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

Samankaltaiset tiedostot
PUHDAS, SUORA TAIVUTUS

MUODONMUUTOKSET. Lähtöotaksumat:

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

RASITUSKUVIOT (jatkuu)

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

KJR-C2002 Kontinuumimekaniikan perusteet

TAVOITTEET Määrittää taivutuksen normaalijännitykset Miten määritetään leikkaus- ja taivutusmomenttijakaumat

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Laskuharjoitus 7 Ratkaisut

SUORAN PALKIN TAIVUTUS

Tampere University of Technology

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

Materiaalien mekaniikka

SUORAN PALKIN RASITUKSET

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

MAA7 Kurssikoe Jussi Tyni Tee B-osion konseptiin pisteytysruudukko! Kaikkiin tehtäviin välivaiheet näkyviin! Laske huolellisesti!

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 2. viikolle /

OSIITAIN JA YKKIEN LIITOSTEN V AIKUTUS PORTAALIKEHAN VOI MASUUREISIIN. Rakenteiden Mekaniikka, Vol.27 No.3, 1994, s

Juuri 2 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty

HYPERSTAATTISET RAKENTEET

KJR-C2002 Kontinuumimekaniikan perusteet

y = 3x2 y 2 + sin(2x). x = ex y + e y2 y = ex y + 2xye y2

f(x 1, x 2 ) = x x 1 k 1 k 2 k 1, k 2 x 2 1, 0 1 f(1, 1)h 1 = h = h 2 1, 1 12 f(1, 1)h 1 h 2

Analysoidaan lämpöjännitysten, jännityskeskittymien, plastisten muodonmuutosten ja jäännösjännityksien vaikutus

A-osio. Ilman laskinta. MAOL-taulukkokirja saa olla käytössä. Maksimissaan yksi tunti aikaa. Laske kaikki tehtävät:

ELEMENTTIMENETELMÄN PERUSTEET SESSIO 07: Aksiaalinen sauvaelementti, osa 2.

KJR-C2001 KIINTEÄN AINEEN MEKANIIKAN PERUSTEET, KEVÄT 2018

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 5. viikolle /

Ratkaisu: Maksimivalovoiman lauseke koostuu heijastimen maksimivalovoimasta ja valonlähteestä suoraan (ilman heijastumista) tulevasta valovoimasta:

POIKKIPINNAN GEOMETRISET SUUREET

Matematiikan perusteet taloustieteilij oille I

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

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

Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu Matematiikan ja systeemianalyysin laitos

Lineaarinen toisen kertaluvun yhtälö

Ensimmäisen ja toisen kertaluvun differentiaaliyhtälöistä

MATEMATIIKAN KOE, PITKÄ OPPIMÄÄRÄ HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEITÄ

x 7 3 4x x 7 4x 3 ( 7 4)x 3 : ( 7 4), 7 4 1,35 < ln x + 1 = ln ln u 2 3u 4 = 0 (u 4)(u + 1) = 0 ei ratkaisua

Luento 9: Yhtälörajoitukset optimoinnissa

(b) = x cos x 1 ( cos x)dx. = x cos x + cos xdx. = sin x x cos x + C, C R.

6. Toisen ja korkeamman kertaluvun lineaariset

Malliratkaisut Demot

7. Suora leikkaus TAVOITTEET 7. Suora leikkaus SISÄLTÖ

Sovelletun fysiikan pääsykoe

Rakenteiden mekaniikka TF00BO01, 5op

Matematiikan tukikurssi

Palkkien mitoitus. Rak Rakenteiden suunnittelun ja mitoituksen perusteet Harjoitus 7,

Dierentiaaliyhtälöistä

Viikon aiheet. Funktion lineaarinen approksimointi

MAA7 7.2 Koe Jussi Tyni Valitse kuusi tehtävää! Tee vastauspaperiin pisteytysruudukko! Kaikkiin tehtäviin välivaiheet näkyviin! lim.

BM20A0900, Matematiikka KoTiB3

Mitoitetaan MäkeläAlu Oy:n materiaalivaraston kaksiaukkoinen hyllypalkki.

