Laskuharjoitus 7 Ratkaisut

Samankaltaiset tiedostot
Harjoitus 4. KJR-C2001 Kiinteän aineen mekaniikan perusteet, IV/2016. Tehtävä 1 Selitä käsitteet kohdissa a) ja b) sekä laske c) kohdan tehtävä.

Harjoitus 7. KJR-C2001 Kiinteän aineen mekaniikan perusteet, IV/2016

Laskuharjoitus 3 Ratkaisut

KJR-C1001: Statiikka L3 Luento : Jäykän kappaleen tasapaino

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

HYPERSTAATTISET RAKENTEET

KJR-C1001: Statiikka L5 Luento : Palkin normaali- ja leikkausvoima sekä taivutusmomentti

KJR-C2001 KIINTEÄN AINEEN MEKANIIKAN PERUSTEET, KEVÄT 2018

Laskuharjoitus 2 Ratkaisut

ELEMENTTIMENETELMÄN PERUSTEET SESSIO 07: Aksiaalinen sauvaelementti, osa 2.

PALKIN KIMMOVIIVA M EI. Kaarevuudelle saatiin aiemmin. Matematiikassa esitetään kaarevuudelle v. 1 v

Ratkaisut 3. KJR-C2001 Kiinteän aineen mekaniikan perusteet, IV/2016

Laskuharjoitus 1 Ratkaisut

Analysoidaan lämpöjännitysten, jännityskeskittymien, plastisten muodonmuutosten ja jäännösjännityksien vaikutus

Rakenteiden mekaniikka TF00BO01, 5op

KJR-C2002 Kontinuumimekaniikan perusteet

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

MUODONMUUTOKSET. Lähtöotaksumat:

Tampere University of Technology

Materiaalien mekaniikka

2 Pistejoukko koordinaatistossa

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Kahden lausekkeen merkittyä yhtäsuuruutta sanotaan yhtälöksi.

Harjoitus 10. KJR-C2001 Kiinteän aineen mekaniikan perusteet, IV/2016

Tekijä Pitkä matematiikka

normaali- ja leikkaus jännitysten laskemiseen pisteessä Määritetään ne tasot, joista suurimmat normaali- ja leikkausjännitykset löytyvät

Yhtälön oikealla puolella on säteen neliö, joten r. = 5 eli r = ± 5. Koska säde on positiivinen, niin r = 5.

SUORAN PALKIN RASITUKSET

Ensimmäisen ja toisen asteen yhtälöt

2. harjoitus - malliratkaisut Tehtävä 3. Tasojännitystilassa olevan kappaleen kaksiakselista rasitustilaa käytetään usein materiaalimalleissa esiintyv

Harjoitus 6. KJR-C2001 Kiinteän aineen mekaniikan perusteet, IV/2016

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Matematiikan johdantokurssi, syksy 2017 Harjoitus 8, ratkaisuista

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Lukion matematiikkakilpailun alkukilpailu 2015

Akselipainolaskelmat. Yleistä tietoa akselipainolaskelmista

1 Ensimmäisen asteen polynomifunktio

a) Lasketaan sähkökenttä pallon ulkopuolella

Määritetään vääntökuormitetun sauvan kiertymä kimmoisella kuormitusalueella Tutkitaan staattisesti määräämättömiä vääntösauvoja

Mikäli funktio on koko ajan kasvava/vähenevä jollain välillä, on se tällä välillä monotoninen.

Matematiikan tukikurssi, kurssikerta 3

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Dierentiaaliyhtälöistä

Ratkaisut 2. KJR-C2001 Kiinteän aineen mekaniikan perusteet, IV/2016. Tehtävä 1 Selitä käsitteet kohdissa a) ja b) sekä laske c) kohdan tehtävä.

Tasokehät. Kuva. Sauvojen alapuolet merkittyinä.

MAB3 - Harjoitustehtävien ratkaisut:

KJR-C2002 Kontinuumimekaniikan perusteet

MS-A0003/A0005 Matriisilaskenta Laskuharjoitus 2 / vko 45

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

MAB3 - Harjoitustehtävien ratkaisut:

10 knm mm 1000 (a) Kuva 1. Tasokehä ja sen elementtiverkko.

