Oś Obojętna i Mimośrodowe Rozciąganie

Oś Obojętna i Mimośrodowe Rozciąganie

kwietnia 30, 2019

Obliczenia naprężeń wykonamy na podstawie przykładu nr 2 (cały przykład możesz zobaczyć – tutaj).

Rys. 1. Układ figur z punktem przyłożenia siły P

1. Relacje wierzchołków Convex

Poszukiwane naprężenia przekroju wyznaczone zostaną we współrzędnych głównych XgYgX_g Y_g.

Współrzędne wierzchołków Convex przekroju w układzie XgYgX_g Y_g obliczone będą ze wzorów:

xigl=yicsin(α)+xiccos(α)x_{igl} = y_{ic} \cdot \sin(\alpha) + x_{ic} \cdot \cos(\alpha)yigl=yiccos(α)xicsin(α)y_{igl} = y_{ic} \cdot \cos(\alpha) - x_{ic} \cdot \sin(\alpha)

gdzie: xicyicx_{ic} y_{ic} to współrzędne w układzie osi centralnych

gdzie: α=36,6386\alpha = 36{,}6386 to kąt nachylenia osi głównych

gdzie: sin(α)=0,5968\sin(\alpha) = 0{,}5968, cos(α)=0,8024\cos(\alpha) = 0{,}8024

Współrzędne wierzchołków Convex w układzie XcYcX_c Y_c obliczone będą ze wzorów:

xic=xiXcx_{ic} = x_i - X_cyic=yiYcy_{ic} = y_i - Y_c

gdzie: XcYcX_c Y_c to współrzędne środka ciężkości w układzie osi X0YX_0 Y

Punkt 1

xc=(0,2919)10,0118=10,3037  cm x_c = (-0{,}2919) - 10{,}0118 = -10{,}3037\ \ \mathrm{cm}\

yc=5,6266,0533=0,4274  cm y_c = 5{,}626 - 6{,}0533 = -0{,}4274\ \ \mathrm{cm}\ xgl=(0,4274)0,5968+(10,3037)0,8024=8,5229  cm x_{gl} = (-0{,}4274) \cdot 0{,}5968 + (-10{,}3037) \cdot 0{,}8024 = -8{,}5229\ \ \mathrm{cm}\ ygl=(0,4274)0,8024(10,3037)0,5968=5,806  cm y_{gl} = (-0{,}4274) \cdot 0{,}8024 - (-10{,}3037) \cdot 0{,}5968 = 5{,}806\ \ \mathrm{cm}\

Punkt 2

xc=510,0118=5,0118  cm x_c = 5 - 10{,}0118 = -5{,}0118\ \ \mathrm{cm}\ yc=106,0533=3,9467  cm y_c = 10 - 6{,}0533 = 3{,}9467\ \ \mathrm{cm}\ xgl=3,94670,5968+(5,0118)0,8024=1,6663  cm x_{gl} = 3{,}9467 \cdot 0{,}5968 + (-5{,}0118) \cdot 0{,}8024 = -1{,}6663\ \ \mathrm{cm}\ ygl=3,94670,8024(5,0118)0,5968=6,1577  cm y_{gl} = 3{,}9467 \cdot 0{,}8024 - (-5{,}0118) \cdot 0{,}5968 = 6{,}1577\ \ \mathrm{cm}\

Punkt 3

xc=1610,0118=5,9882  cm x_c = 16 - 10{,}0118 = 5{,}9882\ \ \mathrm{cm}\ yc=106,0533=3,9467  cm y_c = 10 - 6{,}0533 = 3{,}9467\ \ \mathrm{cm}\ xgl=3,94670,5968+5,98820,8024=7,1602  cm x_{gl} = 3{,}9467 \cdot 0{,}5968 + 5{,}9882 \cdot 0{,}8024 = 7{,}1602\ \ \mathrm{cm}\ ygl=3,94670,80245,98820,5968=0,4067  cm y_{gl} = 3{,}9467 \cdot 0{,}8024 - 5{,}9882 \cdot 0{,}5968 = -0{,}4067\ \ \mathrm{cm}\