Näihin harjoitustehtäviin liittyvä teoria löytyy Adamsista: Ad6, Ad5, 4: 12.8, ; Ad3: 13.8,

Ratkaisu: Tutkitaan derivoituvuutta Cauchy-Riemannin yhtälöillä: f(x, y) = u(x, y) + iv(x, y) = 2x + ixy 2. 2 = 2xy xy = 1

2. Viikko. CDH: luvut (s ). Matematiikka on fysiikan kieli ja differentiaaliyhtälöt sen yleisin murre.

Tarkastellaan ympyräsylinterin käyttäytymistä eri muotoisilla tukipinnoilla. Oletetaan sylinterin vierintävastus merkityksettömäksi.

[xk r k ] T Q[x k r k ] + u T k Ru k. }.

2 Pistejoukko koordinaatistossa

Matematiikan tukikurssi

MATEMATIIKAN KOE, PITKÄ OPPIMÄÄRÄ HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEITÄ

a) Mikä on integraalifunktio ja miten derivaatta liittyy siihen? Anna esimerkki = 16 3 =

3 TOISEN ASTEEN POLYNOMIFUNKTIO

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

6. Differentiaaliyhtälösysteemien laadullista teoriaa.

Derivaatan sovellukset (ääriarvotehtävät ym.)

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Tekijä Pitkä matematiikka

y + 4y = 0 (1) λ = 0

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

4 Yleinen potenssifunktio ja polynomifunktio

12. Hessen matriisi. Ääriarvoteoriaa

Tekijä Pitkä matematiikka a) Ratkaistaan nimittäjien nollakohdat. ja x = 0. x 1= Funktion f määrittelyehto on x 1 ja x 0.

Pisteessä (1,2,0) osittaisderivaatoilla on arvot 4,1 ja 1. Täten f(1, 2, 0) = 4i + j + k. b) Mihin suuntaan pallo lähtee vierimään kohdasta

Määritetään vääntökuormitetun sauvan kiertymä kimmoisella kuormitusalueella Tutkitaan staattisesti määräämättömiä vääntösauvoja

1 Rajoittamaton optimointi

Matematiikan tukikurssi

1.7 Gradientti ja suunnatut derivaatat

Matematiikan peruskurssi 2

4. Ensimmäisen ja toisen kertaluvun differentiaaliyhtälöistä

Rak Rakenteiden lujuusoppi Tentti

Matematiikan peruskurssi (MATY020) Harjoitus 7 to

MS-A0003/A0005 Matriisilaskenta Laskuharjoitus 2 / vko 45

Koesuunnitelma KON-C3004 Kone-ja rakennustekniikan laboratoriotyöt Aleksi Purkunen (426943) Joel Salonen (427269)

SIPOREX-HARKKOSEINÄÄN TUKEUTUVIEN TERÄSPALKKIEN SUUNNITTELUOHJE

MITOITUSTEHTÄVÄ: I Rakennemallin muodostaminen 1/16

MAA7 7.3 Koe Jussi Tyni Valitse kuusi tehtävää! Tee vastauspaperiin pisteytysruudukko! Kaikkiin tehtäviin välivaiheet näkyviin!

Normaaliryhmä. Toisen kertaluvun normaaliryhmä on yleistä muotoa

Juuri 6 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty Vastaus: Määrittelyehto on x 1 ja nollakohta x = 1.

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

Reikien vaikutus palkin jäykkyyteen

f(x) f(y) x y f f(x) f(y) (x) = lim

3 TOISEN KERTALUVUN LINEAARISET DY:T

Voima F tekee työtä W vaikuttaessaan kappaleeseen, joka siirtyy paikasta r 1 paikkaan r 2. Työ on skalaarisuure, EI vektori!

Johdatus reaalifunktioihin P, 5op

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

Numeerinen integrointi ja derivointi

Numeeriset menetelmät TIEA381. Luento 7. Kirsi Valjus. Jyväskylän yliopisto. Luento 7 () Numeeriset menetelmät / 43

w + x + y + z =4, wx + wy + wz + xy + xz + yz =2, wxy + wxz + wyz + xyz = 4, wxyz = 1.

