KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Samankaltaiset tiedostot
KJR-C1001: Statiikka L3 Luento : Jäykän kappaleen tasapaino

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

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

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

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

STATIIKKA. TF00BN89 5op

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

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

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

Tukilaitteet

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

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

SUORAN PALKIN TAIVUTUS

Rakenteiden mekaniikka TF00BO01, 5op

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

SUORAN PALKIN RASITUKSET

Laskuharjoitus 7 Ratkaisut

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

RAK Statiikka 4 op

DYNAMIIKKA II, LUENTO 5 (SYKSY 2015) Arttu Polojärvi

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

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

HYPERSTAATTISET RAKENTEET

Tasokehät. Kuva. Sauvojen alapuolet merkittyinä.

MUODONMUUTOKSET. Lähtöotaksumat:

RAK Statiikka 4 op

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Aksiaalisella tai suoralla leikkauksella kuormitettujen rakenneosien lujuusopillinen analyysi ja suunnittelu

RTEK-2000 Statiikan perusteet 4 op

Analysoidaan lämpöjännitysten, jännityskeskittymien, plastisten muodonmuutosten ja jäännösjännityksien vaikutus

KJR-C2002 Kontinuumimekaniikan perusteet

ELEMENTTIMENETELMÄN PERUSTEET SESSIO 07: Aksiaalinen sauvaelementti, osa 2.

2.3 Voiman jakaminen komponentteihin

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

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

Fysiikan perusteet. Voimat ja kiihtyvyys. Antti Haarto

TAVOITTEET Määrittää taivutuksen normaalijännitykset Miten määritetään leikkaus- ja taivutusmomenttijakaumat

KJR-C2002 Kontinuumimekaniikan perusteet

9. Kitkaton virtaus ja potentiaaliteoria. KJR-C2003 Virtausmekaniikan perusteet

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka

RAK Statiikka 4 op

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

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

Määritetään vääntökuormitetun sauvan kiertymä kimmoisella kuormitusalueella Tutkitaan staattisesti määräämättömiä vääntösauvoja

RISTIKKO. Määritelmä:

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

DYNAMIIKKA II, LUENTO 6 (SYKSY 2015) Arttu Polojärvi

Luvun 5 laskuesimerkit

Kitka ja Newtonin lakien sovellukset

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

Luvun 5 laskuesimerkit

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

DYNAMIIKKA II, LUENTO 2 (SYKSY 2015) Arttu Polojärvi

DYNAMIIKKA II, LUENTO 7 (SYKSY 2015) Arttu Polojärvi

ELEMENTTIMENETELMÄN PERUSTEET SESSIO 01: Johdanto. Elementtiverkko. Solmusuureet.

Voimapari ja sen momentti

Luvun 10 laskuesimerkit

KJR-C2002 Kontinuumimekaniikan perusteet, tentti

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

7. Differentiaalimuotoinen jatkuvuusyhtälö. KJR-C2003 Virtausmekaniikan perusteet

PUUKERROSTALO. - Stabiliteetti - - NR-ristikkoyläpohjan jäykistys. Tero Lahtela

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

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

HalliPES 1.0 Puuhallin jäykistys ja voimaliitokset

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka Kurssiesite, kevät 2016

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

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

Luvun 10 laskuesimerkit

SISÄLTÖ Venymän käsite Liukuman käsite Venymä ja liukuma lujuusopin sovelluksissa

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

PAINOPISTE JA MASSAKESKIPISTE

RASITUSKUVIOT (jatkuu)

Kon Mekanismiopin perusteet

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

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

PUHDAS, SUORA TAIVUTUS

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

Muodonmuutostila hum

Materiaalien mekaniikka

KJR-C2001 KIINTEÄN AINEEN MEKANIIKAN PERUSTEET, KEVÄT 2018

7. Suora leikkaus TAVOITTEET 7. Suora leikkaus SISÄLTÖ

HalliPES 1.0 OSA 11: JÄYKISTYS

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

Fysiikan valintakoe , vastaukset tehtäviin 1-2

2 SUORA SAUVA ja PALKKI Suoran sauvan puhdas veto tai puristus Suoran palkin taivutus Harjoitustehtäviä 71

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

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

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

RIL263 KAIVANTO-OHJE TUETUN KAIVANNON MITOITUS PETRI TYYNELÄ/RAMBOLL FINLAND OY

Transkriptio:

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka Luento 1.3.2016 Susanna Hurme