Punkt 4

xc=1610,0118=5,9882  cm x_c = 16 - 10{,}0118 = 5{,}9882\ \ \mathrm{cm}\ yc=46,0533=2,0533  cm y_c = 4 - 6{,}0533 = -2{,}0533\ \ \mathrm{cm}\ xgl=(2,0533)0,5968+5,98820,8024=3,5796  cm x_{gl} = (-2{,}0533) \cdot 0{,}5968 + 5{,}9882 \cdot 0{,}8024 = 3{,}5796\ \ \mathrm{cm}\ ygl=(2,0533)0,80245,98820,5968=5,2212  cm y_{gl} = (-2{,}0533) \cdot 0{,}8024 - 5{,}9882 \cdot 0{,}5968 = -5{,}2212\ \ \mathrm{cm}\

Punkt 5

xc=9,911810,0118=0,1001  cm x_c = 9{,}9118 - 10{,}0118 = -0{,}1001\ \ \mathrm{cm}\ yc=(2,9487)6,0533=9,0021  cm y_c = (-2{,}9487) - 6{,}0533 = -9{,}0021\ \ \mathrm{cm}\ xgl=(9,0021)0,5968+(0,1001)0,8024=5,4524  cm x_{gl} = (-9{,}0021) \cdot 0{,}5968 + (-0{,}1001) \cdot 0{,}8024 = -5{,}4524\ \ \mathrm{cm}\ ygl=(9,0021)0,8024(0,1001)0,5968=7,1637  cm y_{gl} = (-9{,}0021) \cdot 0{,}8024 - (-0{,}1001) \cdot 0{,}5968 = -7{,}1637\ \ \mathrm{cm}\

Punkt 6

xc=4,619910,0118=5,3919  cm x_c = 4{,}6199 - 10{,}0118 = -5{,}3919\ \ \mathrm{cm}\ yc=(5,3227)6,0533=11,3761  cm y_c = (-5{,}3227) - 6{,}0533 = -11{,}3761\ \ \mathrm{cm}\ xgl=(11,3761)0,5968+(5,3919)0,8024=11,1154  cm x_{gl} = (-11{,}3761) \cdot 0{,}5968 + (-5{,}3919) \cdot 0{,}8024 = -11{,}1154\ \ \mathrm{cm}\ ygl=(11,3761)0,8024(5,3919)0,5968=5,9106  cm y_{gl} = (-11{,}3761) \cdot 0{,}8024 - (-5{,}3919) \cdot 0{,}5968 = -5{,}9106\ \ \mathrm{cm}\

