Laskuharjoitus 2 Ratkaisut

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

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

Laskuharjoitus 1 Ratkaisut

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

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

A on sauvan akselia vastaan kohtisuoran leikkauspinnan ala.

Materiaalien mekaniikka

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

10. Jännitysten ja muodonmuutosten yhteys; vaurioteoriat

Laskuharjoitus 3 Ratkaisut

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

ELEMENTTIMENETELMÄN PERUSTEET SESSIO 07: Aksiaalinen sauvaelementti, osa 2.

Laskuharjoitus 7 Ratkaisut

SISÄLTÖ Venymän käsite Liukuman käsite Venymä ja liukuma lujuusopin sovelluksissa

CHEM-A1410 Materiaalitieteen perusteet

Aksiaalisella tai suoralla leikkauksella kuormitettujen rakenneosien lujuusopillinen analyysi ja suunnittelu

KIINTEÄN AINEEN MEKANIIKAN PERUSTEET

8. Yhdistetyt rasitukset

Käyttämällä annettua kokoonpuristuvuuden määritelmää V V. = κv P P = P 0 = P. (b) Lämpölaajenemisesta johtuva säiliön tilavuuden muutos on

PUHDAS, SUORA TAIVUTUS

TAVOITTEET Määrittää taivutuksen normaalijännitykset Miten määritetään leikkaus- ja taivutusmomenttijakaumat

LUJUUSOPPI. TF00BN90 5op. Sisältö:

Q Q 3. [mm 2 ] 1 1 = L

Johdatus materiaalimalleihin

Sovelletun fysiikan pääsykoe

7. Suora leikkaus TAVOITTEET 7. Suora leikkaus SISÄLTÖ

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

2 LUJUUSOPIN PERUSKÄSITTEET Suoran sauvan veto tai puristus Jännityksen ja venymän välinen yhteys 34

SUORAN SAUVAN VETO TAI PURISTUS

y 2 h 2), (a) Näytä, että virtauksessa olevan fluidialkion tilavuus ei muutu.

Tampere University of Technology

1. kotitehtäväsarja - Einsteinin summaussääntö ja jännitystila - malliratkaisut

{ 2v + 2h + m = 8 v + 3h + m = 7,5 2v + 3m = 7, mistä laskemmalla yhtälöt puolittain yhteen saadaan 5v + 5h + 5m = 22,5 v +

BM20A5800 Funktiot, lineaarialgebra ja vektorit Harjoitus 4, Syksy 2016

Palkki ja laatta toimivat yhdessä siten, että laatta toimii kenttämomentille palkin puristuspintana ja vetoteräkset sijaitsevat palkin alaosassa.

MEI Kontinuumimekaniikka

2 LUJUUSOPIN PERUSKÄSITTEET Suoran sauvan veto tai puristus Jännityksen ja venymän välinen yhteys

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

MEI Murtumismekaniikka

KUPARISAUVOJEN KOVUUS-, VETO-, JA VÄSYTYSKOKEET ANU VÄISÄNEN, JARMO MÄKIKANGAS, MARKKU KESKITALO, JARI OJALA

763306A JOHDATUS SUHTEELLISUUSTEORIAAN 2 Ratkaisut 2 Kevät 2017

Tasokehät. Kuva. Sauvojen alapuolet merkittyinä.

BM20A5840 Usean muuttujan funktiot ja sarjat Harjoitus 1, Kevät 2018

Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu Matematiikan ja systeemianalyysin laitos. MS-A0203 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2, kevät 2016

grada dv = a n da, (3) vol(ω) ε = εdv. (4) (u n +n u)da, (5)

SUORAN PALKIN TAIVUTUS

MEKAANINEN AINEENKOETUS

Analysoidaan lämpöjännitysten, jännityskeskittymien, plastisten muodonmuutosten ja jäännösjännityksien vaikutus

ELEMENTTIMENETELMÄN PERUSTEET SESSIO 05: FEM-analyysista saatavat tulokset ja niiden käyttö.