1 Eksergia ja termodynaamiset potentiaalit

MEI Kontinuumimekaniikka

5. OSITTAISINTEGROINTI

Sovellettu todennäköisyyslaskenta B

ARK-A.3000 Rakennetekniikka (4op) Rakenteiden mekaniikka III

Lue tehtävänannot huolella. Tee pisteytysruudukko 1. konseptin yläreunaan.

Nimi: Muiden ryhmäläisten nimet:

RASITUSKUVIOT (jatkuu)

STATIIKKA. TF00BN89 5op

TAVOITTEET Määrittää taivutuksen normaalijännitykset Miten määritetään leikkaus- ja taivutusmomenttijakaumat

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

B. 2 E. en tiedä C ovat luonnollisia lukuja?

Akselipainolaskelmat. Yleistä tietoa akselipainolaskelmista

5-2. a) Valitaan suunta alas positiiviseksi. 55 N / 6,5 N 8,7 m/s = =

KJR-C1001: Statiikka L2 Luento : voiman momentti ja voimasysteemit

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

MATEMATIIKAN KOE, LYHYT OPPIMÄÄRÄ HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEITÄ

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 5. viikolle /

Tekijä Pitkä matematiikka Pisteen (x, y) etäisyys pisteestä (0, 2) on ( x 0) Pisteen (x, y) etäisyys x-akselista, eli suorasta y = 0 on y.

PUHDAS, SUORA TAIVUTUS

Yhtälöryhmät 1/6 Sisältö ESITIEDOT: yhtälöt

Luku 6. reunaehtoprobleemat. 6.1 Laplacen ja Poissonin yhtälöt Reunaehdot. Kun sähkökentän lauseke E = φ sijoitetaan Gaussin lakiin, saadaan

Palkin taivutus. 1 Johdanto. missä S on. määritetään taivuttamalla. man avulla.

Käy vastaamassa kyselyyn kurssin pedanet-sivulla (TÄRKEÄ ensi vuotta ajatellen) Kurssin suorittaminen ja arviointi: vähintään 50 tehtävää tehtynä

1. Jaa blini kolmella suoralla a) neljään, b) viiteen, c) kuuteen ja d) seitsemään osaan. Osien ei tarvitse olla samanlaisia. Piirrä suorat kuviin.

Derivaatan sovellukset (ääriarvotehtävät ym.)

MS-A0107 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 (CHEM)

y=-3x+2 y=2x-3 y=3x+2 x = = 6

1 2 x2 + 1 dx. (2p) x + 2dx. Kummankin integraalin laskeminen oikein (vastaukset 12 ja 20 ) antaa erikseen (2p) (integraalifunktiot

1. Olkoot vektorit a, b ja c seuraavasti määritelty: a) Määritä vektori. sekä laske sen pituus.

Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Laskuharjoitus 7 /

2 Yhtälöitä ja epäyhtälöitä

Suoran yhtälöt. Suoran ratkaistu ja yleinen muoto: Suoran yhtälö ratkaistussa, eli eksplisiittisessä muodossa, on

Harjoitus 1. KJR-C2001 Kiinteän aineen mekaniikan perusteet, IV/2016. Tehtävä 1 Selitä käsitteet kohdissa [a), b)] ja laske c) kohdan tehtävä.

y + 4y = 0 (1) λ = 0

Inversio-ongelmien laskennallinen peruskurssi Luento 2

MATP153 Approbatur 1B Ohjaus 2 Keskiviikko torstai

A B = (1, q, q 2 ) (2, 0, 2) = 2 2q q 2 = 0 q 2 = 1 q = ±1 A(±1) = (1, ±1, 1) A(1) A( 1) = (1, 1, 1) (1, 1, 1) = A( 1) A(1) A( 1) = 1

Tekijä MAA2 Polynomifunktiot ja -yhtälöt = Vastaus a)

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

5.2 Ensimmäisen asteen yhtälö

(a) Potentiaali ja virtafunktiot saadaan suoraan summaamalla lähteen ja pyörteen funktiot. Potentiaalifunktioksi

Tapa II: Piirretään voiman F vaikutussuora ja lasketaan momentti sen avulla. Kuva 3. d r. voiman F vaikutussuora

Kompleksiluvut., 15. kesäkuuta /57

Transkriptio:

