Ścinanie i skręcanie. dr hab. inż. Tadeusz Chyży

Podobne dokumenty
2. Pręt skręcany o przekroju kołowym

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Wytrzymałość Materiałów

STATYCZNA PRÓBA SKRĘCANIA

SKRĘCANIE WAŁÓW OKRĄGŁYCH

15. Przedmiot: WYTRZYMAŁOŚĆ MATERIAŁÓW Kierunek: Mechatronika Specjalność: Elektroautomatyka okrętowa Rozkład zajęć w czasie studiów Liczba godzin

Podstawowe przypadki (stany) obciążenia elementów : 1. Rozciąganie lub ściskanie 2. Zginanie 3. Skręcanie 4. Ścinanie

CIENKOŚCIENNE KONSTRUKCJE METALOWE

Wytrzymałość Materiałów

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z PRZEDMIOTU: KONSTRUKCJE BUDOWLANE klasa III Podstawa opracowania: PROGRAM NAUCZANIA DLA ZAWODU TECHNIK BUDOWNICTWA

Wytrzymałość Konstrukcji I - MEiL część II egzaminu. 1. Omówić wykresy rozciągania typowych materiałów. Podać charakterystyczne punkty wykresów.

WYZNACZANIE MODUŁU SPRĘŻYSTOŚCI POSTACIOWEJ G PRZEZ POMIAR KĄTA SKRĘCENIA

Z-LOGN Wytrzymałość materiałów Strength of materials

Z-LOG-0133 Wytrzymałość materiałów Strength of materials

Materiały pomocnicze do wykładów z wytrzymałości materiałów 1 i 2 (299 stron)

Wytrzymałość materiałów Strength of materials

1. Pojazdy i maszyny robocze 2. Metody komputerowe w projektowaniu maszyn 3. Inżynieria produkcji Jednostka prowadząca

ROZCIĄGANIE I ŚCISKANIE OSIOWE. Pojęcia podstawowe. Zasada de Saint Venanta

15. Przedmiot: WYTRZYMAŁOŚĆ MATERIAŁÓW Kierunek: Mechatronika Specjalność: Elektroautomatyka okrętowa Rozkład zajęć w czasie studiów Liczba godzin

Spis treści. Wstęp Część I STATYKA

Pytania przygotowujące do egzaminu z Wytrzymałości Materiałów sem. I studia niestacjonarne, rok ak. 2014/15

Wyznaczanie modułu sztywności metodą Gaussa

Temat: Mimośrodowe ściskanie i rozciąganie

Zestaw pytań z konstrukcji i mechaniki

Wprowadzenie do WK1 Stan naprężenia

Część DZIAŁANIE MOMENTU SKRĘCAJĄCEGO 1 DZIAŁANIE MOMENTU SKRĘCAJĄCEGO ZALEŻNOŚCI PODSTAWOWE

Wytrzymałość materiałów. Wzornictwo przemysłowe I stopień (I stopień / II stopień) ogólno akademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

Pytania przygotowujące do egzaminu z Wytrzymałości Materiałów sem. I studia niestacjonarne, rok ak. 2015/16

Liczba godzin Liczba tygodni w tygodniu w semestrze

WYZNACZANIE MODUŁU SZTYWNOŚCI METODĄ DYNAMICZNĄ GAUSSA

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu Mechatronika Studia pierwszego stopnia. Wytrzymałość materiałów Rodzaj przedmiotu: obowiązkowy Kod przedmiotu:

I. Wstępne obliczenia

MECHANIKA PRĘTÓW CIENKOŚCIENNYCH

Podstawowe pojęcia wytrzymałości materiałów. Statyczna próba rozciągania metali. Warunek nośności i użytkowania. Założenia

8. WIADOMOŚCI WSTĘPNE

Mechanika i wytrzymałość materiałów BILET No 1

Wytrzymałość materiałów

Wytrzymałość materiałów Strength of materials

Laboratorium wytrzymałości materiałów

Karta (sylabus) przedmiotu Mechanika i Budowa Maszyn Studia I stopnia o profilu: A P

