ARK-A.3000 Rakennetekniikka (4op) Rakenteiden mekaniikka II. Dipl.Ins. Hannu Hirsi.

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

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

STATIIKKA. TF00BN89 5op

KJR-C1001: Statiikka L3 Luento : Jäykän kappaleen tasapaino

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

RTEK-2000 Statiikan perusteet. 1. välikoe ke LUENTOSALEISSA K1705 klo 11:00-14:00 sekä S4 klo 11:15-14:15 S4 on sähkötalossa

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

RAK Statiikka 4 op

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

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

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

2.3 Voiman jakaminen komponentteihin

RTEK-2000 Statiikan perusteet 4 op

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

RAK Statiikka 4 op

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

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

Suhteellinen nopeus. Matkustaja P kävelee nopeudella 1.0 m/s pitkin 3.0 m/s nopeudella etenevän junan B käytävää

RAK Statiikka 4 op

Lineaarialgebra MATH.1040 / voima

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

9. Vektorit. 9.1 Skalaarit ja vektorit. 9.2 Vektorit tasossa

g-kentät ja voimat Haarto & Karhunen

Voiman momentti M. Liikemäärä, momentti, painopiste. Momentin määritelmä. Laajennettu tasapainon käsite. Osa 4

Tukilaitteet

RASITUSKUVIOT. Kuvioiden laatimisen tehostamiseksi kannattaa rasitukset poikkileikkauksissa laskea seuraavassa esitetyllä tavalla:

Luento 10: Työ, energia ja teho. Johdanto Työ ja kineettinen energia Teho

Luvun 10 laskuesimerkit

ARK-A.3000 Rakennetekniikka (4op) Rakenteiden mekaniikka V. Hannu Hirsi.

Laskuharjoitus 7 Ratkaisut

A-osio. Tehdään ilman laskinta ja taulukkokirjaa! Valitse tehtävistä A1-A3 kaksi ja vastaa niihin. Maksimissaan tunti aikaa suorittaa A-osiota.

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

ARK-A.3000 Rakennetekniikka (4op) Rakenteiden mekaniikka IV. Hannu Hirsi.

Luento 7: Voima ja Liikemäärä

:37:37 1/50 luentokalvot_05_combined.pdf (#38)

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

Luento 7: Voima ja Liikemäärä. Superpositio Newtonin lait Tasapainotehtävät Kitkatehtävät Ympyräliike Liikemäärä

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

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

TÄSSÄ ON ESIMERKKEJÄ SÄHKÖ- JA MAGNETISMIOPIN KEVÄÄN 2017 MATERIAALISTA

Voimat mekanismeissa. Kari Tammi, Tommi Lintilä (Janne Ojalan kalvoista)

Luento 5: Voima ja Liikemäärä

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

DI Risto Lilja, kommentaattori RI, DI Aarre Iivonen Tampereen ammattikorkeakoulu, valvojana Olli Saarinen

766323A Mekaniikka, osa 2, kl 2015 Harjoitus 4

Fysiikan perusteet. Voimat ja kiihtyvyys. Antti Haarto

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

Voimapari ja sen momentti

Vektoreita GeoGebrassa.

Materiaalien mekaniikka

Monissa fysiikan probleemissa vaikuttavien voimien yksityiskohtia ei tunneta

SUORAN PALKIN RASITUKSET

Tasokehät. Kuva. Sauvojen alapuolet merkittyinä.

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

KJR-C2002 Kontinuumimekaniikan perusteet

Nyt kerrataan! Lukion FYS5-kurssi

5.9 Voiman momentti (moment of force, torque)

Vektorit. Kertausta Seppo Lustig (Lähde: avoinoppikirja.fi)

Rakenteiden mekaniikka TF00BO01, 5op

KJR-C2001 KIINTEÄN AINEEN MEKANIIKAN PERUSTEET, KEVÄT 2018

MUODONMUUTOKSET. Lähtöotaksumat:

PAINOPISTE JA MASSAKESKIPISTE

VEKTORIT paikkavektori OA

DYNAMIIKKA II, LUENTO 6 (SYKSY 2015) Arttu Polojärvi

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Vedetään kiekkoa erisuuruisilla voimilla! havaitaan kiekon saaman kiihtyvyyden olevan suoraan verrannollinen käytetyn voiman suuruuteen

