PRVI_DIO (Sadudin Hodžić)
Transcript of PRVI_DIO (Sadudin Hodžić)
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
Teoretske osnove za izradu zadataka u narednom poglavlju nalaze se u knjizi «Otpornost materijala sa teorijom elastičnosti», autora Dr sci. Sadudina Hodžića, redovnog profesora na Rudarsko-geološko-građevinskom fakultetu u Tuzli, na stanicama broj 20 do 24.
1
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
1. Prostorno stanje napona
Zadatak 1.1 Za prizmu prikazanu na slici 1. odrediti sile koje djeluju u pravcu osa (x,y,z), ako su poznate dilatacije u pravcu ovih osa (x,y,z). εy=0,718⋅εx εz=0,155⋅εx εx=0,000224 a=10cm E=21000kN/cm2 µ=0,33 εx=0,000224 εy=0,718⋅εx=0,718⋅0,000224=0,000161 εz=0,155⋅εx=0,155⋅0,000224=0,0000348
Slika 1. Određivanje napona u prizmi: εx⋅E=σx-µσy-µσz εy⋅E=σy-µσx-µσz εz⋅E=σz-µσx-µσy σx-µσy-µσz=εx⋅E σy-µσx-µσz=εy⋅E σz-µσx-µσy=εz⋅E
z
2a
a
a
Fx Fx
Fy
Fy
Fz
Fz
x
y
σx-µσy-µσz=0,000224⋅21000 σy-µσx-µσz=0,000161⋅21000 σz-µσx-µσy=0,0000348⋅21000 σx-µσy-µσz=4,7
2
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
σy-µσx-µσz=3,38 σz-µσx-µσy=0,73 σx-0,33σy-0,33σz=4,7 σy-0,33σx-0,33σz=3,38 σz-0,33σx-0,33σy=0,73 σx-0,33σy-0,33σz=4,7 -0,33σx +σy-0,33σz=3,38 -0,33σx-0,33σy+σz =0,73
6015,03267,00718,0109,0109,0109,00359,00359,0133,0
133,0
33,033,0
1
133,033,033,0133,033,033,01
133,033,033,0133,033,033,01
=−−−−−−−=
−
−
−−
−−−−−−
=−−
−−−−
=
D
D
985,524,0512,011,10368,00795,07,433,0
133,0
73,038,37,4
133,073,033,0138,333,033,07,4
133,073,033,0138,333,033,07,4
=+−+++=
−
−
−−−−
=−
−−−
=
x
x
D
D
2/95,96015,0985,5 cmkN
DDx
x ===σ
554,5368,024,055,124,0512,038,373,038,37,4
33,033,0
1
173,033,033,038,333,033,07,41
173,033,033,038,333,033,07,41
=−++++=
−−
−−−−
=−
−−−
=
y
y
D
D
2/2,96015,0554,5 cmkN
DDy
y ===σ
194,455,1115,10795,0511,0368,073,033,0
133,0
33,033,0
1
73,033,033,038,3133,07,433,01
73,033,033,038,3133,07,433,01
=++−++=
−
−
−−
−−−
−=
−−−
−=
z
z
D
D
3
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
2/97,66015,0194,4 cmkN
DDz
z ===σ
kNaFaa
F
kNaFaa
FkNaF
aaF
zz
zz
yy
yy
xx
xx
69710297,622
18401022,922
199010295,922
22
22
22
=⋅⋅=⋅=⋅
=
=⋅⋅=⋅=⋅
=
=⋅⋅=⋅=⋅
=
σ
σ
σ
σ
σ
σ
Zadatak 1.2 U nekoj tački napregnutog tijela imamo napone: σx=2kN/cm2; τxy=0; τxz=1kN/cm2; τyx=0; σy=2kN/cm2; τyz=1kN/cm2; τzx=1kN/cm2; τzy=1kN/cm2; σz=1kN/cm2. -Utvrditi o kakvom se stanju napona radi, tj. dokazati da li je naponsko stanje ravno ili je prostorno. -Odrediti pravce i veličine glavnih napona. -Odrediti kosinuse pravaca glavnih napona. -Odrediti maksimalni napon smicanja. Formiramo tenzor napona:
=
111120102
S
Ako je veličina determinante matrice tenzora napona različita od nule, stanje napona je prostorno, a ako je jednaka nuli, radi se o ravnom naponskom stanju. Pored toga bar jedan od njenih minora mora biti različit od nule.
