= 1 E {σ ν(σ +σ z x y. )} + α T. ε y. ε z. = τ yz G och γ = τ zx. = τ xy G. γ xy. γ yz

Relevanta dokument
Tekniska Högskolan i Linköping, IKP Tore Dahlberg TENTAMEN i Hållfasthetslära grk, TMHL07, kl 8-12 DEL 1 - (Teoridel utan hjälpmedel) LÖSNINGAR

Tekniska Högskolan i Linköping, IKP Tore Dahlberg TENTAMEN i Hållfasthetslära; grk, TMMI17, kl DEL 1 - (Teoridel utan hjälpmedel)

Tekniska Högskolan i Linköping, IKP Tore Dahlberg TENTAMEN i Hållfasthetslära; grk, TMMI17, kl DEL 1 - (Teoridel utan hjälpmedel)

P R O B L E M

LÖSNINGAR. TENTAMEN i Hållfasthetslära grk, TMHL07, kl DEL 1 - (Teoridel utan hjälpmedel)

Lösning: B/a = 2,5 och r/a = 0,1 ger (enl diagram) K t = 2,8 (ca), vilket ger σ max = 2,8 (100/92) 100 = 304 MPa. a B. K t 3,2 3,0 2,8 2,6 2,5 2,25

Lösning: ε= δ eller ε=du

Tekniska Högskolan i Linköping, IKP Tore Dahlberg TENTAMEN i Hållfasthetslära; grk, TMMI17, kl DEL 1 - (Teoridel utan hjälpmedel)

TENTAMEN i Hållfasthetslära; grundkurs, TMMI kl 08-12

Formelsamling i Hållfasthetslära för F

Hållfasthetslära. VT2 7,5 p halvfart Janne Färm

Lösningsskisser till Tentamen 0i Hållfasthetslära 1 för 0 Z2 (TME017), verkar 8 (enbart) skjuvspänningen xy =1.5MPa. med, i detta fall,

Belastningsanalys, 5 poäng Töjning Materialegenskaper - Hookes lag

Tekniska Högskolan i Linköping, IKP Tore Dahlberg TENTAMEN i Hållfasthetslära; grk, TMMI17, kl 8-12 DEL 1 - (Teoridel utan hjälpmedel)

Grundläggande maskinteknik II 7,5 högskolepoäng

Hållfasthetslära. VT2 7,5 p halvfart Janne Färm

Tentamen i Hållfasthetslära AK

Svängningar. TMHL09 - Övningstal till avsnittet. Övningstal: Tal 1, 2, 3 nedan (variant av 14/28) Hemtal: 14/23, 14/12, Tal 4 nedan

Lunds Tekniska Högskola, LTH

Spänning och töjning (kap 4) Stång

TENTAMEN I HÅLLFASTHETSLÄRA FÖR F (MHA081)

Lösningar/svar till tentamen i MTM113 Kontinuumsmekanik Datum:

Tentamen i Hållfasthetslära gkmpt, gkbd, gkbi, gkipi (4C1010, 4C1012, 4C1035, 4C1020) den 13 december 2006

8 Teknisk balkteori. 8.1 Snittstorheter. 8.2 Jämviktsekvationerna för en balk. Teknisk balkteori 12. En balk utsätts för transversella belastningar:

2. Ange dimensionen (enheten) hos följande storheter (använd SI-enheter): spänning, töjning, kraft, moment, förskjutning, deformation, vinkeländring.

Institutionen för tillämpad mekanik, Chalmers tekniska högskola TENTAMEN I HÅLLFASTHETSLÄRA F MHA JUNI 2014

Belastningsanalys, 5 poäng Tvärkontraktion Temp. inverkan Statiskt obestämd belastning

Hållfasthetslära. HT1 7,5 hp halvfart Janne Carlsson

Tentamen i Hållfasthetslära AK

Tentamen i Hållfasthetslära AK2 för M Torsdag , kl

Kurs-PM för grundkurs TMHL02 i Hållfasthetslära Enkla Bärverk, 4p, för M, vt 2008

Lösningsförslag, Inlämningsuppgift 2, PPU203 VT16.

