Lösningar/svar till tentamen i MTM113 Kontinuumsmekanik Datum:

Relevanta dokument
Lösningar/svar till tentamen i MTM060 Kontinuumsmekanik Datum:

Lösningar/svar till tentamen i MTM113 Kontinuumsmekanik Datum:

Lösningar/svar till tentamen i MTM119/052 Hydromekanik Datum:

Lösningar/svar till tentamen i MTM119 Hydromekanik Datum:

Lösningar/svar till tentamen i F0031T Hydromekanik Datum:

Lösningar/svar till tentamen i MTM119 Hydromekanik Datum:

= 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

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

SF1646 Analys i flera variabler Tentamen 18 augusti 2011, Svar och lösningsförslag

Formelsamling i Hållfasthetslära för F

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

Tentamen i matematik. f(x) = ln(ln(x)),

x ( f u 2y + f v 2x) xy = 24 och C = f

6.3 Partikelns kinetik - Härledda lagar Ledningar

LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA MATEMATIK. LÖSNINGAR FLERDIMENSIONELL ANALYS, FMA kl 8 13

SF1626 Flervariabelanalys Bedömningskriterier till tentamen Tisdagen den 7 juni 2016

Tentamen: Lösningsförslag

= y(0) för vilka lim y(t) är ändligt.

Biomekanik, 5 poäng Jämviktslära

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Lösningsförslag, preliminär version 0.1, 23 januari 2018

v0.2, Högskolan i Skövde Tentamen i matematik

Matrismetod för analys av stångbärverk

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

x (t) = 2 1 u = Beräkna riktnings derivatan av f i punkten a i riktningen u, dvs.

har ekvation (2, 3, 4) (x 1, y 1, z 1) = 0, eller 2x + 3y + 4z = 9. b) Vi söker P 1 = F (1, 1, 1) + F (1, 1, 1) (x 1, y 1, z 1) = 2x + 3y + 4z.

Kap 5.7, Beräkning av plana areor, rotationsvolymer, rotationsareor, båglängder.

Tentamen Modellering och simulering inom fältteori, 21 oktober, 2006

Lösningsskiss för tentamen Vektorfält och klassisk fysik (FFM232)

f(x, y) = ln(x 2 + y 2 ) f(x, y, z) = (x 2 + yz, y 2 x ln x) 3. Beräkna en vektor som är tangent med skärningskurvan till de två cylindrarna

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Torsdagen den 18 augusti 2016

y + 1 y + x 1 = 2x 1 z 1 dy = ln z 1 = x 2 + c z 1 = e x2 +c z 1 = Ce x2 z = Ce x Bestäm den allmänna lösningen till differentialekvationen

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Måndagen den 16 mars 2015

dy dx = ex 2y 2x e y.

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

Tentamen i Matematisk analys, HF1905 exempel 1 Datum: xxxxxx Skrivtid: 4 timmar Examinator: Armin Halilovic

Tillämpad biomekanik, 5 poäng Övningsuppgifter

Linjen P Q tangerar cirkeln i P och enligt en sats i geometrin är OP vinkelrät. tan u = OP. tan(180 v) = RS. cos v = sin v = tan v, tan v = RS.

4.6 Stelkroppsrörelse i balk

Lösningar till Matematisk analys

Institutionen för matematik SF1626 Flervariabelanalys. Lösningsförslag till tentamen Måndagen den 5 juni 2017 DEL A

Tentamen Mekanik F del 2 (FFM521 och 520)

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

TFYA16: Tenta Svar och anvisningar

Tentamen Modellering och simulering inom fältteori, 8 januari, 2007

Tentamen i Analys B för KB/TB (TATA09/TEN1) kl 8 13

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A. 1. En svängningsrörelse beskrivs av

Tentamensskrivning i Differentialekvationer I, SF1633(5B1206).

SF1661 Perspektiv på matematik Tentamen 24 oktober 2013 kl Svar och lösningsförslag. z 11. w 3. Lösning. De Moivres formel ger att

Tentamen i TATA43 Flervariabelanalys

1. Beräkna volymen av det område som begränsas av paraboloiden z = 4 x 2 y 2 och xy-planet. Lösning: Volymen erhålles som V = dxdydz.

TENTAMEN. Ten2, Matematik 1 Kurskod HF1903 Skrivtid 13:15-17:15 Fredagen 25 oktober 2013 Tentamen består av 4 sidor

Övningstenta: Lösningsförslag

Uppgift 1. (3p) a) Bestäm definitionsmängden till funktionen f ( x) c) Bestäm inversen till funktionen h ( x)

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

( ) = 2x + y + 2 cos( x + 2y) omkring punkten ( 0, 0), och använd sedan detta ( ).