Maksimit ja minimit 1/5 Sisältö ESITIEDOT: reaalifunktiot, derivaatta

Määritetään vääntökuormitetun sauvan kiertymä kimmoisella kuormitusalueella Tutkitaan staattisesti määräämättömiä vääntösauvoja

Mitoitetaan MäkeläAlu Oy:n materiaalivaraston kaksiaukkoinen hyllypalkki.

MUODONMUUTOKSET. Lähtöotaksumat:

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

3 TOISEN ASTEEN POLYNOMIFUNKTIO

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

SUORAN PALKIN RASITUKSET

Malliratkaisut Demot

Kertaus. Integraalifunktio ja integrointi. 2( x 1) 1 2x. 3( x 1) 1 (3x 1) KERTAUSTEHTÄVIÄ. K1. a)

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2016)

Materiaali on lineaarinen, jos konstitutiiviset yhtälöt ovat jännitys- ja muodonmuutostilan suureiden välisiä lineaarisia yhtälöitä.

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

YEISTÄ KOKONAISUUS. 1 Rakennemalli. 1.1 Rungon päämitat

Tekijä Pitkä matematiikka

Ax 0 mm Bx mm Cx 1800 Ay 0 mm By mm Cy 0

Liite A : Kuvat. Kuva 1.1: Periaatekuva CLIC-kiihdyttimestä. [ 1 ]

läheisyydessä. Piirrä funktio f ja nämä approksimaatiot samaan kuvaan. Näyttääkö järkeenkäyvältä?

SATE1120 Staattinen kenttäteoria kevät / 5 Laskuharjoitus 2 / Coulombin laki ja sähkökentänvoimakkuus

Luvun 5 laskuesimerkit

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

Työ 4B8B S4h. AINEEN PITUUDEN MUUTOKSISTA

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

Piiri K 1 K 2 K 3 K 4 R R

Kvanttifysiikan perusteet 2017

Lujuusopin perusteiden oleellisimmat asiat pähkinänkuoressa

KJR-C2002 Kontinuumimekaniikan perusteet

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2016)

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 5. viikolle /

MS-A0202 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (SCI) Luento 10: Moninkertaisten integraalien sovelluksia

a(t) = v (t) = 3 2 t a(t) = 3 2 t < t 1 2 < 69 t 1 2 < 46 t < 46 2 = 2116 a(t) = v (t) = 50

Talousmatematiikan perusteet: Luento 8. Vektoreista ja matriiseista Vektorien peruslaskutoimitukset Lineaarinen riippumattomuus Vektorien sisätulo

Suorien ja tasojen geometriaa Suorien ja tasojen yhtälöt

763306A JOHDATUS SUHTEELLISUUSTEORIAAN 2 Ratkaisut 1 Kevät y' P. α φ

3. SUUNNITTELUPERUSTEET

KON-C3002. Tribologia. Kosketusjännitykset

RASITUSKUVIOT (jatkuu)

Matematiikan tukikurssi

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Teräsbetonipaalun mitoitus PO-2016 mukaan

MS-A0107 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 (CHEM)

(0 desimaalia, 2 merkitsevää numeroa).

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 7: Pintaintegraali ja vuointegraali

Elastisuus: Siirtymä

Funktion raja-arvo ja jatkuvuus Reaali- ja kompleksifunktiot

MATEMATIIKAN KOE, LYHYT OPPIMÄÄRÄ HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEITÄ

Luvun 10 laskuesimerkit

Transkriptio:

Vastaukset palautetaan yhtenä PDF-tiedostona MyCourses:iin ke 7.3. klo 14 mennessä. Mahdolliset asia- ja laskuvirheet ja voi ilmoittaa osoitteeseen serge.skorin@aalto.fi. Laskuharjoitus 2 Ratkaisut 1. Kuvan 1 pisteessä vallitsee jännitystila: s x -50 MPa, s y 40 MPa, t yx 25 MPa. a. Piirrä kuvaan jännitysnuolet ja lukuarvot. (1p) b. Eräässä kappaleessa vallitsee jännitystila: s x 50 MPa, s y -40 MPa, t yz 25 MPa, t xy -20 MPa, t zx 10 MPa. Kirjoita kappaleen jännitystilaa kuvaava jännitysmatriisi [S]. (0p) a. Kun hahmotetaan kaksiulotteisia jännitystiloja, noudatetaan seuraavia periaatteita: Positiivinen normaalijännityskomponentti (vetojännitys) osoittaa pinnan normaalin suuntaisesti koordinaattiakselin positiiviseen suuntaan, negatiivinen (puristusjännitys) negatiiviseen. Positiivinen leikkausjännityskomponentti osoittaa vaikutuspinnan suuntaisesti koordinaattiakselin positiiviseen suuntaan, ja päinvastoin. Leikkausjännityskomponentin ensimmäinen alaindeksi viittaa vaikutuspinnan normaaliin ja toinen alaindeksi ilmaisee vaikutussuunnan. Nurkat täydennetään symmetrisesti. Näin ollen myös jännitysmatriisi ([S]) on symmetrinen. Jännityksen arvo kirjoitetaan kuvaan ilman etumerkkiä. b. S 50MPa 20MPa 10MPa 20MPa 40MPa 25MPa 10MPa 25MPa 0 1

2. Kuvan 2 paineastian tarkastusluukku on kiinnitetty 20 kappaleella M22 teräspultteja, joiden kierteen keskihalkaisija on 21,188 mm. Kannen sisähalkaisija on 600 mm. Määritä yhden pultin poikkileikkauksen normaalijännitys, kun astiassa on 8 MPa ylipaine. Ovatko pultit mitoitettu oikein, kun kyseessä olevan teräksen myötöraja R e 400 MPa ja vaadittu varmuusluku n sall 1,2. Oletetaan, että ylipaineen aiheuttama kuormitus jakautuu ruuvien kesken tasaisesti. (1,5p) Kuva 1 Lasketaan ensin paineen aiheuttama voimaresultantti F - A /00110 p πr 6 p 7 8 6006 mm 6 8 N/mm 6 2,3MN. (1) Ratkaistaan yhteen pulttiin kohdistuva normaalivoima Saadaan ratkaistua yhden pultin normaalijännitys σ N B C F 6D - 66ECF8E,GH 133,1kN. (2) 6D H L M LNNOP Varmuusluku n sall määritellään niin, että Nyt s kri R e, joten saadaan R S CCQDFG,QH (6C,CUU VV)X 320,8 MPa (3) n Z[// \]LP (4) \^_`` σ Z[// a b 8DD de[ c^_`` C,6 333,3 MPa. (5) Näin ollen pultit kestävät kuormituksen. 2

3. Kuvan 3 rakenne koostuu kahdesta sauvasta, jotka on asennettu kahden äärettömän jäykän seinän väliin. Rakenteen pituus voi kasvaa vapaasti mitan d 0,6 mm. Sauvojen materiaalit ovat teräs (Te) ja kupari (Cu). Paljonko lämpötila DT saa kasvaa, jottei rakenteessa esiintyvä suurin puristusjännitys saavuta arvoa 55 MPa? (1,5p) E Te 210 GPa, a Te 12 10-6 1/ C ja A Te 6 cm 2 E Cu 120 GPa, a Cu 18 10-6 1/ C ja A Cu 12 cm 2 a 0,4 m ja b 0,2 m Tehtävässä käytetään seuraavia perusyhtälöitä Kuva 2 Kummassakin sauvoissa vaikuttaa sama normaalivoima σ Eε (1) L L D α T (2) ε l l m (3) N n0 N op (4) Koska terässauvan poikkipinta-ala on pienempi kuin kuparisauvan, siinä vallitsee suurempi normaalijännitys. Lasketaan suurinta puristusjännitystä vastaava normaalivoima N op σ op A op 55 MPa 600 mm 6 33000 N N n0 (5) Kappaleen kokonaisvenymä saadaan yhtälöllä Siitä saadaan venymät teräs- ja kuparisauvalle ε ε p + ε o (6) 3

