A befogott tartóvég erőtani vizsgálatához II. rész

Hasonló dokumentumok
T s 2 képezve a. cos q s 0; 2. Kötélstatika I. A síkbeli kötelek egyensúlyi egyenleteiről és azok néhány alkalmazásáról

Egy rugalmas megtámasztású tartóról

Rugalmas láncgörbe alapvető összefüggések és tudnivalók I. rész

Függőleges koncentrált erőkkel csuklóin terhelt csuklós rúdlánc számításához

Egymásra támaszkodó rudak

A ferde tartó megoszló terheléseiről

Egy háromlábú állvány feladata. 1. ábra forrása:

Vontatás III. A feladat

Példa: Tartó lehajlásfüggvényének meghatározása végeselemes módszer segítségével

Felső végükön egymásra támaszkodó szarugerendák egyensúlya

A kötélsúrlódás képletének egy általánosításáról

Síkbeli csuklós rúdnégyszög egyensúlya

Egy furcsa tartóról. A probléma felvetése. Adott az 1. ábra szerinti kéttámaszú tartó. 1. ábra

Poncelet egy tételéről

Végein függesztett rúd egyensúlyi helyzete. Az interneten találtuk az [ 1 ] munkát, benne az alábbi érdekes feladatot 1. ábra. Most erről lesz szó.

A síkbeli Statika egyensúlyi egyenleteiről

Szökőkút - feladat. 1. ábra. A fotók forrása:

Érdekes geometriai számítások Téma: A kardáncsukló kinematikai alapegyenletének levezetése gömbháromszögtani alapon

Ellipszis vezérgörbéjű ferde kúp felszínének meghatározásához

Ismét a fahengeres keresztmetszetű gerenda témájáról. 1. ábra forrása: [ 1 ]

Egy általánosabb súrlódásos alapfeladat

Forgatónyomaték mérése I.

Vonatablakon át. A szabadvezeték alakjának leírása. 1. ábra

Néhány véges trigonometriai összegről. Határozzuk meg az alábbi véges összegek értékét!, ( 1 ) ( 2 )

Az ötszög keresztmetszetű élszarufa kis elmozdulásainak számításáról

A Cassini - görbékről

A loxodrómáról. Előző írásunkban melynek címe: A Gudermann - függvényről szó esett a Mercator - vetületről,illetve az ezen alapuló térképről 1. ábra.

A bifiláris felfüggesztésű rúd mozgásáról

Fiók ferde betolása. A hűtőszekrényünk ajtajának és kihúzott fiókjának érintkezése ihlette az alábbi feladatot. Ehhez tekintsük az 1. ábrát!

Az elliptikus hengerre írt csavarvonalról

Kerekes kút 2.: A zuhanó vödör mozgásáról

DEME FERENC okl. építőmérnök, mérnöktanár

Élesmenetű csavar egyensúlya másként

Egy forgáskúp metszéséről. Egy forgáskúpot az 1. ábra szerint helyeztünk el egy ( OXYZ ) derékszögű koordináta - rendszerben.

Egy érdekes statikai - geometriai feladat

Egy másik érdekes feladat. A feladat

Példa: Tartó lehajlásfüggvényének meghatározása a Rayleigh Ritz-féle módszer segítségével

Egy csonkakúp alakú farönk behajlása a saját súlya alatt

Szabályos fahengeres keresztmetszet geometriai jellemzőinek meghatározása számítással

A magától becsukódó ajtó működéséről

1. ábra forrása: [ 1 ]

Egy mozgástani feladat

Egy geometriai szélsőérték - feladat

Az igénybevételi ábrák témakörhöz az alábbi előjelszabályokat használjuk valamennyi feladat esetén.

Két körhenger általánosabban ( Alkalmazzuk a vektoralgebrát! ) 1. ábra

Vasbetonszerkezetek II. Vasbeton lemezek Rugalmas lemezelmélet

E E E W. Előszó. Kifejtés

Kiegészítés a három erő egyensúlyához

Egy kinematikai feladathoz

A kettősbelű fatörzs keresztmetszeti rajzolatáról

A Maxwell - kerékről. Maxwell - ingának is nevezik azt a szerkezetet, melyről most lesz szó. Ehhez tekintsük az 1. ábrát is!

A szabályos sokszögek közelítő szerkesztéséhez

Egy érdekes nyeregtetőről

A csavarvonal axonometrikus képéről

Henger és kúp metsződő tengelyekkel

Forogj! Az [ 1 ] munkában találtunk egy feladatot, ami beindította a HD - készítési folyamatokat. Eredményei alább olvashatók. 1.