Lösningsskiss för tentamen Vektorfält och klassisk fysik (FFM234 och FFM232)

} + t { z t -1 - z t (16-8)t t = 4. d dt. (5 + t) da dt. {(5 + t)a} = 4(5 + t) + A = 4(5 + t),

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

DIFFERENTIALEKVATIONER. INLEDNING OCH GRUNDBEGREPP

MA2001 Envariabelanalys 6 hp Mikael Hindgren Tisdagen den 9 januari Skrivtid:

9. Magnetisk energi Magnetisk energi för en isolerad krets

SVAR: Det är modell 1 som är rimlig för en avsvalningsprocess. Föremålets temperatur efter lång tid är 20 grader Celsius.

= e 2x. Integrering ger ye 2x = e 2x /2 + C, vilket kan skrivas y = 1/2 + Ce 2x. Här är C en godtycklig konstant.

u av funktionen u = u(x, y, z) = xyz i punkten M o = (x o, y o, z o ) = (1, 1, 1) i riktningen mot punkten M 1 = (x 1, y 1, z 1 ) = (2, 3, 1)

För startpopulationer lika med de stationära lösningarna kommer populationerna att förbli konstant.

SF1669 Matematisk och numerisk analys II Bedömningskriterier till tentamen Måndagen den 16 mars 2015

av envariabelfunktionen g(t) och flervariabelfunktionen t = h(x, y) = x 2 + e y.)

Dubbelintegraler och volymberäkning

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

Högskolan i Skövde (SK, JS) Svensk version Tentamen i matematik Lösningsförslag till del I

= 0. Båda skärningsvinklarna är således π/2 (ortogonala riktningsvektorer).

9. Magnetisk energi Magnetisk energi för en isolerad krets

undanträngda luften vilket motsvarar Flyft kraft skall först användas för att lyfta samma volym helium samt ballongens tyngd.

Tentamen i Matematik 1 DD-DP08

MMA127 Differential och integralkalkyl II

2x+y z 5 = 0. e x e y e z = 4 e y +4 e z +8 e x + e z = (8,4,5) n 3 = n 1 n 2 =

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Lösningsförslag till tentamen Torsdag augusti 16, 2018 DEL A

1.15 Uppgifter UPPGIFTER 21. Uppgift 1.1 a) Visa att transformationen x i = a ikx k med. (a ik ) =

Tentamen i matematik. f(x) = 1 + e x.

SF1658 Trigonometri och funktioner Lösningsförslag till tentamen den 19 oktober 2009

OMTENTAMEN I VEKTORANALYS SI1146 och SI1140 Del 1, VT18

= = i K = 0, K =

Föreläsning 14: Exempel på randvärdesproblem. LU-faktorisering för att lösa linjära ekvationssystem.

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

Tentamen Mekanik MI, TMMI39, Ten 1

Övningstenta Svar och anvisningar. Uppgift 1. a) Hastigheten v(t) får vi genom att integrera: v(t) = a(t)dt

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

TMV036 Analys och linjär algebra K Kf Bt, del C

Räta linjer i 3D-rummet: Låt L vara den räta linjen genom som är parallell med

1. Bestäm definitionsmängden och värdemängden till funktionen f(x,y) = 1 2x 2 3y 2. Skissera definitionsmängden, nivålinjerna och grafen till f.

Tentamen SF1633, Differentialekvationer I, den 23 oktober 2017 kl

DIFFERENTIALEKVATIONER. INLEDNING OCH GRUNDBEGREPP

Lösningar till tentamen i Matematik II, 5B1116, 5B1136 för Bio. E,I,K,ME, Media och OPEN, tisdagen den 13 april 2004.

Tentamen i tmv036c och tmv035c, Analys och linjär algebra C för K, Kf och Bt A =, = det(a λi) = e 2t + c 2. x(t) = c 1. = c 1.

Tentamen Mekanik MI, TMMI39, Ten 1

MATEMATIKPROV, LÅNG LÄROKURS BESKRIVNING AV GODA SVAR

Institutionen för matematik KTH. Tentamensskrivning, , kl B1210 och 5B1230 Matematik IV, för B, M, och I.