ε op ε p op o + ε op ja ε n0 ε p n0 + ε o n0. (7) Yhtälöistä (1), (2) ja (3) saadaan määritettyä teräkselle ja kuparille elastinen venymä ja lämpövenymä ε p op p ε n0 H sb \ sb ja ε t sb M sb t op α op T, sb (8) \ un H un ja ε t un M un t n0 α n0 T. un (9) Äärettömän jäykät seinät rajoittavat yhteiseksi pituuden muutokseksi L n0 + L op δ (10) Yhtälöä (3) ja sauvojen alkuperäisiä pituuksia a ja b käyttämällä saadaan Yhteyksiä (4), (8) ja (9) käyttämällä saadaan bε n0 + aε op δ (11) b H sb M un t un + α n0 T + a H sb M sb t sb + α op T δ (12) Otetaan N te yhteiseksi tekijäksi ja ratkaistaan lämpötila DT N op b A n0 E n0 + a A op E op + α n0 b + α op a T δ T N op b + a A n0 E n0 A op E op α n0 b + α op a + δ T ( 33000N) 89,4K 0,2m 0,4m 12 10 4 m 2 120 10 9 N + m 2 6 10 4 m 2 210 10 9 N + 0,6 10 3 m m 2 18 10 6 1 1 0,2 + 12 10 6 K K 0,4 4

4. Kuvan 4 poikkileikkaukseltaan suorakulmaiseen, lineaarisesti kimmoiseen, kahdesta teräskappaleesta yhteen liimattuun terässauvaan kohdistuu vetävä voima F 15 kn. Määritä sauvassa vallitseva suurin jännitys, kun reiän muotoluku a r 3 ja loven a l 2,2. Sauvan mitat ovat h 20 mm, w 15 mm, d 10 mm, u 10 mm. Teräksen vetolujuus on 400 MPa ja epoksiliiman keskimääräinen leikkauslujuus teräkselle on 17 MPa. Kuinka suuri kulman q on oltava, jotta liimasauma kestää saman vetovoiman kuin sauvan rasitetuin kohta? (2p) Sauvan poikkipinta-ala päässä loven kohdalla ja reiän kohdalla Kuva 3 A hw 300 mm 6, (1) a uw 150 mm 6, (2) A B h d w 150 mm 6. (3) Loven ja reiän vaikutus normaalijännitykseen huomioidaan muotoluvun a avulla ja sen avulla lasketaan alueen jännityshuippu / maksiminormaalijännitys. Muotolukujen laskemiseen palataan tämän kurssin lopussa. Periaate on, että mitä isompi esim. 5

hitsisauman pyöristyssäde, sitä pienempi maksimijännitys. Tämä on hyvä ottaa huomioon esim. teräs- tai teräsbetonirakenteita suunniteltaessa. Seuraavaksi lasketaan kunkin kohdan normaalijännitys: Päässä σ M 50 MPa, M (4) loven kohdalla (σ ) / α / 220 MPa, (5) ja reiän kohdalla [ (σ ) B α B M L 300 MPa. (6) Nähdään, että suurin normaalijännityksen maksimiarvo on reiän alueella. Lasketaan suurin vetävä voima F max Seuraavaksi tarkastellaan liimasaumaa F V[ƒ (\ _ ) 8DDde[ 150mm 6 20kN. (7) L Q Trigonometrian avulla saadaan leikkausvoiman komponentti ja sauman pinta-ala Q cos (θ) F V[ƒ (8) A Z Ž ( ) w. (9) Yhdistämällä kaavat (8) ja (9) saadaan sauman leikkausjännitykseksi τ M^ ( ) _ š ( ) (6 ) _. (10) 6 Ž œ Ratkaistaan kulma q sijoittamalla liiman leikkauslujuus t q 17 MPa θ ([B ZžcX Ÿ _ m,mx m,mÿ ) m,mx 15,3 (11) 6 6

Todellisuudessa liimasaumassa vaikuttaa myös normaalijännitys, mutta tällaisessa tapauksessa tarkastelussa joudutaan käyttämään myötöehtoja, joita ei käsitellä tässä vaiheessa. 7