WM

Z10/1. MIMOŚRODOWE DZIAŁANIE SIŁY NORMALNEJ – ZADANIE 1

1

Z10/1. MIMOŚRODOWE DZIAŁANIE SIŁY NORMALNEJ – ZADANIE 1

Z10/1.1. Zadanie 1

W punkcie A przekroju przedstawionego na rysunku Z10/1.1 działa siła normalna -200,0 kN. Nary-sować wykres naprężenia normalnego σX w tym przekroju. Następnie wyznaczyć rdzeń przekroju. Wszystkie wymiary przekroju podane są w centymetrach. Przekrój posiada jedną oś symetrii.

4,0

12,0

4,0

4,0

5,0

15,0

A

4,0

12,0

4,0

[cm]

Rys. Z10/1.1. Przekrój pręta obciążony mimośrodowo Z10/1.2. Wyznaczenie charakterystyk geometrycznych przekroju Rysunek Z10/1.2 przedstawia podział przekroju na figury składowe. Na rysunku tym zaznaczony jest także początkowy układ współrzędnych. Oś ZP tego układu pokrywa się z osią symetrii przekroju.

4,0

12,0

4,0

2,0

YP

0

0

sc1

4,

4,

05,

14,0

19,0

,0

sc

20

2

,015

sc3

ZP

4,0

12,0

4,0

[cm]

20,0

Rys. Z10/1.2. Podział przekroju na figury składowe Dr inż. Janusz Dębiński

WM

Z10/1. MIMOŚRODOWE DZIAŁANIE SIŁY NORMALNEJ – ZADANIE 1

2

Zgodnie z rysunkiem Z10/1.2 pole powierzchni przekroju pręta wynosi 1

A=12,0⋅4,020,0⋅20,0− ⋅12,0⋅15,0=358,0 cm 2 .

(Z10/1.1)

2

Współrzędne z środków ciężkości poszczególnych figur składowych wynoszą 4,0

z =

=2,0 cm ,

(Z10/1.2)

P1

2

20,0

z =4,0

=14,0 cm ,

(Z10/1.3)

P2

2

2

z =4,05,0 ⋅15,0=19,0 cm .

(Z10/1.4)

P3

3

Zgodnie ze wzorem (6.14) współrzędna z środka ciężkości przekroju wynosi 1

12,0⋅4,0⋅2,020,0⋅20,0⋅14,0− ⋅15,0⋅12,0⋅19,0

2

z =

=11,13 cm .

(Z10/1.5)

C

12,0

1

⋅4,020,0⋅20,0− ⋅15,0⋅12,0

2

Rysunek Z10/1.3 przedstawia położenie środka ciężkości przekroju.

4,0

6,0

6,0

4,0

04,

4,0

,1311

5,0

Y=Ygl

,020

,87

15,0

12

Z=Zgl

4,0

6,0

6,0

4,0

[cm]

10,0

10,0

Rys. Z10/1.3. Położenie środka ciężkości przekroju Oś Z=Zgl jest osią główną, ponieważ jest ona osią symetrii przekroju, a jak wiadomo w układzie, w którym przynajmniej jedna oś jest osią symetrii moment dewiacyjny wynosi zero. Moment ten jest równy Dr inż. Janusz Dębiński

WM

Z10/1. MIMOŚRODOWE DZIAŁANIE SIŁY NORMALNEJ – ZADANIE 1

3

zero także w układzie osi głównych. Rysunek Z10/1.4 przedstawia podział przekroju na figury składowe. Jak widać na nim współrzędne y wszystkich środków ciężkości wynoszą zero. Współrzędne z możemy wyznaczyć z zależności

4,0

12,0

4,0

Y01

0

sc1

4,

4,0

,13

3

11

Z01

9,1

5,0

Y=Y

87

gl

2,

Y02

,0

7

sc

20

2

7,8

,87

15,0

12

Y03

sc3

Z=Z =Z =Z

02

03

gl

4,0

12,0

4,0

[cm]

20,0

Rys. Z10/1.4. Podział przekroju na figury składowe z =2,0−11,13=−9,13 cm

01

,

(Z10/1.6)

z =14,0−11,13=2,87 cm

02

,

(Z10/1.7)

z =19,0−11,13=7,87 cm

03

.

(Z10/1.8)

Zgodnie z wzorami (6.31) i (6.32) główne momenty bezwładności przekroju wynoszą 12,0⋅4,03

J = J =

−9,132⋅12,0⋅4,0

Y

Ygl

12

20,0⋅20,03



2,872⋅20,0⋅20,0

,

(Z10/1.9)

12

1

−12,0⋅15,037,872⋅ ⋅12,0⋅15,0=13990 cm 4

36

2

4,0⋅12,03

J = J

=

0,02⋅12,0⋅4,0

Z

Zgl

12

20,0⋅20,03



0,02⋅20,0⋅20,0

12

.