Matrismetod för analys av stångbärverk

Tentamen i Hållfasthetslära AK

Tentamen i kursen Balkteori, VSM-091, , kl

Institutionen för tillämpad mekanik, Chalmers tekniska högskola TENTAMEN I HÅLLFASTHETSLÄRA F MHA MAJ 2011

TENTAMEN I HÅLLFASTHETSLÄRA FÖR F (MHA081)

Stångbärverk. Laboration. Umeå universitet Tillämpad fysik och elektronik Staffan Grundberg. 14 mars 2014

Lösningar, Chalmers Hållfasthetslära F Inst. för tillämpad mekanik

Lösningar/svar till tentamen i MTM113 Kontinuumsmekanik Datum:

Hållfasthetslära. Böjning och vridning av provstav. Laboration 2. Utförs av:

Umeå universitet Tillämpad fysik och elektronik Annika Moström Fackverk. Projektuppgift 1 Hållfasthetslärans grunder Våren 2012

Material, form och kraft, F4

Institutionen för tillämpad mekanik, Chalmers tekniska högskola TENTAMEN I HÅLLFASTHETSLÄRA F MHA AUGUSTI 2014

Institutionen för tillämpad mekanik, Chalmers tekniska högskola TENTAMEN I HÅLLFASTHETSLÄRA F MHA APRIL 2015

Tentamen i kursen Balkteori, VSM-091, , kl

Lösningar/svar till tentamen i MTM060 Kontinuumsmekanik Datum:

TMHL09 - Hållfasthetslära - Dimensioneringsmetoder Sammanfattning Får ej medföras på tentamen. ger stabil jämvikt ger instabil jämvikt

TENTAMEN I KURSEN BYGGNADSMEKANIK 2

Hållfasthetslära. VT2 7,5 p halvfart Janne Färm

Institutionen för tillämpad mekanik, Chalmers tekniska högskola TENTAMEN I HÅLLFASTHETSLÄRA KF OCH F MHA JUNI 2016

Hållfasthetslära Z2, MME175 lp 3, 2005

Hållfasthetslära. VT2 7,5 p halvfart Janne Carlsson

1. Ett material har dragprovkurva enligt figuren.

TENTAMEN I KURSEN DIMENSIONERING AV BYGGNADSKONSTRUKTIONER

B3) x y. q 1. q 2 x=3.0 m. x=1.0 m

Belastningsanalys, 5 poäng Balkteori Deformationer och spänningar

Repetition. Newtons första lag. En partikel förblir i vila eller likformig rörelse om ingen kraft verkar på den (om summan av alla krafter=0)

Hållfasthetslära Sammanfattning

Mekanik och maritima vetenskaper, Chalmers tekniska högskola TENTAMEN I HÅLLFASTHETSLÄRA KF OCH F MHA OKTOBER 2017

Formelblad, lastfall och tvärsnittsdata

Program för Hållfasthetslära, grundkurs med energimetoder (SE1055, 9p) VT 2013

Föreläsningsdel 3: Spänningar i jord (motsvarande Kap 3 i kompendiet, dock ej mätavsnittet 3.6)

VSMA01 - Mekanik ERIK SERRANO


Tentamen i hållfasthetslära fk för M3 (MHA160) måndagen den 23/5 2005

Material, form och kraft, F2

Hållfasthetslära; grundkurs för M2, kurskod TMHL22, läsperiod 1, ht 2017

Tentamen i Hållfasthetslära för K4 MHA 150

Institutionen för tillämpad mekanik, Chalmers tekniska högskola TENTAMEN I HÅLLFASTHETSLÄRA F MHA AUGUSTI 2010

SF1669 Matematisk och numerisk analys II Lösningsförslag till tentamen DEL A. r cos t + (r cos t) 2 + (r sin t) 2) rdrdt.

Hjälpmedel: Miniräknare, bifogat formelblad textilmekanik och hållfasthetslära 2011, valfri formelsamling i fysik, passare, linjal

K-uppgifter. K 12 En träregel med tvärsnittsmåtten 45 mm 70 mm är belastad med en normalkraft. i regeln och illustrera spänningen i en figur.