Päivän aihe: Jäykän kappaleen tasapaino ja vapaakappalekuva (Kirjan luvut 5.1-5.4) Osaamistavoitteet: 1. Ymmärtää, mitä tukireaktiot ovat ja mitä tukireaktioita syntyy eri tyyppisistä tuennoista 2. Osata piirtää vapaakappalekuvio jäykälle kappaleelle 3. Osata ratkaista vapaakappalekuvion tuntemattomat voimat tasapainoyhtälön avulla Sisältö: Mikä on jäykkä kappale? Kappaleen tuenta ja sen aiheuttamat tukivoimat eli tukireaktiot tasossa Joitakin yleisiä tukityyppejä Vapaakappalekuvion piirtäminen jäykälle kappaleelle Tuntemattomien voimien ratkaiseminen jäykän kappaleen tasapainon periaatteen avulla

Mikä on jäykkä kappale? Kappale, jossa ei tapahdu mitään muodonmuutoksia Kappaleen voi ajatella koostuvan partikkeleista, joiden välinen etäisyys ei muutu, vaikka kappaleeseen kohdistetaan voimia Mekaniikassa käytetty idealisoitu malli, joka yksinkertaistaa teoriaa Materiaalin ominaisuuksia ei tarvita Käyttökelpoinen malli, kun halutaan selvittää voimien ulkoiset vaikutukset kappaleeseen Yleensä rakennemateriaalien muodonmuutokset ovat hyvin pieniä

Taustaa Viime viikolla opimme samanarvoisen voimasysteemin merkityksen, sekä opimme yksinkertaistamaan voimasysteemin yhdeksi resultanttivoimaksi ja yhdeksi voimaparin momentin resultantiksi Mitä tarkoittaa voimasysteemien samanarvoisuus? Voimasysteemien samanarvoisuus tarkoittaa sitä, että molemmat systeemit aiheuttavat kappaleeseen saman liikkeen tai samat tukireaktiot Tänään opimme mitä tukireaktiot ovat Tukireaktiot ja kuormitukset ovat kappaleeseen kohdistuvia ulkoisia voimia, jotka piirretään vapaakappalekuvioon Sen jälkeen tuntemattomat voimat voidaan ratkaista tasapainoyhtälöiden avulla

Tukireaktiot Kappaleeseen kohdistuvat voimat voidaan jakaa kuormituksiin ja tukireaktioihin Tukireaktiot ovat kappaleen tuennan aiheuttamia voimia Jos tuki estää siirtymän suuntaan y, tuki aiheuttaa kappaleeseen voiman suuntaan y Jos tuki estää rotaation, se aiheuttaa kappaleeseen voimaparin momentin

Tukireaktiot

Vapaakappalekuva Käydään läpi muutama asia, jotka pitää ymmärtää vapaakappalekuvaa piirtäessä: 1. Sisäisiä voimia ei piirretä vapaakappalekuvaan 2. Jos kappaleen paino otetaan huomioon, se piirretään pistevoimana kappaleen massakeskipisteeseen 3. Ennen vapaakappalekuvan piirtämistä, todellisesta rakenteesta tehdään idealisoitu malli

Vapaakappalekuva Jäykän kappaleen vapaakappalekuva piirretään samalla tavalla kuin partikkelin vapaakappalekuva 1. Piirretään kappaleen ääriviivat 2. Piirretään kuvaan kaikki ulkoiset voimat ja voimaparin momentit 1. kuormitukset 2. tukivoimat sekä 3. kappaleen paino 3. Merkitään kaikki voimat (suunnat ja suuruudet) Tunnetut ja tuntemattomat

Esimerkki Kuvan ristikko on tuettu kiinteällä niveltuella pisteestä A ja siirtyvällä niveltuella pisteestä B. Piirrä ristikon vapaakappalekuva. Ratkaisu: Tarkastellaan koko ristikkoa, kuin se olisi jäykkä kappale. Kiinteä niveltuki pisteessä A aiheuttaa kaksi tukireaktiota, A x ja A y Siirtyvä niveltuki pisteessä B aiheuttaa yhden tukireaktion, B y B y A x A y

Jäykän kappaleen tasapaino Miten tukivoimat ratkaistaan? Käytetään tasapainoyhtälöä F R = ΣF = 0 (M R ) O = ΣM O = 0 Tasossa on yleensä helpointa jakaa voimat x- ja y-akselin suuntaisiin komponentteihinsa ΣF x = 0 ΣF y = 0 ΣM O = 0

Esimerkki Ratkaisu: Vapaakappalekuva piirrettiin jo Kuvan ristikko on tuettu kiinteällä niveltuella pisteestä A ja siirtyvällä niveltuella pisteestä B. Ratkaise ristikon tukivoimat. A x A y Ratkaistaan tasapainoyhtälöt B y + ΣF x = 0 A x + 5kN cos 45 = 0 6m cos 45 = 3 2 m A x = 3.54 kn + ΣM A = 0 5kN 4m 10kN((3 2 + 2) m)) + B y ((3 2 + 6) m) = 0 B y = 8.047 kn = 8.05 kn + ΣF y = 0 A y 5kN sin 45 10kN + 8.047kN = 0 A y = 5.49 kn