Transkriptio:

PALKIN KIMMOVIIVA Palkin akseli taipuu suorassa taivutuksessa kuormitustasossa tasokäyräksi, jota kutsutaan kimmoviivaksi tai taipumaviivaksi. Palkin akselin pisteen siirtymästä y akselin suunnassa käytetään merkintää v ja sitä kutsutaan taipumaksi. Se on positiivinen y akselin positiiviseen suuntaan. Kaarevuudelle saatiin aiemmin M EI t Matematiikassa esitetään kaarevuudelle ( x) lauseke v ( x) 3 / v Kuvan mukaan M t ja v ovat vastakkaismerkkiset, joten v Mt 3 / v EI Kun rajoitutaan siirtymäkentän pieniin paikallisiin muutoksiin, niin 3 / v v v

Tästä seuraa yhtälö M v EI t Tätä sanotaan kimmoviivan linearisoiduksi differentiaaliyhtälöksi. Aiemmin saatiin palkin differentiaalipalan tasapainoyhtälöistä d M Q t d qx ( ) dx dx Ratkaistaan ylimmästä yhtälöstä EI kertainen taipuman toinen derivaatta EI vm tai EI v M t t Derivoimalla eo. yhtälöä saadaan M Q EI v t M q EI v t EI v q( x) Tämä on neljännen kertaluvun differentiaaliyhtälö kimmoviivan ratkaisemiseksi. Jos palkin taivutusjäykkyys EI on vakio, yksinkertaistuu yhtälö muotoon EI v q( x)

KINEMAATTISET REUNA JA VÄLIEHDOT ESIMERKKI Määritä kuvan ulokepalkin kimmoviivan lauseke, kun palkin taivutusjäykkyys EI on vakio. RATKAISU Valitaan origo ulokkeen vasempaan päähän, jolloin taivutusmomentilla on lauseke M ( x) Fx, 0 xl t Integroimalla kimmoviivan differentiaaliyhtälöä saadaan EIvMt Fx EI v Fx C 3

Edelleen integroimalla EI v Fx 3 CxC 6 joissa C ja ovat integroimisvakioita. C Niiden arvot saadaan reunaehdoista v ( L) 0 FL C 0 C FL v( L) 0 FL C L C 0 C FL 3 3 6 3 Sijoitetaan nämä yo. kimmoviivan lausekkeeseen, jolloin saadaan 3 3 FL x x 3 FL vx ( ) 3, vmax v( 0) 6EI L L 3EI Määritetään vielä lisäksi kimmoviivan derivaatan lauseke v( x) FL x FL v ( x), v min v( 0) EI L EI Itseisarvoltaan suurin derivaatan arvo on FL v v() 0 max EI Koska v, on vtan, joten derivaatta v kelpaa myös kimmoviivan absoluuttisen suuntakulman arvoksi. Sitä kutsutaan kiertymäksi ( joissain lähteissä myös kääntymä). 4

ESIMERKKI Määritä tasaisella kuormituksella qx ( ) qo vakio kuormitetun palkin kimmoviivan lauseke. Määritä myös suurin taipuma. Palkin taivutusjäykkyys EI on vakio. RATKAISU Vkk:sta saadaan taivutusmomentin lausekkeeksi M ( ) t x qlx qx Differentiaaliyhtälöksi tulee EIv M ( ) t x qlx qx Integroimalla saadaan EIv qlx 3 qx C 4 6 EIv 3 qlx 4 4qx Cx C Palkin reunaehdot ovat v() 0 0 C 0 vl ( ) 0 qll 4 qlcl 0 C 4 ql Näistä seuraa taipumalle ja kiertymälle lausekkeet q 4 3 3 vx Lx L x 4EI q 3 3 v 4x 6Lx L 4EI 3 4 3 5

Taipuman ja kiertymän ääriarvoiksi saadaan 4 5 ql vmax v( L) 384 EI 3 ql v max v() 0 4EI vv( L) v min max RATKAISU ESIMERKKI Mitoita kuvan puupalkki ( b h) siten, että tmax tsall ja vmax L/ 400. q o kn/m, tsall 0 E 0 000 MPa MPa Lasketaan taipuman perusteella ensin tarvittava neliömomentti 4 5 ql o L vmax 384 EI 400 3 3 3 4005 ql o 4005 N/mm 8000mm Ivaad 533, 330 mm 384 E 384 0000 N/mm 6 4 6

