A. Zaborski, Zginanie ze ciskaniem Zginanie ze ciskaniem Zaprojektowa przekrój prostok tny belki b× h = d× 2d, obci onej w rodku prz sła l = 4 m sił P = 20 kN i ciskanej sił N = 100 kN. Dane: R = 160 MPa, E = 200 GPa.

Rozwi zanie 1:

Napr enia normalne (wzory z wykładu lub podr cznika): M

tg

6

max

N

Pl

u

N

maxσ =

+

=

+

≤ ,

x

R

W

F

4 u 4 d 3 2 d 2

y

gdzie

π

l

3 N

0 0

. 0173

u

N

=

=

=

=

.

E

P

4

2

2

2 2 Ed

d

Rozwi zuj c numerycznie nierówno , otrzymujemy: d = 6.05 cm.

Sprawdzamy obliczenia: pole przekroju: F = 73.27 cm2, momenty bezwładno ci: Jy = 894.8 cm4, Jz = 223.7 cm4, wska nik wytrzymało ci Wy = 147.8 cm3, siła eulerowska (wzgl dem osi y i z): Pey = 1.1 MN, Pez = 276 kN (obie siły> N), maksymalne napr enia normalne: maxσ x = 160 MPa, strzałka ugi cia:

tgu −

f =

u

fo

= .

1 64 cm

3

u

maksymalny moment zginaj cy: M max = 21.64 kNm.

Rozwi zanie 2:

Inny sposób rozwi zania, metod kollokacji, polega na przyj ciu funkcji ugi cia w postaci: x

π

w( x) = a sin

,

l

spełniaj cej kinematyczne warunki brzegowe oraz za daniu zgodno ci rozwi zania aproksymowanego z rozwi zaniem cisłym w kilku dodatkowych punktach. Za damy zgodno ci w jednym dodatkowym przekroju: w rodku rozpi to ci belki. Jest wi c: π 2

x

π

π 2

π x

x

π

w''( x) = −

a sin

EJ

sin

=

+

,

2

2

0 ( )

sin

y

a

M x

Na

l

l

l

l

l

a po przekształceniach, dla x = l/ 2: Pl

12 Pl 3

1

12

1

a =

4

=

=

a

,

2

2

2

spr

π EJ

π 48 EJ

N

π

N

y

y

− N

1 −

1 −

2

P

P

l

E

E

oraz:

w l

( / 2) = f = a sinπ / 2 = a .

Podstawiaj c otrzymane wyra enia ponownie do wzoru na napr enia, otrzymujemy z rozwi zania numerycznego: d = 6.08 cm. Pozostałe wielko ci podobnie nieznacznie si ró ni od warto ci uzyskanych w poprzednim obliczeniu: pole przekroju: F = 73.94 cm2, momenty bezwładno ci: Jy = 911.3 cm4, Jz = 227.8 cm4, wska nik wytrzymało ci Wy = 149.9 cm3, siła eulerowska (wzgl dem osi y i z): Pey = 1.12 MN, Pez = 281 kN (obie siły> N), maksymalne napr enia normalne: maxσ x = 160 MPa, strzałka ugi cia: f = 1.95 cm maksymalny moment zginaj cy: M max = 21.95 kNm.