Textil mekanik och hållfasthetslära. 7,5 högskolepoäng. Ladokkod: 51MH01. TentamensKod: Tentamensdatum: 12 april 2012 Tid:

Tillåtna hjälpmedel: Physics Handbook, Beta, kalkylator i fickformat, samt en egenhändigt skriven A4- sida med valfritt innehåll.

Ordinarie tentamen i Mekanik 2 (FFM521)

VSMA01 - Mekanik ERIK SERRANO

Tentamen i FEM för ingenjörstillämpningar (SE1025) den 1 juni 2011 kl

TENTAMEN I KURSEN DIMENSIONERING AV BYGGNADSKONSTRUKTIONER

Hållfasthetslära Lektion 2. Hookes lag Materialdata - Dragprov

2. Förklara vad en egenfrekvens är. English: Explain what en eigenfrequency is.

TME016 - Hållfasthetslära och maskinelement för Z, 7.5hp Period 3, 2007/08

TME016 - Hållfasthetslära och maskinelement för Z, 7.5hp Period 3, 2008/09

TENTAMEN I FÖRDJUPNINGSKURS I BYGGKONSTRUKTION

Mätning av vågutbredning i järnvägsräls

Tentamen i Balkteori, VSMN35, , kl

Material, form och kraft, F5

Projekt : Samverkan upplagstryck-5 mm spikningsplåt

Tentamen Mekanik MI, TMMI39, Ten 1

Föreläsning 10: Stela kroppens plana dynamik (kap 3.13, 4.1-8) Komihåg 9: e y e z. e z )

Tentamen i Balkteori, VSMF15, , kl

Material, form och kraft, F9

TENTAMEN I FÖRDJUPNINGSKURS I BYGGKONSTRUKTION

Övning 1 FEM för Ingenjörstillämpningar Rickard Shen

LÖSNING

1.6 Castiglianos 2:a Sats och Minsta Arbetets Princip

Biomekanik Belastningsanalys

TENTAMEN I FÖRDJUPNINGSKURS I BYGGKONSTRUKTION

TentamensKod: Tentamensdatum: 16 januari 2018 Tid: Hjälpmedel:

Manual för ett litet FEM-program i Matlab

Transkript:

Tekniska Högskolan i Linköping, IKP /Tore Dahlberg LÖSNINGAR TENTAMEN i Hållfasthetslära - Dimensioneringmetoder, TMHL09, 060601 kl -12 DEL 1 - (Teoridel utan hjälpmedel) 1. Spänningarna i en punkt i ett material har beräknats till σ x = 100 MPa, σ y = 100 MPa och τ xy = 100 MPa och övriga spänningskomponenter är noll. Hur stora är huvudspänningarna i punkten? Mohrs spänningscirkel kommer att hamna med centrum i origo och radien R blir R = 100 2 = 141 MPa. Huvudspänningarna blir därmed σ 1,2 = ± 141 MPa i planet. Den tredje huvudspänningen (vinkelrätt mot dessa två) är noll. 2. Ge Hookes lag, inklusive temperaturterm, vid allmänt tre-axligt spänningstillstånd. Ange vad de storheter du använder betyder och ange dessa storheters enhet (dimension) i SI-enheter. Hookes lag lyder ε x = 1 E {σ ν(σ +σ x y z )} + α T ε y = 1 E {σ ν(σ +σ y z x )} + α T ε z = 1 E {σ ν(σ +σ z x y )} + α T γ xy = τ xy G γ yz = τ yz G och γ = τ zx zx G där ε är normaltöjning (i respektive riktning x, y, z), E är materialets elasticitetsmodul (N/m 2, en materialparameter), ν (-) är tvärkontraktionstalet (en materialparameter), α är längd- (tempeperatur-)utvidgningskoefficienten (1/ o C, en materialparameter), T är temperaturändringen ( o C), γ är skjuvtöjningen (dimensionslös vinkel, d v s radianer), τ är skjuvspänning (N/m 2 ) och G är materialets skjuvmodul (N/m 2, en materialparameter) (och ingen temperaturterm vid skjuvning). 7