0
0220004112002
111120102
=
=−−−++==
D
D
4042002
1 =−==D
Dakle, vrijednost determinante je jednaka nuli, a jedan od minora je različit od nule. Prema tome u pitanju je ravno stanje napona.
4
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
Veličine glavnih napona σi (i=1,2,3), dobijamo rješavanjem sekularne jednačine karakteristične jednačine (*).
.....(*)....................0322
13 =−⋅+⋅− III iii σσσ
Ovdje su I1, I2 i I3, invarijante stanja napona.
21 5122cmkNI zyx =++=++= σσσ
4
2
2
2222
6110211222cmkNI
I zxyzxyxzzyyx
=−−−⋅+⋅+⋅=
−−−⋅+⋅+⋅= τττσσσσσσ
0001212122
2
3
2223
=+−⋅−⋅−⋅⋅=
⋅⋅⋅+⋅−⋅−⋅−⋅⋅=
I
I yzxzxyxyzzxyyzxzyx ττττστστσσσσ
Uvrštavanjem invarijanti u karakterističnu jednačinu, dobijamo:
22
21
2
2,1
2
23
224
326
21
256
25
25
065
1065
cmkN
cmkN
ii
iiii
==
==
±=−
±=
=+⋅−
⋅=⋅+⋅−
σ
σ
σ
σσ
σσσσ
03 =σ jer je u pitanju ravno naponsko stanje. Da bi našli kosinuse uglova koje glavni napon σi zatvara sa koordinatnim osama, postavljamo uvjet u vidu proporcije:
( )( ) ( )
( )
( )( )izzy
yziyi
zyzx
iyyx
izzx
yzyx
izzy
yziy
A
k
σσττσσ
ττσστ
γ
σστττβ
σσττσσ
α
−−
=
=−
=
−
=
−−
111 coscoscos
5
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
( )( )
222
1
iii
zyzx
iyyxi
izzx
yzyxi
CBAk
C
B
++±=
−=
−=
ττσστ
σστττ
Pošto je i=1,2,3, najpogodnije je da se račun predstavi tabelarno (nakon izračunavanja) za
23cmkN
=σ računamo Ai, Bi i Ci.
( )
( )
( )( )
111
320
1311
10
112311
132
1
1
1
−=−
=
−=−
=
=−=−
−=
C
B
A
22 2cmkN
=σ
( )
( )
( )( )
011
220
1211
10
1211
122
2
2
2
=−
=
−=−
=
−=−
−=
C
B
A
03 =σ ( )
( )
( )( )
211
020
1011
10
1011
102
3
3
3
−=−
=
−=−
=
=−
−=
C
B
A
6
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
Tabela 1. Kosinusi pravaca glavnih napona
i Ai Bi Ci 2iA 2
iB 2iC 222
iii CBA ++ cosαi cosβi cosγi 1 1 -1 -1 1 1 1 3
31
± 3
1±
31
±
2 -1 -1 0 1 1 0 2 2
1±
21
± 0
3 1 -1 -2 1 1 4 6 6
1±
61
± 6
2±
Maksimalni napon smicanja:
( ) ( ) 231max 5,10321
21
cmkN
=−⋅=−⋅= σστ
Stanje glavnih napona u posmatranoj tački, predstavljeno je Morovim krugovima.
Slika 2.
Uσ =1(kN/cm )=2cm2τ (kN/cm2)
σ (kN/cm2) σ3
σ1
τ max
σ2
Zadatak 1.3 U nekoj tački napregnutog tijela, date su komponente deformacije:
555
555
108110011050
105010021001−−−
−−−
⋅=⋅−=⋅=
⋅=⋅=⋅−=
,γ;,γ;,γ
;,ε;,ε;,ε
zxyzxy
zyx
Traži se: -Tenzor deformacija. -Veličine i pravci glavnih dilatacija. -Stanje glavnih dilatacija prikazati grafički preko Morovih krugova dilatacija.