(Z10/1.10)

1

−15,0⋅12,030,02⋅ ⋅12,0⋅15,0=13370 cm 4

48

2

Dr inż. Janusz Dębiński

WM

Z10/1. MIMOŚRODOWE DZIAŁANIE SIŁY NORMALNEJ – ZADANIE 1

4

Z10/1.3. Wykres naprężenia normalnego

Rysunek Z10/1.5 przedstawia położenie punktu przyłożenia siły normalnej o wartości -200,0 kN

w przekroju pręta. Mimośrody wynoszą więc y =−10,0 cm

N

,

(Z10/1.11)

z =12,87 cm

N

.

(Z10/1.12)

Zgodnie z (10.3) i (10.4) momenty zginające wynoszą M =−200,0⋅12,87=−2574 kNcm

Y

,

(Z10/1.12)

M =−−200,0 ⋅−10,0=−2000 kNcm Z

.

(Z10/1.13)

Jak więc widać oba momenty zginające są ujemne. Momenty te przedstawia także rysunek Z10/1.5.

4,0

6,0

6,0

4,0

04,

4,0

,1311

2000 kNcm

5,0

Y=Y

2574 kNcm

gl

,020

,87

15,0

12

Z=Zgl

A

4,0

6,0

6,0

4,0

[cm]

10,0

10,0

Rys. Z10/1.5. Momenty zginające w przekroju pręta Zgodnie z (10.16) funkcja naprężenia normalnego będzie miała postać

−200,0

−2000

−2574

 =

−

⋅ y

⋅ z ,

(Z10/1.14)

X

358,0

13370

13990

 =−0,55870,1496⋅ y−0,1840⋅ z

X

.

(Z10/1.15)

Równanie osi obojętnej będzie miało postać Dr inż. Janusz Dębiński

WM

Z10/1. MIMOŚRODOWE DZIAŁANIE SIŁY NORMALNEJ – ZADANIE 1

5

−0,55870,1496⋅ y−0,1840⋅ z=0 , (Z10/1.16)

które możemy przedstawić w postaci

0,1496⋅ y−0,1840⋅ z=0,5587 .

(Z10/1.17)

Po podzieleniu przez wyraz wolny otrzymamy 0,2678⋅ y −0,3293⋅ z=1 .

(Z10/1.18)

Postać odcinkowa osi obojętnej będzie miała postać y

z



=1 .

(Z10/1.19)

3,734 −3,037

Współrzędne odcinkowe osi obojętnej wynoszą więc y =3,734 cm

0

,

(Z10/1.20)

z =−3,037 cm

0

.

(Z10/1.21)

Położenie osi obojętnej przedstawia rysunek Z10/1.6. Na rysunku tym widać, że najdalej oddalonymi punktami od osi obojętnej są punkty A i B. Naprężenia normalne w tych punktach wynoszą kN

 A

X =−0,55870,1496⋅−10,0 − 0,1840⋅12,87=−4,423

=−44,23 MPa ,

(Z10/1.22)

cm 2

kN

 B=−0,55870,1496⋅6,0−0,1840⋅−11,13=2,387

=23,87 MPa

X

.

(Z10/1.23)

cm 2

Wykres naprężenia normalnego w przekroju przedstawia rysunek Z10/1.7.

Z10/1.4. Wyznaczenie rdzenia przekroju Zgodnie z wzorami (10.22) i (10.23) kwadraty promieni bezwładności względem osi Y=Ygl oraz Z=Zgl wynoszą

13990

i 2=

=39,08 cm ,

(Z10/1.24)

Y

358,0

13370

i 2 =

=37,35 cm .

(Z10/1.25)

Z

358,0

Dr inż. Janusz Dębiński

WM

Z10/1. MIMOŚRODOWE DZIAŁANIE SIŁY NORMALNEJ – ZADANIE 1

6

4,0

6,0

6,0

4,0

B

3

37

3,734

11,1

3,0

Y=Ygl

7

12,8

Z=Zgl

[cm]

A

10,0

10,0

Rys. Z10/1.6. Położenie osi obojętnej 23,87

0,0

5,587

B

44,23

Y=Ygl

σ X a]

[MP

Z=Zgl

A

Rys. Z10/1.7. Wykres naprężenia normalnego w przekroju Ponieważ przekrój jest symetryczny wyznaczymy tylko osie obojętne dla punktów znajdujących się po lewej stronie osi Z=Zgl, która jest osią symetrii tego przekroju. Rysunek Z10/1.8 przedstawia wszystkie wierz-chołki zastępczego konturu wypukłego opisanego na przekroju, dla których powinniśmy wyznaczyć położenie odpowiadających im osi obojętnych. My wykorzystamy tylko punkty 1, 2 i 3.