Egy érdekes mechanikai feladat

Egy kötélstatikai alapfeladat megoldása másként

Az egyenes ellipszishenger ferde síkmetszeteiről

A dőlő fa görbüléséről

A Lenz - vektorról. Ha jól emlékszem, először [ 1 ] - ben találkoztam a címbeli fogalommal 1. ábra.

Az éjszakai rovarok repüléséről

Egy kinematikai feladat

A kör és ellipszis csavarmozgása során keletkező felületekről

A hordófelület síkmetszeteiről

Két naszád legkisebb távolsága. Az [ 1 ] gyűjteményben találtuk az alábbi feladatot és egy megoldását: 1. ábra.

Ellipszissel kapcsolatos képletekről

Egy kérdés: merre folyik le az esővíz az úttestről? Ezt a kérdést az után tettük fel magunknak, hogy megláttuk az 1. ábrát.

Egy érdekes statikai feladat. Az interneten találtuk az [ 1 ] művet, benne az alábbi feladattal.

Ellipszis átszelése. 1. ábra

A mozgásmódszerről II.

Karimás csőillesztés

Gyakorlati útmutató a Tartók statikája I. tárgyhoz. Fekete Ferenc. 5. gyakorlat. Széchenyi István Egyetem, 2015.

Egy újabb térmértani feladat. Az [ 1 ] könyvben az interneten találtuk az alábbi érdekes feladatot is 1. ábra.

Az egyszeres rálapolásról

Kecskerágás már megint

Ellipszis perspektivikus képe 2. rész

A főtengelyproblémához

Csúcsívek rajzolása. Kezdjük egy általános csúcsív rajzolásával! Ehhez tekintsük az 1. ábrát!

Tető - feladat. Az interneten találtuk az [ 1 ] művet, benne az alábbi feladatot és végeredményeit ld. 1. ábra.

Fa rudak forgatása II.

w u R. x 2 x w w u 2 u y y l ; x d y r ; x 2 x d d y r ; l 2 r 2 2 x w 2 x d w 2 u 2 d 2 2 u y ; x w u y l ; l r 2 x w 2 x d R d 2 u y ;

A felcsapódó kavicsról. Az interneten találtuk az alábbi, a hajítás témakörébe tartozó érdekes feladatot 1. ábra.

Az elforgatott ellipszisbe írható legnagyobb területű téglalapról

t, u v. u v t A kúpra írt csavarvonalról I. rész

Hajlított vonalazó szplájn ~ 1. rész. Bevezetés

Befordulás sarkon bútorral

Az eltérő hajlású szarufák és a taréjszelemen kapcsolatáról 1. rész. Eltérő keresztmetszet - magasságú szarufák esete

A befogott tartóvég erőtani vizsgálatához III. rész

Egy ismerős fizika - feladatról. Az interneten találtuk az [ 1 ] könyvet, benne egy ismerős fizika - feladattal 1. ábra.

Csuklós szerkezetek reakciói és igénybevételi ábrái. Frissítve: példa: A 12. gyakorlat 1. feladata.

1. ábra forrása:

Hajlított tartó elmozdulásmez jének meghatározása Ritz-módszerrel

Chasles tételéről. Előkészítés

A gúla ~ projekthez 2. rész

A konfokális és a nem - konfokális ellipszis - seregekről és ortogonális trajektóriáikról

Ehhez tekintsük a 2. ábrát is! A födém és a fal síkját tekintsük egy - egy koordinátasíknak, így a létra tömegközéppontjának koordinátái: ( 2 )

Fénypont a falon Feladat

A közönséges csavarvonal érintőjének képeiről

A torokgerendás fedélszerkezet erőjátékáról 2. rész

Átírás:

A befogott tartóvég erőtani vizsgálatához II. rész A második feladat Az első feladat alapfeltevése az volt, hogy a gerendavég kellően merev, így a terhelések hatására is egyenes marad. A valóságos testek azonban deformálhatóak, így az ugyanolyan alakú és méretű, de eltérő anyagból készült gerendavégek várhatóan más és más alakváltozást, ezzel együtt pedig más és más erőjátékot produkálnak. A deformálhatóság figyelembe vételével megnő a lehetséges erőtani modellek száma. E második feladatunkban a gerendavéget a rugalmas ágyazású tartók elméletével vizsgáljuk. A feladat és részleges megoldásának lelőhelye: [ 1 ]. Az eredeti feladat leírása az alábbi ld. az 1. ábrát is, melynek forrása [ 1 ]! 1. ábra Adott: Egy acélgerenda, melyet a hosszban bebetonoztak, és amelyet a b hosszúságú kinyúló végén P koncentrált erő terhel. A beton a p k y törvényt követi, ahol p a bebetonozott tartóvég hosszegységére ható nyomás. Keresett: 1. A befogott rész rugalmas vonalának differenciálegyenlete.. A differenciálegyenlet általános megoldása.. Határfeltételek. 4. Az integrálási állandók feltételi egyenletei. 5. Az M hajlítónyomaték, a V nyíróerő és a p nyomás lefutásának vázlatos ábrázolása. Megoldás: Először levezetjük a probléma differenciálegyenletét, melynek során körvonalazódik az alkalmazott modell milyensége is. Ehhez tekintsük a. ábrát is! Itt feltüntettük: ~ az alkalmazott koordináta - rendszert, ~ a befogott gerendavégre ható erőket, ~ a befogott rész egy egyensúlyban lévő differenciális elemét.

. ábra Utóbbi egyúttal az igénybevételek pozitív előjelét is definiálja. Az alkalmazott koordináta - rendszer és előjelszabály figyelembe vételével kijelentjük, hogy a pozitív hajlítónyomaték negatív görbületet eredményez, és megfordítva, emiatt: EI y ''(x) M(x), ( 1 ) a Szilárdságtan tanítása szerint. Vetületi egyensúlyi egyenlettel: V V dvp 0, innen: dv(x) p(x). ( ) Nyomatéki egyensúlyi egyenlettel: M M dmv p 0, innen a szokásos érveléssel: dm(x) V(x). ( ) Az eddigiekhez hozzávéve a Winkler - hipotézisnek megfelelő p(x) k y(x) ( 4 ) egyenletet, előttünk állnak a feladat alapegyenletének összetevői. Most ( ) és ( ) - mal: dv(x) d M(x) p(x), ( 5 ) majd ( 1 ), ( 4 ), ( 5 ) - tel:

d d k y(x) E I y''(x) E I y ''(x), innen: EI y''(x) " k y(x) 0. ( 6 ) Ha az EI hajlítómerevség a befogott rúdszakaszon állandó, akkor ( 6 ) - ból: IV EIy (x) k y(x) 0. ( 7 ) Itt a k ágyazási tényezőt állandó értékűnek tekintjük. A ( 7 ) egyenlet a feladat alapegyenlete: a befogott rész rugalmas vonalának differenciálegyenlete. A téma szakirodalma kiterjedt, ám attól hogy ismeretes, még nem lesz egyszerű ( 7 ) megoldása. Ha minden matematikai nehézségen túljutottunk, akkor még szükség lesz az anyagi tulajdonságokat hordozó k és E mennyiségek számértékére is. Jöjjön a ( 7 ) egyenlet általános megoldása! Például [ ] szerint: x x y(x) e C1 cos( x) C sin( x) e C cos( x) C4 sin( x), ahol k 4 E I 4. Hogy a ( 7 ) egyenlet megoldása ( 8 ), arról behelyettesítéssel győződhetünk meg. A feladat megoldásához szükség lehet az y, y, y deriváltakra is. Ezek [ ] alapján: x x dy(x) C1 e cos( x) sin( x) C e sin( x) cos( x) ; x x C e cos( x) sin( x) C4 e sin( x) cos( x) ( 10 ) ( 8 ) ( 9 ) ; e C sin( x) C cos( x) x d y(x) e C1 sin( x) C cos( x) x 4 ( 11 ) x d y(x) e C1 sin( x) cos( x) C cos( x) sin( x). x e C sin( x) cos( x) C4 cos( x) sin( x) ( 1 )