Wytrzymałość Materiałów

Laboratorium wytrzymałości materiałów

Naprężenia, przemieszczenia, odkształcenia Właściwości materiałów. dr hab. inż. Tadeusz Chyży Katedra Mechaniki Konstrukcji

Defi f nicja n aprę r żeń

STAN NAPRĘŻENIA. dr hab. inż. Tadeusz Chyży

ZGINANIE PŁASKIE BELEK PROSTYCH

Rodzaje obciążeń, odkształceń i naprężeń

TARCZE PROSTOKĄTNE Charakterystyczne wielkości i równania

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

Dr inż. Janusz Dębiński

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu Mechatronika Studia pierwszego stopnia. Wytrzymałość materiałów Rodzaj przedmiotu: obowiązkowy Kod przedmiotu:

Zadanie 1 Zadanie 2 tylko Zadanie 3

Wytrzymałość materiałów. Budowa i eksploatacja maszyn I stopień (I stopień / II stopień) Ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

Wyznaczanie modułu Younga metodą strzałki ugięcia

Al.Politechniki 6, Łódź, Poland, Tel/Fax (48) (42) Mechanika Budowli. Inżynieria Środowiska, sem. III

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

BADANIA GRUNTU W APARACIE RC/TS.

KONSTRUKCJE METALOWE

Ć w i c z e n i e K 3

LABORATORIUM ELEKTROAKUSTYKI. ĆWICZENIE NR 1 Drgania układów mechanicznych

Wyznaczanie modułu sprężystości za pomocą wahadła torsyjnego

Wzór Żurawskiego. Belka o przekroju kołowym. Składowe naprężenia stycznego można wyrazić następująco (np. [1,2]): T r 2 y ν ) (1) (2)

Mechanika teoretyczna

Rys. 1. Elementy zginane. KONSTRUKCJE BUDOWLANE PROJEKTOWANIE BELEK DREWNIANYCH BA-DI s.1 WIADOMOŚCI OGÓLNE

Naprężenia styczne i kąty obrotu

Praca siły wewnętrznej - normalnej

WYTRZYMAŁOŚD MATERIAŁÓW

Przedmiot: Mechanika z Wytrzymałością materiałów

Przykład Łuk ze ściągiem, obciążenie styczne. D A

Podstawy fizyki wykład 4

Politechnika Śląska w Gliwicach Wydział Organizacji i Zarządzania Katedra Podstaw Systemów Technicznych

Pytania przygotowujące do egzaminu z Wytrzymałości Materiałów studia niestacjonarne I-go stopnia, semestr zimowy

PROJEKTOWANIE KONSTRUKCJI STALOWYCH WEDŁUG EUROKODÓW.

Moduł. Profile stalowe

WSTĘP DO TEORII PLASTYCZNOŚCI

2. Charakterystyki geometryczne przekroju

WYZNACZANIE MODUŁU YOUNGA PRZEZ ZGINANIE

Wytrzymałość Materiałów II studia zaoczne inżynierskie I stopnia kierunek studiów Budownictwo, sem. IV materiały pomocnicze do ćwiczeń

6. WYZNACZANIE LINII UGIĘCIA W UKŁADACH PRĘTOWYCH

PODSTAWY MECHANIKI OŚRODKÓW CIĄGŁYCH

WYZNACZANIE MODUŁU SZTYWNOŚCI METODĄ DYNAMICZNĄ

Modelowanie Wspomagające Projektowanie Maszyn

PROFILOWE WAŁY NAPĘDOWE

700 [kg/m 3 ] * 0,012 [m] = 8,4. Suma (g): 0,138 Ze względu na ciężar wykończenia obciążenie stałe powiększono o 1%:

KONSTRUKCJE DREWNIANE I MUROWE

Zginanie proste belek

Rys. 32. Widok perspektywiczny budynku z pokazaniem rozmieszczenia kratownic

Obciążenia zmienne. Zdeterminowane. Sinusoidalne. Okresowe. Rys Rodzaje obciążeń elementów konstrukcyjnych

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH Z WYTRZYMAŁOŚCI MATERIAŁÓW

SPRAWDZENIE PRAWA HOOKE'A, WYZNACZANIE MODUŁU YOUNGA, WSPÓŁCZYNNIKA POISSONA, MODUŁU SZTYWNOŚCI I ŚCIŚLIWOŚCI DLA MIKROGUMY.