7
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
Tenzor deformacija:
−−
−=
= −
5,05,09,05,0225,0
9,025,00,110
21
21
21
21
21
21
5
zzyzx
yzyyx
xzxyx
D
εγγ
γεγ
γγε
Karakteristična jednačina glasi:
*).........(....................0322
13 =−⋅+⋅− III iii εεε
I1, I2 i I3 su prva, druga i treća invarijanta stanja deformacija.
( )
( )44
141
2223
2222
1
zxyzxyxyzzxyzyxzyx
zxyzxyxzyzyx
zyx
I
I
I
γγγγεγεγεεεε
γγγεεεεεε
εεε
⋅⋅+⋅+⋅+⋅⋅−⋅⋅=
++⋅−⋅+⋅+⋅=
++=
Voditi računa da je po zakonu konjugovanosti:
xzzxzyyzyxxy γγγγγγ === ;;
( ) 551 105,1105,021 −− ⋅=⋅++−=I
( ) ( ) ( )
⋅+⋅−+⋅⋅−⋅⋅⋅−⋅⋅⋅+⋅⋅⋅−= −−−−−−−−− 252525555555
2 108,1101105,041101105,0102105,0102101I
102 106225,2 −⋅−=I
( ) ( ) ([ ]( )
)
4108,1101105,0
105,0105,0108,110210110141105,0102101
555
2552552555553
−−−
−−−−−−−−−
⋅⋅⋅−⋅⋅+
+⋅⋅⋅+⋅⋅⋅+⋅−⋅⋅−⋅−⋅⋅⋅⋅⋅−=I
151515153 10626,210225,0104012,1101 −−−− ⋅−=⋅−⋅−⋅−=I
Karakteristična jednačina glasi:
010626,2106225,2105,1 1510253 =⋅+⋅⋅−⋅⋅− −−−iii εεε
Za rješavanje prethodne sekularne jednačine trećeg stepena, slijede matematske upute.
8
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
Matematske osnove potrebne za rješavanje zadatka. Tabela 2. Tabela smijena
pr = p<0
032 ≤+ pq
3cosrq
=ϕ
3cos23
ϕ⋅⋅−= ry
−°⋅⋅=
360cos21
ϕry
+°⋅⋅=
360cos22
ϕry
Jednačina trećeg stepena u obliku:
03 =+⋅+⋅+⋅ dxcxbxa rješava se uvođenjem nove varijable:
abxy⋅
+=3
Zatim vršimo zamjenu:
32
2
2
23
3
333
32722
pqDa
bcap
ad
acb
abq
+=⋅−⋅⋅
=⋅
+⋅⋅
−⋅⋅
=⋅
Za diskriminantu D 0, postoje 3 realna rješenja. Kako za probleme rješavanja «karakteristične jednačine (*)» imamo uvijek takav slučaj, dalje rješavanje jednačine će se odvijati uz ovu predpostavku (D<0) i (p<0).
≤
Kada izračunamo y1; y2 i y3, vratimo se na «staru» varijablu: a
bxy⋅
+=3
, te za (y1), izračunamo
(x1), za (y2), izračunamo (x2) i za (y3), izračunamo (x3), i to su konačna rješenja.