Vastaukset palautetaan yhtenä PDF-tiedostona MyCourses:iin 25.4. klo 14 mennessä. Mahdolliset asia- ja laskuvirheet ja voi ilmoittaa osoitteeseen serge.skorin@aalto.fi. Laskuharjoitus 7 Ratkaisut 1. Kuvan 1 sauva on kiinnitetty kahden äärettömän jäykän seinän väliin niin, että sauvan päiden liikkuminen on estetty. Sauvaan vaikuttaa etäisyydellä L/3 vasemmasta reunasta voima F. Määritä superposition avulla sauvan resultanttivoimajakauma N x(x) ja itseisarvoltaan suurin normaalijännitys s max. Sauvan poikkipinta-ala on A ja materiaalin kimmokerroin E. Kuva 1 Piirretään VKK ja huomataan, että tehtävä on staattisesti määräämätön, eli tukireaktioita ei voi ratkaista pelkästään tasapainoyhtälöillä. Jaetaan rakenne kahteen osaan superpositioperiaatteen avulla seuraavasti: 1

(Virtuaali)tukivoima X saadaan ehdosta, että palkin vasemmassa päässä siirtymä on nolla. 1. osan siirtymän yhtälöksi saadaan: σ = Eε ' = E * +, L ( ' = /'* - * 01( (1) 2. osan siirtymän yhtälöksi saadaan vastaavasti: σ = Eε 23 = E * 4 ( * L 5 = 23* 1( (2) Superpositioperiaatteen avulla voidaan todeta, että DL x + DL F = 0, jolloin /'* + 23* = 0 X = / F (3) 01( 1( 0 Piirretään uusi VKK, jossa on mukana (virtuaali)tukivoima X ja ratkaistaan tukivoima B x F 5 = 0: X F + B 5 = 0 B 5 = X + F = > F (4) 0 Näin ollen resultanttinormaalivoiman jakaumaksi saadaan Ja suurin normaalijännitys on σ?@5 = 2/' 0( (5) 2

2. Määritä taivutustaulukoiden ja superposition avulla kuvan 2 rakenteen kallistuskulma kohdassa B. Taivutusjäykkyys rakenteen kaikissa osissa on EI. F = ql. Kuva 2 Rakenne jaetaan pisteessä B kahteen osaan, jotka voidaan ratkaista Liitteen A avulla. Nurkkaliitos on korvattu niveltuilla, jotka sallivat liikkeen yhteen suuntaan sekä tuntemattomalla momentilla M B. Pisteessä C oleva niveltuki on korvattu tukivoimalla F D. Pystypalkin AB kallistuma pisteessä B on β > ja vaakapalkin BD kallistuma pisteessä B on β /. Jatkuvuusehdon perusteella näiden on oltava samat eli β > = β /. Lisäksi tiedetään, että vaakapalkin BD taipuma tuen C kohdalla on nolla, eli v D = 0. Seuraava vaihe on ratkaista Liitteen A avulla kallistumat β >, β / ja taipuma v D palkkien kuormituksien funktiona. Lähdetään liikkeelle palkista BD. 3

Jaetaan BD kolmeen tapaukseen alla olevien kuvien mukaisesti. Momentilla kuormitettu palkki on Liitteen A tapaus 16, voimalla kuormitettu palkki tapaus 9 ja jakautuneella kuormalla kuormitettu palkki tapaus 11. Vaakapalkki BD: Tapaus 16 (x = L, l = 2L, M L = M B ): v D,>N = O PQ, N1R 2 5 3 5, + 5- = O T(/*), Q Q, Q - N1R 2 * 3 *, + *- = O T*, /* (/*), (/*) - W1R β /,>N = O PQ = /O T* 01R 01R Tapaus 9 (l = 2L, F = F D ): v D,Y = 'Q- = 2' [(/*) - = 2' [* - WZ1R WZ1R N1R β /,Y = 'Q, = 2' [(/*), = 2' [*, >N1R >N1R W1R Tapaus 11 (l = 2L, q = q) v D,>> = ]^Q_ = ]^(/*)_ = ]^*_ 0ZW1R 0ZW1R /W1R β /,>> = ^Q- = ^(/*)- = ^*- /W1R /W1R 01R Lasketaan seuraavaksi yllä olevat tapaukset yhteen (muistetaan, että v D = 0): 4