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

Ristitulolle saadaan toinen muistisääntö determinantin avulla. Vektoreiden v ja w ristitulo saadaan laskemalla determinantti

Luento 9: Pyörimisliikkeen dynamiikkaa

Fysiikan valintakoe , vastaukset tehtäviin 1-2

Kitka ja Newtonin lakien sovellukset

Aksiaalisella tai suoralla leikkauksella kuormitettujen rakenneosien lujuusopillinen analyysi ja suunnittelu

DYNAMIIKKA II, LUENTO 5 (SYKSY 2015) Arttu Polojärvi

Havainnollistuksia: Merkitään w = ( 4, 3) ja v = ( 3, 2). Tällöin. w w = ( 4) 2 + ( 3) 2 = 25 = 5. v = ( 3) = 13. v = v.

2.5 Liikeyhtälö F 3 F 1 F 2

Tarkastellaan tilannetta, jossa kappale B on levossa ennen törmäystä: v B1x = 0:

Suora. Määritelmä. Oletetaan, että n = 2 tai n = 3. Avaruuden R n suora on joukko. { p + t v t R},

Luvun 5 laskuesimerkit

Luento 7: Pyörimisliikkeen dynamiikkaa

VUOROVAIKUTUS JA VOIMA

SUORAN PALKIN TAIVUTUS

4 Kaksi- ja kolmiulotteinen liike

TERÄSRISTIKON SUUNNITTELU

Muodonmuutostila hum

Luento 7: Pyörimisliikkeen dynamiikkaa

Tekijä Pitkä matematiikka b) Kuvasta nähdään, että b = i 4 j. c) Käytetään a- ja b-kohtien tuloksia ja muokataan lauseketta.

Luvun 5 laskuesimerkit

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Piirrä kirjaan vaikuttavat voimat oikeissa suhteissa toisiinsa nähden. Kaikki kappaleet ovat paikallaan

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

dl = F k dl. dw = F dl = F cos. Kun voima vaikuttaa kaarevalla polulla P 1 P 2, polku voidaan jakaa infinitesimaalisen pieniin siirtymiin dl

ax + y + 2z = 0 2x + y + az = b 2. Kuvassa alla on esitetty nesteen virtaus eräässä putkistossa.

HalliPES 1.0 OSA 11: JÄYKISTYS

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Vektorilla on suunta ja suuruus. Suunta kertoo minne päin ja suuruus kuinka paljon. Se on siinä.

Yleistä vektoreista GeoGebralla

Transkriptio:

ARK-A.3000 Rakennetekniikka (4op) Rakenteiden mekaniikka II Dipl.Ins. Hannu Hirsi.

Objectives in lecture 2 of mechanics : A thorough understanding of how to draw and use a freebody diagram is absolutely essential when solving problems in mecanics - P. Schavione & al. Modelling. Forces and parallellogram of forces. Moments and their combinations. Free-body diagrams. Loads. Examples in *.XLS and *.DWG. If time allows. Modelling of structures!

Newtonin liikelait : I Hitauslaki : Jokainen kappale pysyy lepotilassa tai suoraviivaisessa liikkeessä, elleivät vaikuttavat voimat pakota sitä muuttamaan tätä tilaa tilanne on vakaa, staattinen. II Kiihtyvyyslaki : Liikkeen muutos on verrannollinen vaikuttavaan voimaan ja tapahtuu sen vaikutussuunnassa tilanne dynaamineen. III Vaikutuksen ja vastavaikutuksen laki : Vastavaikutus on aina yhtä suuri ja vastakkaissuuntainen kuin alkuperäinen vaikutus tasapaino.