Lasketaan taivutusmomentin perusteella vaadittava taivutusvastus ql o N/mm 8000 mm 6 Mtmax 60 Nmm 8 8 6 Mtmax Mtmax 60 Nmm tmax Wvaad, 6 mm 3 6 0 W tsall 0N/mm Taivutusvastus on suorakaidepoikkileikkaukselle toisaalta 6 4 I Ivaad 53333, 0 mm W hvaad 666, 7mm 6 3 h/ W 6, 0 mm Leveydeksi saadaan vaikkapa taivutusvastuksen kaavasta 6 3 bh 6Wvaad 66, 0 mm W bvaad, 60mm 6 h 6667, mm vaad Suorakaidepoikkileikkauksen mitoitus tällä tavalla tuottaa kovin epäkäytännölliset mitat! vaad PALKIN TAIVUTUKSEN PERUSTAPAUKSIA Taulukko Kaksitukisen palkin kimmoviivan lausekkeita 7

Taulukko Kaksitukisen palkin kimmoviivan lausekkeita Taulukko Ulokepalkin kimmoviivan lausekkeita 8

Yhteenlasku l. superpositio periaate Jos kyseessä oleva mekaniikan ongelma on lineaarinen toisin sanoen. siirtymäkenttä on loiva, jolloin taipuma v on pieni, esimerkiksi jännemittaan verrattuna ja sen derivaatta v ja. materiaalilaki on lineaarinen (HOOKEn laki voimassa) ( 3. puristava voima on paljon pienempi kuin ns. nurjahdusvoima) niin yhteenlaskuperiaate on voimassa. Tällöin voidaan ratkaista kohtalaisen mutkikaskin taivutustehtävä yhdistelemällä sopivasti taulukoiden tuloksia. RATKAISU ESIMERKKI Määritä LVL palkin taipuma pistevoiman kohdalla ja palkin keskipisteessä. Palkin leveys b 5mm ja korkeus h 400mm. Materiaalin kimmomoduuli E 0, 5GPa. Määritä myös palkin suurin taivutusjännitys. Taipuma pistevoiman kohdalla: pistevoimasta 3 F 80 N ( 000mm) ( 4000mm) vf 36000mm 0000N/mm 7, 00 mm 6 4 0, 46mm 9

tasaisesta kuormituksesta q N/mm 3 3 vf ( 6000 mm 000mm 6 4 40000N/mm 7, 00 mm 3 3 4 4 6000mm 000 mm 000 mm ) 0, 78mm yhteensä pistevoiman kohdalla F q vf vf vf, 4mm Taipuma keskipisteessä: pistevoimasta 3 F 80 vc [ 0004000( 60004000) 3000 6 6600000007, 00 3 3 40003000 6000( 3000000) ], 7mm tasaisesta kuormituksesta 4 q 5 6000 vc, 4mm 6 384 00007, 00 yhteensä palkin keskellä F q vc vc vc 3, 68mm 0

ESIMERKKI Määritä kuvan ulokepalkin ulokepään taipuma v c ja kiertymä v c. Palkin taivutusjäykkyys EI on vakio. RATKAISU Sovelletaan yhteenlaskuperiaatetta. Voimasta tulee osataipumiksi F 3 Fa 3EI Fa bb b EI Voimasta F 3 FL 3 3EI taipumaksi saadaan Kokonaistaipumaksi saadaan Fa FL v ( b c 3 3 ) 6EI a 3EI Kokonaiskiertymäksi tulee Fa FL v c EI EI 3 3

TEHTÄVÄ Laske kuvan palkin taipumat palkin keskipisteessä sekä pistevoimien vaikutuskohdilla. Palkin materiaali on teräs S75J0G ja sen poikkileikkaus on IPE 400. V: 5, 7mm, 8, 0mm, 5, 8mm (tulokset on laskettu Robot ohjelmistolla) TEHTÄVÄ Laske kuvan palkin taipumat palkin vasemman kentän keskipisteessä sekä pistevoiman vaikutuskohdalla. Sovella yhteenlaskuperiaatetta. Palkin taivutusjäykkyys EI on vakio. V:

TEHTÄVÄ Laske kuvan palkin taipumat palkin vasemman kentän keskipisteessä (C) sekä ulokkeen päässä (D). Sovella yhteenlaskuperiaatetta. Palkki on kuumamuovattua HEA60 profiilia. V: TEHTÄVÄ 3

TEHTÄVÄ 4