v D = v D,>] + v D,Z + v D,>` = O T*, W1R ' [* - N1R + ]^*_ /W1R = 0 (1) β / = β /,>] + β /,Z + β /,>` = /O T* 01R ' [*, + ^*- W1R 01R (2) Seuraavaksi jaetaan pystypalkki AB kahteen tapaukseen alla olevien kuvien mukaisesti; tässä on taas käytössä Liitteen A tapaukset 16 ja 9. Pystypalkki AB: Tapaus 16 (l = L, käännetty koordinaatisto): β >,>N = O PQ = O T* 01R 01R Tapaus 9 (F = ql, l = L): β >,Y = 'Q, >N1R = ^*- >N1R Yhdistetään jälleen yllä olevat tapaukset. β > = β >,>N + β >,Y = O T* 01R ^*- >N1R (3) Nyt meillä on kaksikin lauseketta kysytylle kallistumalle, mutta niissä esiintyy vielä kaksi tuntematonta kuormitusta eli M B ja F D. Meillä on kuitenkin kaksi yhtälöä, joista nämä saadaan ratkaistua; yhtälö (1) ja aiemmin mainittu jatkuvuusehto, jonka mukaan kallistumat palkeissa ovat yhtä suuret β > = β /. Saadaan, että O T* ^*- = /O T* ' [*, + ^*- 01R >N1R 01R W1R 01R (4) Sievennetään nyt yhtälöt (1) ja (4) siten, että kumpaankin jää jäljelle vasemmalle puolelle F D L. F D L = NO T W + 0`^*, /W (5) 5

F D L = 4M B + >Y^*, >/ (6) Yhtälöiden (5) ja (6) oikeat puolet voidaan merkata nyt yhtä suuriksi ja ratkaista sieltä tuntematon M B ja sijoittaa se takaisin yhtälöön (6) ja ratkaista F D. NO T W + 0`^*, /W = 4M B + >Y^*, >/ (7) 4 0 / M B = ] W >Y >/ ql/ (8) M B = Z N` ql/ (9) F D L = 4 Z N` ql/ + >Y^*, >/ = /> /` ql/ (10) F D = /> /` ql (11) Nyt tunnetut kuormitukset voidaan sijoittaa yhtälöön (2) tai (3) ja ratkaista pisteen B kallistuma. β > = M BL 3EI ql0 16EI = 8 60 ql/ L 3EI ql0 16EI = 13 ql 0 720 EI Sama tulos saataisiin myös yhtälöstä (2). Nyt tukivoiman F D ratkaisu ei ollut välttämätöntä, sillä sitä ei tarvittu yhtälössä (3). 6

3. Kuvan 3 silta muodostuu kahdesta vierekkäisestä I-palkista sekä sylinterin muotoisesta ponttonista, joka on asennettu pystyyn. Ponttoni tukee molempia palkkeja yhtä paljon. Sillan ollessa kuormittamaton (vain sillan oma paino q s vaikuttaa), ponttonin nostevoiman vaikutuksesta kaikki sillan tukipisteet ovat samalla tasolla. Kummankin I-palkin jäyhyysmomentti on I/2 ja kimmokerroin E. Veden tiheys on r. a. Määritä palkkien taivutustaulukoiden ja superposition avulla ponttonin (noste)tukivoima F P, kun silta on kuormittamaton. b. Määritä, kuinka paljon syvemmälle ponttoni uppoaa, kun sillalla vaikuttaa lisäksi tasaisesti jakautunut kuorma q. a. Kuva 3 Jaetaan rakenne superposition avulla seuraavasti: Liitteen A tapausten 9 ja 11 avulla saadaan taipumien itseisarvoiksi: 7

v^j = '@- WZ1R (1) v 'k = ]^j@ _ 0ZW1R (2) Kuormittamattomassa tilassa tukipisteet ovat samassa tasossa. Näin ollen taipumien itseisarvot ovat yhtä suuret, eli ' k @ - = ]^j@_ WZ1R 0ZW1R F l = ] Z q ma (3) b. Palkin vajotessa kuormittamatonta asemaansa syvemmälle tasaisesti jakautuneen kuorman johdosta kasvaa myös nostevoima F P. Nostevoiman suuruus saadaan ponttonin syrjäyttämän vesimäärän painosta. Koska F = mg ja m = Avp, saadaan nostevoimalle lauseke F = Avpg. Lisäksi taipuma on nyt v = v^ v 'k (4) Sijoitetaan taipuman yhtälöön (4) kohdan a. yhtälöt (1) ja (2) sekä nostevoiman lauseke, jolloin saadaan taipumalle v = 5qaW 384EI Avpga0 = 5 48EI 8 qa W 48EI + Apga 0. 8