TENTAMEN i Hållfasthetslära, TMHL09, 060601 kl -12 DEL 1 - (Teoridel utan hjälpmedel) 3. Definiera (a) plant spänningstillstånd, respektive (b) plant töjningstillstånd. (c) Ange en karakteristisk skillnad mellan de två. (a) plant spänningstillstånd: tre spänningskomponenter (t ex σ x, σ y och τ xy ) ligger i ett plan medan alla övriga spänningkomponenter är noll (t ex σ z, τ yz och τ xz är noll). (b) plant töjningstillstånd: tre spänningskomponenter (t ex σ x, σ y och τ xy ) ligger i ett plan medan töjningen vinkelrätt mot planet är noll (eller möjligen konstant). (c) Skillnaden mellan de två är alltså att i fallet plan spänning (t ex i xy-planet) får man en töjning (p g a tvärkontraktion) i z-led, medan denna töjning (i z-led) förhindras vid plan töjning, och man får då istället en normalspänning i z-led. Alltså, sammanfattat: σ z = 0 och ε z 0 vid plan spänning, medan σ z 0 och ε z = 0 (eller konstant) vid plan töjning. 4. Vid analys av 2D elasticitetsproblem med hjälp av Finit elementmetod så brukar man, utgående från beräkningsmodellens grundekvationer, börja det matematiska manipuleringsarbetet med att eliminera vissa variabler och behålla andra. Vilka är de variabler (obekanta storheter) som man behåller och sedan approximerar genom att dela in området i finita element? Man behåller förskjutningarna.

TENTAMEN i Hållfasthetslära, TMHL09, 060601 kl -12 5. Man önskar undersöka hur stor inverkan en q 0 axialkraft (i tryck) har på en balks utböjning. P P Studera därför fallet enligt figur, med en fritt L, EI upplagd balk (L, EI) som belastas med en z x konstant kraft q 0 per längdenhet och en axialkraft P. (a) Teckna den differentialekvation som bestämmer balkens utböjning. (b) Teckna lösningen till differentialekvationen (glöm ej partikulärlösningen). (c) Ange randvillkoren. (d) Bestäm det ekvationssystem varur (integrations-)konstanterna i lösningen erhållen ovan kan lösas. OSB! Ekvationssystem behöver inte lösas. (e) Beskriv hur du, då konstanterna är kända, tänker dig den fortsatta lösningen av problemet. (a) Differentialekvation (enligt läroboken, sid 224) lyder EIw IV (x)+pw (x)=q 0 (b) En partikulärlösning till denna ekvation är Den homogena lösningen blir (läroboken sid 224) w part (x)= q 0 x 2 2P (a) w hom (x)=c 1 + C 2 px + C 3 sin px + C 4 cos px där p = P EI Den kompletta lösningen blir således w(x)= q 0 x 2 2P + C 1 + C 2 px + C 3 sin px + C 4 cos px där p = P EI (c) Randvillkor RV1: w(0) = 0 RV2: M(0) = 0 ger (-EI)w (0) = 0 RV3: w(l) =0 RV4: M(L) = 0 ger (-EI)w (L) =0 (b) 9

(d) Dessa RV ger ekvationerna w(0)=0 + C 1 + C 2 0 + C 3 0 + C 4 1 = 0 w (0)= q 0 P + 0 + 0 p 2 C 3 0 p 2 C 4 1 = 0 w(l)= q 0 L 2 2P + C + C pl + C sin pl + C 1 2 3 4 cos pl = 0 w (L)= q 0 P + 0 + 0 p 2 C 3 sin pl p 2 C 4 cos pl = 0 Härur löses konstanterna C 1 till C 4, och med dessa konstater införda i lösningen (b) ovan erhålls utböjningen w(x) som funktion av både q 0 och P. (e) Konstanterna C 1 till C 4 förs in i lösningen (b) ovan. Den utböjning man erhåller jämförs med den utböjning man får utan axialkraft (där lösningen utan axialkraft finns som elementarfall). 10