WYZNACZANIE MODUŁU YOUNGA METODĄ STRZAŁKI UGIĘCIA

Wyboczenie ściskanego pręta

Mechanika teoretyczna

Mechanika teoretyczna

Dr inż. Janusz Dębiński. Wytrzymałość materiałów zbiór zadań

Przykłady (twierdzenie A. Castigliano)

Ć w i c z e n i e K 4

Spis treści Rozdział I. Membrany izotropowe Rozdział II. Swobodne skręcanie izotropowych prętów pryzmatycznych oraz analogia membranowa

PROJEKT NR 1 METODA PRZEMIESZCZEŃ

Transkrypt:

Ścinanie i skręcanie dr hab. inż. Tadeusz Chyży 1

Ścinanie proste Ścinanie czyste Ścinanie techniczne 2

Ścinanie Czyste ścinanie ma miejsce wtedy, gdy na czterech ścianach prostopadłościennej kostki występują jedynie naprężenia styczne Prawo Hooke a przy ścinaniu: przy czym: G G E 2 1 3

Ścinanie Ścinanie techniczne (technologiczne) zachodzi, gdy naprężeniom tnącym towarzyszą znacznie od nich mniejsze naprężenia normalne.) 4

Ścinanie W obliczeniach zagadnień ścinania technicznego uśrednia się naprężenia tnące w całym przekroju ścinanym (=sr); warunek wytrzymałościowy ma wówczas postać: T sr A Przy wielu przekrojach ścinanych zakłada się jednakowe obciążenie wszystkich tych przekrojów np. w połączeniach nitowych: T sr k 2 t d n 4 k t 5

Ścinanie Tok obliczeń połączeń (spawanych, nitowych itp.) na ogół zawiera: sprawdzenie elementów łączonych (blach itp.) na rozciąganie, sprawdzenie elementów łączonych na ścinanie (np. wycięcie ucha przez sworzeń), sprawdzenie elementów złącznych (nitów, kołków itp.) lub spoin na ścinanie, sprawdzenie połączenia na docisk(naciski powierzchniowe): d P A k d 6

Ścinanie ze zginaniem Zginanie poprzeczne 7

Naprężenia styczne 8

Uśrednione naprężenia styczne xz 9

Wzór Żurawskiego 10

Uśrednione naprężenia styczne xy 11

12

13

Przykład przekrój prostokątny 14

Przykład przekrój kołowy 15

Przykład przekrój dwuteowy 16

Przykład przekrój dwuteowy 17

Skręcanie prętów o przekroju kołowym Skręcanie powodują dwie pary sił, działające w dwu różnych płaszczyznach prostopadłych do osi pręta (wału); momenty tych par sił to momenty skręcające (M s ) Moment skręcający jest dodatni, gdy wektor momentu jest zwrócony na zewnątrz wycinka wału (wektor M s pozornie rozciąga wał) M s M s 18

Skręcanie prętów o przekroju kołowym Analiza odkształceń pręta poddanego skręcaniu Rozwiązanie wg Saint-Venanta 19

Skręcanie prętów o przekroju kołowym Analiza odkształceń pręta poddanego skręcaniu Naprężenia styczne są do promieni w przekrojach poprzecznych wału i rosną liniowo od zera w osi wału do maks na jego powierzchni, zgodnie z zależnością: ρ maks r 20

Skręcanie prętów o przekroju kołowym 21 Szczegółowa analiza naprężeń i odkształceń w pręcie skręcanym 21

Skręcanie prętów o przekroju kołowym Szczegółowa analiza naprężeń i odkształceń w pręcie skręcanym Z plasterka dx wycina się myślowo elementarny fragment o grubości d (i długości dx) położony w odległości od osi wału, zawierający punkty E, F 1 i F 22

Skręcanie prętów o przekroju kołowym Szczegółowa analiza naprężeń i odkształceń w pręcie skręcanym Na zakreskowanych ściankach elementu występują naprężenia styczne kąt odkształcenia postaciowego wynosi: wynika, że: ρ ρ G i stąd d dx ρ G 23