Transkript:

Lösningar/svar till tentamen i MTM113 Kontinuumsmekanik Datum: 2004-08-21 Observera att lösningarna inte alltid är av tentamenslösningskvalitet. De skulle inte ge full poäng vid tentamen. Motiveringar kan saknas eller vara bristfälliga. De är också i vissa fall för kompakt skrivna. Detta för att spara kopieringskostnad. Uppgift 1 F A 0 0 a) 0 0 0 0 0 0 b) b) i) och ii) ökar, övriga minskar F EA c) Förenkla i) δ in δ rs W in = [i = n]= δ rsw nn ii) δ rj δ nn W jm = [j = r]=3w rm 0 0 EA 0 νf 0 EA 0 0 νf iii) δ jk δ ij b k = [j = k]= δ ik b k = [k = i] = b k iv) δ ij δ ji b k = [i = j]= δ ii b k = 3b k 1

Uppgift 2 Elastiska linjens ekvation q = dt d x = d2 M = d2 EI d2 w d x 2 d x 2 d x 2 Här är EI = konstant samt q= -Q/L Randvillkor x=0; w=0 och dw/dx=0 x=l; w=0 och M=0 Här fås elastiska linjens ekvation Q L = dt d x = d2 M = EI d4 w d x 2 d x 4 Integrering ger Q L x + A = T = d M d x = EI d3 w d x 3 och Q x 2 2L + Ax + B = M = EI d2 w d x 2 Randvillkor då x=l ger Q L2 2L + AL + B = 0 vilket ger B = Q L 2 AL Q = total last E, I L Vilket ger elastiska linjens ekvation Q L 2 x 2 2L + A(x L) = EI d2 w d x 2 Integrering ger Q Lx 2 x 3 2 3 L + A x 2 2 Lx + C = EI d w d x Randvillkor då x=0 ger C=0 Integrering ger Q Lx 2 2 2 x 4 2 3 4 L + A x 3 2 3 Lx 2 2 + D = EIw Randvillkor då x=0 ger D=0 Randvillkor då x=l ger QL 3 1 2 2 1 + AL 3 1 2 3 4 2 3 1 = 0 2 + A( 4 12) = 0 Q 6 1 vilket ger A A = 5 8 Q vilket ger w = Q Lx 2 EI 4 x 4 24L + 5 x 3 8 6 Lx 2 2 = Q EI x 4 24L + 5x 3 8 6 Lx 2 16 i mitten av balken fås w = QL3 1 EI 24 16 + 5 8 6 8 1 = 16 4 QL 3 EI 4 24 16 1 = QL3 2 16 4 EI 12 16 3 3 16 4 Resultat: Balkens böjs ned QL 3 192EI 2

Uppgift 3 Då ytan är obelastad är en av huvudspänningsriktningarna är vinkelrät mot ytan. Huvudspännings- och huvudtöjningsriktningar är lika. Känt är ϕ =0 ε OA =-0,0005, och ϕ =120 ε OB =+0,0005, och ϕ =-120 ε OC =+0,0003 där ϕ är vinkeln mellan n och x 1 -axeln. a) Sökt är ε 11, ε 22 och ε 12. Alt 1: Formler för Mohrs cirkel kan användas. ε n = ε 11 cos 2 ϕ + 2ε 12 cosϕ sinϕ + ε 22 sin 2 ϕ Alt2: Normaltöjningen i riktning, n, ges av ε n = n i ε ij n j Töjningstensorn är symmetrisk ε 12 = ε 21 cosϕ Här ligger alla normalvektorer i x 1 - x 2 -planet och kan skrivas som n = sinϕ. 0 Normaltöjningen i riktning, n, ges av ε n = ε 11 cos 2 ϕ + 2ε 12 cosϕ sinϕ + ε 22 sin 2 ϕ a) Här fås ekvationssystemet ε OA = ε 11 ε OB = ε 11 cos 2 120 + 2ε 12 cos120 sin120 + ε 22 sin 2 120 ε OC = ε 11 cos 2 120 2ε 12 cos120 sin120 + ε 22 sin 2 120 Utnyttja att sin120 = 3 2 och cos120 = 1 vilket ger 2 ε OA = ε 11 ε OB = 1 4 ε 11 2 3 4 ε 12 + 3 4 ε 22 (2) ε OC = 1 4 ε 11 + 2 3 4 ε 12 + 3 4 ε 22 (3) ekv (2)+(3) med ekv (1) ger ε OB + ε OC = 2 4 ε OA + 2 3 4 ε 22 eller ε OB + ε OC = 1 2 ε OA + 3 2 ε 22 vilket ger ε 22 = 2 3 ε OB + ε OC 1 2 ε OA vilket ger ε 12 = 2 1 3 4 ε 11 + 3 4 ε 22 ε OB vilket ger ε 11 = -0,0005, ε 22 =0,0007, ε 12 =-0,00012 b) Alt 1: Huvudtöjningarna i ytans plan bestäms med hjälp av Mohrs cirkel. (1) 3