Ratkaisua yksinkertaistava tekniikka kahden ja kolmen voiman osat Kahden voiman osassa voimat vaikuttavat kahdessa pisteessä Kolmen voiman osassa vaikuttaa kolme voimaa kolmessa pisteessä

Piirretään rakenteen osien vapaakappalekuvat. Esimerkki Huomaa, että sauva CD on kahden voiman osa. F CD Määritä tukireaktiot tuessa A sekä palkkiin kohdistuva voima pisteessä C. A x F CD A y F CD Ratkaistaan tuntemattomat voimat palkin AB vapaakappalekuvasta tasapainoyhtälöiden avulla. + ΣM A = 0 F CD sin 45 (1.5m) 4kN(3m) = 0 F CD = 11.31 kn = 11.3 kn

Esimerkki Ratkaistaan tuntemattomat voimat palkin AB vapaakappalekuvasta tasapainoyhtälöiden avulla. Määritä tukireaktiot tuessa A sekä palkkiin kohdistuva voima pisteessä C. A x A y F CD + ΣF x = 0 A x + 11.3 kn(cos 45 ) = 0 A x = 8 kn + ΣF y = 0 A y + 11.3 kn sin 45 4 kn = 0 A y = 4 kn

Kolmiulotteiset kuormitukset Kolmiulotteiset ongelmat ratkaistaan samalla tavalla kuin kaksiulotteiset: 1. Piirretään vapaakappalekuva 2. Ratkaistaan voimien ja momenttien tasapainoyhtälöt ΣF = ΣF x i + ΣF y j + ΣF z k = 0 ΣM O = ΣM x i + ΣM y j + ΣM z k = 0 ΣF x = 0 ΣF y = 0 ΣF Z = 0 ΣM x = 0 ΣM y = 0 ΣM z = 0

Kolmiulotteiset tuennat

Esimerkki (ei käydä luennolla) Radiaalilaakerin tukireaktiot ovat: Määritä tukireaktiot kitkattomissa radiaalilaakereissa A, B ja C. Huom. Yleensä laakeriin ei tule momenttia, jos rakenne on tuettu muualta ja tuet on asennettu oikein. Silloin tukien voimareaktiot estävät pyörimisen. Tehtävän tapauksessa tuet estävät rotaation kaikkien akselien ympäri, joten laakeriin ei kohdistu momenttia. Piirretään rakenteen vapaakappalekuva. A z A y B z B x C z C y

Esimerkki Määritä tukireaktiot kitkattomissa radiaalilaakereissa A, B ja C. Rakenteen vapaakappalekuva. Ratkaistaan kaikki tukireaktiot tasapainoyhtälöiden avulla. ΣF x = 0 ΣF y = 0 ΣF Z = 0 Summataan voimat x-akselin suuntaan: + ΣF x = 0 B x = 0 ΣM x = 0 ΣM y = 0 ΣM z = 0 A z A y Summataan momentit z-akselin ympäri: + ΣM z = 0 C y 1m = 0 C y = 0 B z B x C z C y Summataan voimat y-akselin suuntaan: + ΣF y = 0 A y = 0

Esimerkki Määritä tukireaktiot kitkattomissa radiaalilaakereissa A, B ja C. Rakenteen vapaakappalekuva. Ratkaistaan kaikki tukireaktiot tasapainoyhtälöiden avulla. ΣF x = 0 ΣF y = 0 ΣF Z = 0 Summataan momentit x-akselin ympäri: + ΣM x = 0 ΣM x = 0 ΣM y = 0 ΣM z = 0 A z A y B z 0.6m 450N 1.2m + C z (1.2m) = 0 Summataan momentit y-akselin ympäri: B z B x C z C y + ΣM y = 0 B z 0.6m + 450N 0.6m C z (1m) = 0 B z = 1800 N C z = 1350 N

Esimerkki Määritä tukireaktiot kitkattomissa radiaalilaakereissa A, B ja C. Rakenteen vapaakappalekuva. Ratkaistaan kaikki tukireaktiot tasapainoyhtälöiden avulla. ΣF x = 0 ΣF y = 0 ΣF Z = 0 Summataan voimat z-akselin suuntaan: + ΣF z = 0 ΣM x = 0 ΣM y = 0 ΣM z = 0 A z A y A z 1800N + 1350N 450N = 0 A z = 900 N B z B x C z C y

Yhteenveto Opimme, mitä ovat tukireaktiot ja mitä tukireaktioita erilaiset tuentatyypit aiheuttavat Tutustuimme erilaisiin tuentatyyppeihin tasossa. Harjoittelimme vapaakappalekuvan piirtämistä jäykälle kappaleelle tasossa Opimme ratkaisemaan tukireaktiot 1. Piirretään vapaakappalekuva 2. Ratkaistaan tuntemattomat voimat tasapainoyhtälöiden avulla