4 A ( C 1, C, C, C 4 ) integrálási állandók meghatározására 4 darab feltételi egyenletre van szükségünk. Ezekhez kellenek az alábbi egyenlet - alakok is; ( 1 ) - ből: M(x) y ''(x) ; E I ( 1 ) ( ) és ( 1 ) - mal: V(x) y'''(x). E I ( 14 ) Most már a feladat peremfeltételei, ( 1 ) és ( 14 ) - gyel is: ~ ha x 0, akkor M 0, azaz y" 0; ( 15 ) ~ ha x 0, akkor V 0, azaz y'" 0; ( 16 ) Pb ~ ha x a, akkor M P b, azaz y" ; ( 17 ) E I P ~ ha x a, akkor V P, azaz y'". ( 18 ) E I Most ( 11 ) és ( 15 ) - tel: C C4 0; ( 19 ) majd ( 1 ) és ( 16 ) - tal: C1 C C C4 0; ( 0 ) ezután ( 11 ) és ( 17 ) - tel: Pb C1 m C m1 C m4 C4 m ; ( 1 ) E I továbbá ( 1 ) és ( 18 ) - cal: P C1 m1 m C m1 m C m m4 C4 m m 4. E I ( ) A ( 1 ) és ( ) képletekben alkalmazott rövidítő jelölések: a a m1 e cos( a); m e sin( a); a a m e cos( a); m4 e sin( a). ( ) A ( 19 ), ( 0 ), ( 1 ), ( ) egyenletekből álló egyenletrendszert megoldva kapjuk a ( C 1, C, C, C 4 ) állandókat, melyekkel a p( x ), M( x ), V( x ) függvények is ismertté válnak. Egy hozzávetőleges ábrázolásuk az [ 1 ] - ből vett. ábrán szemlélhető.

5. ábra A. ábrán két dolog is feltűnik: ~ a befogott gerendaszakaszon a p( x ) megoszló terhelés már nem egyenes szerint változó; ~ a V( x ) és M( x ) függvények lefutása erősen emlékeztet az I. részben látottakra. A feladat végigszámolása, valamint az eredmények megszemlélése után az alábbiak juthatnak az ember eszébe: ~ az exponenciális és trigonometrikus függvényekkel való bánás gyalogosan igencsak nehézkes, ezért valami egyszerűbben kezelhető függvénytípus után kellene nézni; ~ a váltást az is indokolhatja, hogy az alkalmazott modell eléggé kezdetleges: nem veszi figyelembe a rövid gerendáknál erősebben érvényesülő nyírási alakváltozásokat; csak egy állandó értékű, vagyis a hossz mentén nem változó ágyazási tényezővel dolgozik, amely csak az eltolódásokat érzékeli, de az elfordulásokat nem, stb. Így arra juthatunk, hogy meg lehetne kísérelni létrehozni egy olyan modellt, mely a fenti negatívumok egy részét kiküszöböli, de még mindig elviselhető számítási munkával elfogadható eredményeket adhat. Ez úgy tűnik, meg is történt: a [ ] munkában például úgy járnak el, hogy a rugalmas ágyazás reakciójának függvényeként önkényesen egy általános harmadfokú parabolát vesznek fel, annak 4 darab ( a 0, a 1, a, a ) paraméterével. A hajlított gerenda 4 darab integrálási állandóját az ittenihez hasonló módon határozzák meg, az a i ( i = 0,, ) állandókra pedig további feltételeket írnak elő. Ebből kettő az ismert egyensúlyi egyenletek, a másik kettő viszont az ágyazás és a gerenda érintkezésével, besüllyedésével kapcsolatos. A hosszadalmas számítások eredményeit képletekkel, ill. táblázatokkal adják meg. Megjegyezzük, hogy az esetünkre vonatkozó számítások másképpen is berendezhetők; erre vonatkozóan a [ 4 ] és [ 5 ] munkákat ajánlhatjuk az Olvasó figyelmébe. A hivatkozott munkákban található képletekre érdemes lehet számítógépi programot írni. Nem véletlen, hogy a fenti számítási munka eredményeinek egy részét a szakirodalomból vettük át, a munka másik részét pedig az érdeklődő Olvasóra bíztuk. Sok sikert!

6 Irodalom: [ 1 ] Ludwig Föppl: Aufgaben aus Technischer Mechanik Unterstufe Verlag von R. Oldenburg, München und Berlin, 194. [ ] August Föppl: Vorlesungen über Technische Mechanik. Band: Festigkeitslehre 9. Auflage, Verlag von B.G. Teubner, Leipzig - Berlin, 19. [ ] I. A. Szimvulidi: Raszcsot inzsenyernüh konsztrukcij na uprugom osznovanyii Izd. 6., Moszkva, Vüszsaja Skola, 1987. [ 4 ] Széchy Károly: Alagútépítéstan Tankönyvkiadó, Budapest, 1961. [ 5 ] J. T. Oden: Mechanics of Elastic Structures McGraw - Hill Book Company, New York, 1967. Sződliget, 009. október 8. Összeállította: Galgóczi Gyula mérnöktanár