ε Cirkelns medelpunkt ges av ε 11 + ε 22 m= = ε 1 + ε 2 2 2 1/ 2 cirkelns radie ges av R = ε xx ε 2 yy 2 2 + ε xy = ε 1 ε 2 2 vilket ger ε 1 = ε m + R och ε 2 = ε m R Numeriskt fås R = 6,11 10 4 ε m =1 10 4 ε 1 = 7,11 10 4 ε 2 = 5,11 10 4 Alt 2: Huvudvärden ges av det(ε ij ε δ ij ) = 0. Här fås då ε 13 =ε 32 =0. Detta ger ekv. ε 11 ε ε 11 ε ε 12 0 ε 21 ε 22 ε 0 0 0 ε 33 ε = 0 ( ε 22 ε) ( ε 33 ε) ε 2 12 ( ε 33 ε) = 0 + ε 11 ε 22 ε 2 12 = 0 En lösning är (ej efterfrågad här) ε = ε 33 Detta ger ε 2 ε ε 11 + ε 22 Lösning se ovan. c) Huvudriktningar Alt 1: Se figuren 2ϕ =180 + 2β där är ϕ vinkeln mellan x 1 riktningen och den första huvudriktningen. Detta ger ϕ = 90 + β. Vinkeln β ges av sin2β = ε 12 R. Numeriskt fås 2β =10,9, β = 5,44, ϕ = 95,4 Den andra huvudriktningen är vinkelrät mot detta. Den tredje huvudriktningen är vinkelrät mot ytan. Alt 2: Beräkningar redovisas inte. Resultatet brukar ges i vektorform. Här fås 0,095 0,995 α 1 = 0,995 och α 2 = 0,095 0 0 Resultat: a) Töjningstensorns komposanter är ε 11 =0,0005, ε 12 =ε 21 =-0,0007, ε 22 =-0,00012 b) Huvudvärdena är ε 1 = 0,00071 och ε 2 =-0,00051 c) Vinklarna mellan x 1 riktningen och huvudriktningarna är 95,4 och 5,44. 4

Uppgift 4 a) Randvillkoren för fall I är då r=0 är u begränsad samt då r=a är u=0 b) Randvillkoren för fall II är då r=b är u=u samt då r=a är u=0 c) Strömningen är inkompressibel, stationär, och viskös. Tyngdkraftens inverkan försummas. Symmetri ger att strömningen är oberoende av vinkel-koordinat. Rätlinjig strömning; endast strömning i x-riktning. Kontinuitetsekvationen; div v = 0 ger här u = 0. Slutsats u = u(r). x Naviers-Stokes ekvation (FS 6.10) med villkor enligt tidigare r - led : 0 = p (1) r x led: 0 = - 1 p ρ x + µ 2 u ρ r + 1 u (2) 2 r r Ekvation (1) ger att p inte beror av r. Ekvation (2) ger att dp/dx endast beror av r. Slutsats dp/dx= konstant. Givet i uppgift dp/dx=-g. Detta i ekvation (2) ger 2 u r + 1 u 2 r r = - G µ y Låt du/dr=y. Ekvationen blir då r + 1 r y = - G µ Detta är en första ordningens linjär differentialekvation. Lösning finns t.ex. i Beta kap 9.1. Lösningen kan skrivas y(r) = e F(r) e F(r) g(r)dr + C Här är f (r) = 1 r, g(r) = G µ, F(r) = ln r, ef(r) = e ln r = r, e F(r) g(r)dr = r G dr = Gr2 µ 2µ samt y(r) = e F(r) ( e F(r) g(r)dr + C)== 1 r Gr2 2µ + C = Gr 2µ + C r Fortsatt integration ger du u(r) = dr = ydr = Gr dr 2µ + C dr = 1 r r Gr2 4µ + C = Gr2 4µ + Clnr + D Randvillkoret u begränsad då r=0 ger C=0. Randvillkoret u=0 då r=a ger 0 = Ga2 4µ + D vilket ger D = Ga2 4µ och lösningen u(r) = G ( 4µ a2 r 2 ) Resultat: u(r) = G ( 4µ a2 r 2 ) 5

Uppgift 5 Träplankan flyter stabilt om metacentrum är ovanför kroppens masscentrum. Krav BM > BG FS 2.7 ger L3 BM = 12A 0 Här är L = a A 0 = ah Sökt är h. Friläggning BG = b 2 h 2 = b 2 ρ 1b 2ρ = b 2ρ ρ ρ 1 Insättning i stabilitetskravet ger a 2 ρ 12ρ 1 b > b ( 2ρ ρ ρ 1) a 2 b 2 > 6ρ 1 ρ 2 ρ ρ 1 Resultat a b > 6ρ 1 ρ ρ ρ 2 1 Jämvikt ger ΣF = 0; mg + F lyft = 0 Lyftkraften ges av Arkimedes princip F lyft = ρalhg Insättning i ovan ger ρ 1 albg ρalhg = 0 Förenkling ger h = ρ 1 b ρ A 0 = ρ 1 ab ρ BM = vilket ger och a3 ρ 12ρ 1 ab = a2 ρ 12ρ 1 b 6