Współrzędne punktu 1 wynoszą

y1=6,0 cm , z1=−11,13 cm .

(Z10/1.26)

N

N

Współrzędne odpowiadającej osi obojętnej wynoszą więc Dr inż. Janusz Dębiński

WM

Z10/1. MIMOŚRODOWE DZIAŁANIE SIŁY NORMALNEJ – ZADANIE 1

7

4,0

6,0

6,0

4,0

1

4

04,

4,0

2

5

,1311

5,0

Y=Ygl

,020

,87

15,0

12

3

6

Z=Zgl

4,0

6,0

6,0

4,0

[cm]

10,0

10,0

Rys. Z10/1.8. Wierzchołki zastępczego konturu wypukłego opisanego na przekroju 37,35

y1=−

=−6,225 cm ,

(Z10/1.27)

0

6,0

39,08

z1=−

=3,511 cm .

(Z10/1.28)

0

−11,13

Położenie tej osi obojętnej przedstawia rysunek Z10/1.9.

4,0

6,0

6,0

4,0

1

3

6,225

11,1

11

Y=Ygl

3,5

7

12,8

Z=Zgl

[cm]

10,0

10,0

Rys. Z10/1.9. Oś obojętna odpowiadająca punktowi numer 1

Dr inż. Janusz Dębiński

WM

Z10/1. MIMOŚRODOWE DZIAŁANIE SIŁY NORMALNEJ – ZADANIE 1

8

Współrzędne punktu 2 wynoszą

y2=10,0 cm , z2=−7,13 cm .

(Z10/1.29)

N

N

Współrzędne odpowiadającej osi obojętnej wynoszą więc 37,35

y2=−

=−3,735 cm ,

(Z10/1.30)

0

10,0

39,08

z2=−

=5,481 cm .

(Z10/1.31)

0

−7,13

Położenie tej osi obojętnej przedstawia rysunek Z10/1.10.

4,0

6,0

6,0

4,0

3

2

3,735

11,1

Y=Ygl

4815,

7

12,8

Z=Z

[cm]

gl

10,0

10,0

Rys. Z10/1.10. Oś obojętna odpowiadająca punktowi numer 2

Współrzędne punktu 3 wynoszą

y3=10,0 cm , z3=12,87 cm .

(Z10/1.32)

N

N

Współrzędne odpowiadającej osi obojętnej wynoszą więc 37,35

y3=−

=−3,735 cm ,

(Z10/1.33)

0

10,0

39,08

z3=−

=−3,037 cm .

(Z10/1.34)

0

12,87

Położenie tej osi obojętnej przedstawia rysunek Z10/1.11.

Dr inż. Janusz Dębiński

WM

Z10/1. MIMOŚRODOWE DZIAŁANIE SIŁY NORMALNEJ – ZADANIE 1

9

4,0

6,0

6,0

4,0

3

037

3,735

11,1

3,

Y=Ygl

7

12,8

3

Z=Zgl

10,0

10,0

[cm]

Rys. Z10/1.11. Oś obojętna odpowiadająca punktowi numer 3

Rysunek Z10/1.12 a) przedstawia wszystkie trzy osie obojętne odpowiadające punktom numer 1, 2 i 3.

Obszar leżący pomiędzy tymi osiami a osią Z=Zgl jest połową szukanego rdzenia przekroju. Rysunek Z10/1.12 b) przedstawia cały rdzeń przekroju.

a)

b)

4,0

6,0

6,0

4,0

4,0

6,0

6,0

4,0

3

3

11,1

11,13

2

Y=Y

Y=Y

gl

1

gl

3

7

1

12,8

12,87

2

Z=Z

[cm]

Z=Z

gl

gl

[cm]

10,0

10,0

10,0

10,0

Rys. Z10/1.12. Rdzeń przekroju

Dr inż. Janusz Dębiński

Document Outline

  • Z10/1.1. Zadanie 1
  • Z10/1.2. Wyznaczenie charakterystyk geometrycznych przekroju
  • Z10/1.3. Wykres naprężenia normalnego
  • Z10/1.4. Wyznaczenie rdzenia przekroju