2. Obliczanie naprężeń

σ=PA+MxJxy+MyJyx=\sigma = -\frac{P}{A} + \frac{M_x}{J_x} \cdot y + \frac{M_y}{J_y} \cdot x =σi=PA(1+xpxiiygl2+ypyiixgl2)=\sigma_i = -\frac{P}{A}\left(1 + \frac{x_p \cdot x_i}{i_{ygl}^2} + \frac{y_p \cdot y_i}{i_{xgl}^2}\right) =σ1=150067,6336(1+(5,4524)(8,5229)17,372+(7,1637)5,8069,5385)=15,202 kNcm2\sigma_1 = -\frac{1500}{67{,}6336}\left(1 + \frac{(-5{,}4524) \cdot (-8{,}5229)}{17{,}372} + \frac{(-7{,}1637) \cdot 5{,}806}{9{,}5385}\right) = 15{,}202\ \frac{\mathrm{kN}}{\mathrm{cm}^2}σ2=150067,6336(1+(5,4524)(1,6663)17,372+(7,1637)6,15779,5385)=68,7893 kNcm2\sigma_2 = -\frac{1500}{67{,}6336}\left(1 + \frac{(-5{,}4524) \cdot (-1{,}6663)}{17{,}372} + \frac{(-7{,}1637) \cdot 6{,}1577}{9{,}5385}\right) = 68{,}7893\ \frac{\mathrm{kN}}{\mathrm{cm}^2}σ3=150067,6336(1+(5,4524)7,160217,372+(7,1637)(0,4067)9,5385)=20,8898 kNcm2\sigma_3 = -\frac{1500}{67{,}6336}\left(1 + \frac{(-5{,}4524) \cdot 7{,}1602}{17{,}372} + \frac{(-7{,}1637) \cdot (-0{,}4067)}{9{,}5385}\right) = 20{,}8898\ \frac{\mathrm{kN}}{\mathrm{cm}^2}σ4=150067,6336(1+(5,4524)3,579617,372+(7,1637)(5,2212)9,5385)=84,2275 kNcm2\sigma_4 = -\frac{1500}{67{,}6336}\left(1 + \frac{(-5{,}4524) \cdot 3{,}5796}{17{,}372} + \frac{(-7{,}1637) \cdot (-5{,}2212)}{9{,}5385}\right) = -84{,}2275\ \frac{\mathrm{kN}}{\mathrm{cm}^2}σ5=150067,6336(1+(5,4524)(5,4524)17,372+(7,1637)(7,1637)9,5385)=179,4548 kNcm2\sigma_5 = -\frac{1500}{67{,}6336}\left(1 + \frac{(-5{,}4524) \cdot (-5{,}4524)}{17{,}372} + \frac{(-7{,}1637) \cdot (-7{,}1637)}{9{,}5385}\right) = -179{,}4548\ \frac{\mathrm{kN}}{\mathrm{cm}^2}σ6=150067,6336(1+(5,4524)(11,1154)17,372+(7,1637)(5,9106)9,5385)=198,003 kNcm2\sigma_6 = -\frac{1500}{67{,}6336}\left(1 + \frac{(-5{,}4524) \cdot (-11{,}1154)}{17{,}372} + \frac{(-7{,}1637) \cdot (-5{,}9106)}{9{,}5385}\right) = -198{,}003\ \frac{\mathrm{kN}}{\mathrm{cm}^2}

3. Wyznaczanie położenia osi obojętnej

Wzór podstawowy równania osi obojętnej we współrzędnych głównych XgYgX_g Y_g:

1+xpxiygl2+ypyixgl2=01 + \frac{x_p \cdot x}{i_{ygl}^2} + \frac{y_p \cdot y}{i_{xgl}^2} = 01+(5,4524)x17,372+(7,1637)y9,5385=01 + \frac{(-5{,}4524) \cdot x}{17{,}372} + \frac{(-7{,}1637) \cdot y}{9{,}5385} = 0

Przyjęto parametry WW i GG dla ułatwienia obliczeń układu liniowego prostej:

W=xpiygl2=(5,4524)17,372=0,3139W = \frac{x_p}{i_{ygl}^2} = -\frac{(-5{,}4524)}{17{,}372} = -0{,}3139G=ypixgl2=(7,1637)9,5385=0,751G = \frac{y_p}{i_{xgl}^2} = -\frac{(-7{,}1637)}{9{,}5385} = -0{,}7511+Wx+Gy=01 + W \cdot x + G \cdot y = 0yG=Wx1y \cdot G = -W \cdot x - 1

Dzieląc równanie przez GG otrzymujemy:

a=WG=(0,3139)(0,751)=0,4179a = -\frac{W}{G} = -\frac{(-0{,}3139)}{(-0{,}751)} = -0{,}4179b=1G=1(0,751)=1,3315b = -\frac{1}{G} = -\frac{1}{(-0{,}751)} = 1{,}3315

Równanie osi obojętnej w układzie osi Głównych XgYgX_g Y_g:

y=ax+b=(0,4179)x+1,3315y = ax + b = (-0{,}4179) \cdot x + 1{,}3315

4. Szkic projektu

Rys. 2. Szkic projektu z zaznaczoną osią obojętną i rozkładem naprężeń

Ostatnia aktualizacja: