pręta o przekroju skrzynkowym otwartym jest 83,82 o =89,70

(Z11/3.15)

0,9345 o

razy większe niż w przekroju skrzynkowym o profilu zamkniętym.

Dr inż. Janusz Dębiński

Document Outline

  • Z11/3.1. Zadanie 3
  • Z11/3.2. Maksymalne naprężenie styczne i całkowity kąt skręcenia w przekroju o profilu zamkniętym
  • Z11/3.3. Maksymalne naprężenie styczne i całkowity kąt skręcenia w przekroju o profilu otwartym
  • Z11/3.4. Porównanie obu przekrojów