Modeling of the structures in mechanics, phases : 1. Piste tai hiukkanen avaruudessa : Pisteellä on massa mutta sillä ei ole muotoa. Massa otetaan mukaan tarkasteluun, muodolla ei nyt ole väliä. Kaikki kappaleet muuttuvat siirryttäessä kauemmas lopulta pisteiksi vrt taivaankap. väliset voimat. Liittymät ja liitokset kannattaa aina mallintaa pisteinä. 2. Vapaakappale muodostuu pistejoukosta : Piste- tai hiukkasjoukosta muotoutuu jäykkä kappale. Pisteet tuovat massan tullessaan, koosteella on myös massa. Voimien aiheuttamat jäykän kappaleen muodonmuutokset ovat niin pieniä, että ne voidaan jättää huomiotta vrt toisen asteen teoria. 3. Rakennesysteemit koostuvat vapaakappaleista : Rakennusosa (sauva, palkki, kaari, levy, laatta, kuori) on hyvä lähtökohta vapaakappaleelle. ( Pilari, palkki ja ristikko muodostavat jo rakennejärjestelmän perusosat)

Modeling of force : Voima on vektorisuure : Sillä on yksikkövektorinsa suunta ja Skalaarikertoimensa suuruus. -F 1 - Pisteen translaatio u x, v y, w z - Jäykän kappaleen rotaatio F 1 akselien ympäri x, y, z - Yhteensä 6 kpl vapausasteita Aktiolla on reaktionsa : Staattisissa järjestelmissä vallitsee tasapaino (newtonin 1. liikelaki) Aktio eli tässä voima pyrkii aiheuttamaan liikettä, translaatiota. Reaktiota ei selvyyden vuoksi piirretä yleensä näkyviin.

Kokonaisvoima : Samaansuuntaiset, samaa akselia pitkin vaikuttavat voimat voidaan laskea yhteen kokonaisvoiman selvittämiseksi : F 2 F 3 F 1 Voiman vaikutuspiste voidaan valita vaikutussuoralta, akselilta vapaasti. F = R = F 1 + F 2 + F 3 R = resultantti tai kokonaisvoima

Voimien muodostamat voimamonikulmiot : Samaan pisteeseen vaikuttavat voimat voidaan laskea yhteen asettamalla toinen voima toisen jatkeeksi : Esim 2 F 4 Yhteenlaskettu voima on vektorin alkupisteen ja loppupisteen välinen etäisyys. Voimat voidaan yhdistellä vaiheittain. Käytetyllä järjestyksellä (A / B) ei ole merkitystä lopputuloksen kannalta. (Vaihdannainen järjes.) A R B R B Esim 1 F 1 A F 5 R A F 2 R 1 R 2 F 5 R B F 4 F 5 F 4 R B F 3 F 6 R 1 R 2 F 3 B F 6 F 6 F 3 Graafinen mekaniikka edelleen havainnollista, opettele ihmeessä!

Puristava vai vetävä voima : Samaan pisteeseen vaikuttavat voimat voivat olla pistettä työntäviä, puristavia tai sitä vetäviä voimia : Sama voima mutta eri merkkinen. Merkit ilmoitettava. Vetäviä voima : Puristavia voima : F 1 F2 R 1 R2 F 3 F 4

Voimien tasapaino : Puristava voima : -R 1 Reaktio R 2 F 3 F 4 Aktio F 1 F 2 (Esimerkeissä käytetään tämän takia vetäviä voimia.) -R 2 R 1 Onko voima puristava vai vetävä on rakenteiden kannalta hyvin keskeistä.

Voimien komponentit ja yhteisvaikutus : Voimien yhdistäminen laskennallisesti : 1. Jaetaan voimat vaaka- ja pystysuuntaisiin komponentteihin tai projektioihin. 2. Lasketaan vaakasuuntaiset voimat yhteen merkki huomioiden jolloin saadaan vaakasuuntaisten voimien resultantille suuruus ja suunta. 3. Lasketaan pystysuuntaiset voimat yhteen merkki huomioiden jolloin saadaan pystysuuntaisten voimien resultantin suuruus ja suunta. 4. Yhdistetään saadut summat, jolloin saadaan lopullisen voiman suuruus ja suunta. Analyyttinen mekaniikka edelleen käyttökelpoista!

Esimerkki voimien yhdistämisestä : R = ( R x2 + R y2 ) 0.5 = atan ( R y / R x ) Analyyttinen mekaniikka antaa resultantin tarkan suunnan ja suuruuden.