TENTAMEN i Hållfasthetslära, TMHL09, 060601 kl -12 6. En tunn jämntjock massiv cirkulär skiva (radie R, densitet ρ) är monterad i en stel kropp skiva (ett stelt rör), se figur. Skivan passar exakt i R röret vid monteringen. Efter montering roteras rör anordningen med vinkelhastigheten ω. Bestäm det kontakttryck som uppkommer mellan skivan och röret på grund av rotationen. Materialet i skivan är linjärt elastiskt med parametrar E och ν. Skivans deformation på grund av rotationen kan tecknas (enligt boken eller formelsamling) u(r)= 1 ν 1 +νb Ar+ E E r 1 ν2 E ρω2 r 3 Inget centrumhål i skivan ger att u(0) = 0, vilket ger att konstanten B är noll, d v s B =0. Randvillkor på ytterranden är u(r) = 0 (på grund av att röret är stelt), vilket ger som ger Spänningen σ r (r) blir u(r)= 1 ν E σ r (r) =A 3 +ν Kontakttrycket p mellan skiva och rör blir 1 ν2 AR E ρω2 R 3 = 0 A = 1 +ν ρω 2 r 2 = 1 +ν ρω 2 R 2 = ρω2 {(1 +ν)r 2 (3 +ν)r 2 } ρω 2 R 2 3 +ν p = ρω2 {(1 +ν)r 2 (3 +ν)r 2 }= ρω2 R 2 4 ρω 2 r 2 11

TENTAMEN i Hållfasthetslära, TMHL09, 060601 kl -12 Spänning i MPa 300 200 100 tid 7. En konstruktionsdetalj utsätts för upprepade sekvenser av en belastning enligt figur. Vid belastning med konstant amplitud och för olika R-värden (R = σ min /σ max ) med i övrigt lika förhållanden har man funnit ett S-N-samband (spänings-livslängdssamband, d v s en Wöhler-kurva) enligt sambandet σ a = 500 (1 R) N 0,14 där σ a är amplituden i MPa. Använd rain-flow-count metoden ("regndroppsmetoden") för att bestänna antalet cykler i sekvensen (amplitud och medelvärde) och bestäm hur många sekvenser detaljen kan tänkas överleva innan utmattning inträffar. Då amplitud och R-värde är kända erhålls livslängden N (för givet σ a och R) ur sambandet N = 0, 14 σ a 500 (1 R) Rain-flow count ger antal cykler per sekvens. Man får (spänningar i MPa) Antal σ min σ max σ medel σ a R N 1 0 300 150 150 0 5431 1 200 300 250 50 2/3 5431 1 100 200 150 50 0,50 9 320 1 0 100 50 50 0 13 900 000 Delskadan D av en sekvens blir D = 1 5431 + 1 5431 + 1 9 320 + 1 13 900 000 = 1 2642 Förväntat antal sekvenser till utmattningsbrott blir därmed ca 2600. (Man noterar att de två första cyklerna bidrar mest till delskadan. Den sista cykeln kan försummas helt.) 1 12

TENTAMEN i Hållfasthetslära, TMHL09, 060601, kl -12 A a B stel bom C Inför (b) i (a). Det ger a E D E A a B stel bom a D S1 S2 P P. En stel bom (2a lång) har monteras horisontellt med hjälp av två stänger BC och DE () enligt figur. Bommen belastas med en kraft P i ytteränden. (a) Använd Castiglianos sats för att bestämma ytterändens förskjutning δ på grund av lasten. (b) Bestäm också de spänningar som uppkommer i stängerna. (a) Frilägg strukturen och för in stångkrafterna S 1 och S 2. Problemet är statiskt obestämt. Välj kraften S 2 som övertalig och teckna upplagrad energi i strukturen (d v s i de två stängerna). Man får U = S 2 i L i = S 1 + S 2 2 L 2 L (a) Inför S 1 uttryckt i S 2 och P. Momentjämvikt ger S 1 a + P 2a S 2 2a = 0 som ger S 1 = 2(S 2 P) (b) U = 4(S 2 P) 2 L + S 2 2 L Men förskjutningen vid stångens infästning E är noll. Castiglianos sats ger δ E = 0 = U = 4 2(S 2 P) L + 2S 2 L (d) S 2 varur löses S 2 = 4P / 5 Förskjutningen δ vid kraften P kan nu bestämmas. Man får δ= U P = U ds 2 S 2 dp + du dp = 0 + du dp = 4 2(S 2 P)( 1) L (e) som med S 2 insatt ger δ= 4PL (f) 5EA (b) Spänningarna blir σ 2 = S 2 / A = 4P / 5A och σ 1 = 2(S 2 P)/A = 2P / 5A. (c) 13