24 Skręcanie prętów o przekroju kołowym Naprężenia maksymalne i kąt skręcenia pręta naprężenia działające na małym fragmencie da pola przekroju poprzecznego wału dają elementarny moment dm względem osi wału: dm ρ da 24

Skręcanie prętów o przekroju kołowym 25 Naprężenia maksymalne i kąt skręcenia pręta Z warunków równowagi pręta (M ix ) wynika, że suma momentów elementarnych dm w całym przekroju wału musi równoważyć zewnętrzny moment skręcający M s : M dm da s ρ A A ale:, stąd (*) ρ maks ρ r maks r 25

Skręcanie prętów o przekroju kołowym 26 Naprężenia maksymalne i kąt skręcenia pręta podstawiając dwa ostatnie wzory do (*) otrzymuje się: 2 m ak s 2 M s m ak s d A d A r r A A ostatnia całka jest funkcją wyłącznie wymiarów przekroju poprzecznego wału (pewną charakterystyką geometryczną), którą nazwano biegunowym momentem bezwładności przekroju: I O A 2 da 26

Skręcanie prętów o przekroju kołowym Naprężenia maksymalne i kąt skręcenia pręta Wyrażenie na maksymalne naprężenia tnące przyjmuje postać: maks M I s O r 27

28 Skręcanie prętów o przekroju kołowym Naprężenia maksymalne i kąt skręcenia pręta Ponadto: maks r ρ M I O s Ale: d dx ρ G stąd: d dx M GI s O 28

Skręcanie prętów o przekroju kołowym 29 Naprężenia maksymalne i kąt skręcenia pręta Kąt skręcenia (inaczej: kąt obrotu przekroju, np. całkowity kąt skręcenia lub kąt skręcenia pewnego odcinka pręta): l d l 0 M GI s O dx przy M s =const M l GI s O 29

30 Skręcanie prętów o przekroju kołowym Naprężenia maksymalne i kąt skręcenia pręta Przy M s =const M l GI Jednostkowy kąt skręcenia wału: s O rad M rad s l GI m O 30

Skręcanie prętów o przekroju kołowym Biegunowy moment bezwładności przekroju kołowego 2 Z definicji: I da O Niech pole elementarne da będzie pierścieniem o szerokości d, którego punkty leżą w jednakowej odległości od środka O przekroju: A 31

32 Skręcanie prętów o przekroju kołowym Biegunowy moment bezwładności przekroju kołowego Wtedy: r r 4 r 2 2 3 2, O 2 2 2 4 A 0 0 0 da d I da d d Ostatecznie: I O 4 4 r d 2 32 32

Skręcanie prętów o przekroju kołowym 33 Obliczenia wytrzymałościowe na skręcanie r M M s s maks M s I I stąd O O W W O O r W O jest to wskaźnik wytrzymałości przekroju na skręcanie w przypadku przekroju kołowego pełnego: 3 3 r d W O 2 16 O I r 33

Skręcanie prętów o przekroju kołowym Powyższe wzory są słuszne także w przypadku przekrojów rurowych, przy czym inne są wyrażenia na I O i W O, tzn.: (1) (2) D d I O I O I O 32 32 4 4 I O = D d 32 I 0,5D 16D 4 4 O 4 4 WO D d Uwaga: dodawanie/odejmowanie wskaźników (W) jest niedopuszczalne! Addytywne są tylko momenty bezwładności (I). W W W (1) (2) O O O 34

35 Skręcanie prętów o przekroju kołowym Warunek wytrzymałości na skręcanie s maks WO Uwaga: dodatkowo należy sprawdzić warunek dostatecznej sztywności skrętnej: M dop k s Przykładowo dop =0,25deg/m=0,00436rad/m 35

Skręcanie przekroje niekołowe 36

Skręcanie przekroje niekołowe 37

Skręcanie przekroje niekołowe r 38

Skręcanie przekroje niekołowe 39

Skręcanie przekroje niekołowe 40

Skręcanie przekroje niekołowe 41

Skręcanie przekroje niekołowe 42

Skręcanie przekroje niekołowe Użyteczne definicje Trajektorie naprężeń stycznych Deplanacja przekroju 43