Esimerkki köysivoimien laskemisesta : Kuorman R suuruus tiedetään ja pitää selvittää köysivoimat F 1 ja F 2

Momentti M ja momenttivarsi r : Kun voima siirretään sivuun vaikutussuoraltaan syntyy epäkeskeisyyttä, momenttia : Suuruus on voima kertaa kohtisuora etäisyys vaikutussuorasta.. e M = F x e Suunta voi olla + myötäpäivään ja - vastapäivään. 1 Momenttivarsi r = e. F 2 Käytännössä epäkeskeisyydet ovat hyvin pieniä, voimaa ei voi siirtää kauas. 2 F Jos voima siirretään pisteestä 2 pisteeseen 1, momentti häviää.

Momentti tasapaino : Momentti pyrkii aiheuttamaan kappaleelle rotaatiota : Toisen suuntainen momentti tasapainoittaa, kumoaa momentin vaikutuksen ja kappale ei ala pyöriä. Staattinen tila. M -F F -M

Momentti useasta voimasta ja vääntö : Voimapari synnyttää niiden akselin ympäri momentin : Jos pisteen paikalla on akseli se vääntyy. Voimat kumoavat toisensa, pisteessä A on vain momenttia ja leikkausta. Jos e = 0 jää jäljelle vain aktio ja reaktio F e M t = F x e F M t

Momentti useasta voimasta jatkuu... Jos epäkeskeisiä voimia on useita kokonaismomentti saadaan laskemalla momentit yhteen : M t = F 1 x e 1 + F 2 x e 2 + F 3 x e 3 e 1 F e 2 e 3

Esimerkki epäkeskeisyyden vaikutuksesta momenttiin : Sama tulos. Miksi?

Esimerkki epäkeskeisyyden vaikutuksesta momenttiin jatkuu... Sama tulos!

Vapaakappelekuvio VKK free-body diagram : Vapaakappalekuvio on abstrahoitu malli systeemistä ja siihen vaikuttavista ulkoisista voimista : Pelkistetään ja yksinkertaistetaan lähtötilanne niin paljon, että tasapainoyhtälöiden kannalta oleellinen on jäljellä. Muista ottaa kaikki voimat huomioon : Aktivoivat voimat. Reaktiovoimat. Oma paino. F 1 F 2 F 1 Nostoköysien ja apukehän paino oletetaan = 0 Sisäiset apukehän sauvavoimat ratkaistaan ulkoisten voimien avulla.

Ohje vapaakappaleen piirtämiseen : 1. Osita rakennejärjestelmä ja yksilöi sen osat. 2. Piirrä osan karkea hahmo ja merkitse siihen oleelliset mitat ja kulmat. 3. Piirrä koordinaattiakselit. 4. Piirrä kuvioon osaan vaikuttavat voimat : 1. Ulkoiset aktiiviset voimat, 2. Ulkoiset reaktiiviset voimat ja 3. Omapaino. 5. Yksilöi ja merkitse kaikki osaan vaikuttavat voimat. Anna voimille niiden suunta ja suuruusluokka. 6. Tuntemattomille voimille anna jokin tarkka oletusarvo : A. Anna tuntemattomalle koordinaattiakselien suunta. B. Anna tuntemattomalle sauvan suunta vrt reunaehdot

Vapaakappalekuvio VKK : a) Harkon vapaakappalekuvio : Harkon massa synnyttää alustan ja harkon välille voiman ja sille reaktion. Harkon massa Tukivoimat A Voisi olla myös piste tai hiukkanen b) Palkin vapaakappalekuvio : Palkin omapaino ja muu kuorma synnyttää alustan ja palkin välille voiman ja sille reaktion. c) Ulokkeen vapaakappalekuvio : Ulokkeen omapaino ja muu kuorma synnyttää alustan ja C ulokkeen välille voiman ja momenti sekä ja niille reaktiot. Laskemme tukireaktioita tarkemmin ensi kerralla. A Q, M B Voisi olla myös viiva

Mallin reunaehtojen idealisointi : Kiinteä tuki Nivel tuki Liikkuva niveltuki Vapaa tuki Köysi

Esimerkkejä liitoksista ja niiden idealisoiduista malleista : Kaikki edellä kuvatut liitosten perustyypit voidaan toteuttaa kaikille rakennusmateriaaleille ja rakennetyypeille. Liitossuunnittelu on vaikein vaihe rakennesuunnittelua : esteettiset, jatkuvuus rakennettavuus ja taloudellisuus vaatimukset Logistiikka määrittää pitkälti rakennuksen osituksen, liitosten paikat ja tyypit.