15
10
5
23
3
10626,2106225,2
105,11
32722
−
−
−
⋅=
⋅−=
⋅−=
=
+⋅⋅
−⋅⋅
=⋅
dcba
ad
acb
abq
( ) ( ) ( )[ ]
( )15
1515
1510535
1053237,01006475,110626,231125,125,02
10626,23
106225,2105,127
105,122
−
−−
−−−−
⋅=
⋅=⋅+−−=⋅
⋅+⋅−⋅⋅−
−⋅−⋅
=⋅
q
Nova varijabla:
aby ii ⋅
+=3
ε
( ) ( )
1010
102510
2
2
10124167,13
103725,33
101175,103
105,1106225,233
33
−−
−−−
⋅−=⋅
−=
⋅−=
⋅−−⋅⋅−=
⋅−⋅⋅
=⋅
p
abcap
9
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
Diskriminanta:
0101372,11042064,1102834,0 30303032 <⋅−=⋅−⋅=+= −−−pqD Pošto je diskriminanta manja od nule, sekularna jednačina ima tri realna korjena:
510 10060267,110124167,1 −− ⋅=⋅== pr
°=
=⋅⋅
== −
−
47,63
44665,0101919176,1
1053237,0cos 15
15
3
ϕ
ϕrq
5533
553
104776,11035,19776,1
3
109776,1347,63cos10060267,12
3cos2
−−
−−
⋅−=⋅
+−=−=
⋅−=°
⋅⋅⋅−=⋅⋅−=
by
ry
ε
ϕ
55522
552
55511
551
10826,01035,110326,0
3
10326,0347,6360cos10060267,12
360cos2
101514,21035,11065145,1
3
1065145,1347,6360cos10060267,12
360cos2
−−−
−−
−−−
−−
⋅=⋅+⋅=−=
⋅=
°
+°⋅⋅⋅=
+°⋅⋅=
⋅=⋅+⋅=−=
⋅=
°
−°⋅⋅⋅=
−°⋅⋅=
by
ry
by
ry
ε
ϕ
ε
ϕ
Dakle, glavne dilatacije iznose: ε1=2,1514⋅10-5 ε2=0,826⋅10-5 ε3=-1,4776⋅10-5 Prethodna 3 rješenja su korijeni karakteristične (sekularne) jednačine. Određivanje kosinusa smijerova glavnih dilatacija:
( )
( )( )
−
−
−
=
izzyzx
yziyyx
xzxyix
D
εεγγ
γεεγ
γγεε
21
21
21
21
21
21
Minore Ai, Bi i Ci, određivat ćemo za i=1,2,3; tj. ε1, ε2 i ε3.
10
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
Za: ε1=2,1514⋅10-5 εx=-1,0⋅10-5→ zadato εy=2,0⋅10-5→ zadato εz=0,5⋅10-5→ zadato
( )( )
( ) 10251
1
1
1
10000202,0106514,15,0
5,01514,021
21
−− ⋅=⋅−−−−
=
−
−=
A
Azzy
yzy
εεγ
γεε
( )
( ) 10251
1
1
1003715,0106514,19,0
5,025,021
21
21
−− ⋅=⋅−−
=
−=
B
Bzzx
yzyx
εεγ
γγ
( )
( ) 10251
1
1
1001126,0105,09,0
1514,025,021
2121
−− ⋅=⋅−
−=
−=
C
Czyzx
yyx
γγ
εεγ
Pošto je:
1coscoscos
coscoscos
12
12
12
1
1
1
1
1
1
=++
===
γβα
γβα kCBA
0052,0cos03882,0
10000202,010cos
03882,010
03882,0101
01126,003715,0000202,0101
1
1
1010
11
10
1022210
21
21
21
=
⋅⋅=⋅=
=
⋅=
++⋅=
++=
−
−−
α
α Ak
k
k
CBAk
11
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
957,0cos03882,0
1003715,010cos
1
1010
11
=
⋅⋅=⋅=
−
β
β Bk
29,0cos03882,0
1001126,010cos
1
1010
11
=
⋅⋅=⋅=
−
γ
γ Ck
( )( )
( ) 10252
2
2
2
106327,010326,05,0
5,0174,121
21
−− ⋅−=⋅−−−
=
−
−=
A
Azzy
yzy
εεγ
γεε
( )
( ) 10252
2
2
103685,010326,09,0
5,025,021
21
21
−− ⋅=⋅−−
=
−=
B
Bzzx
yzyx
εεγ
γγ
( )
( ) 10252
2
2
101816,1105,09,0
174,125,021
2121
−− ⋅−=⋅−
=
−=
C
Czyzx
yyx
γγ
εεγ
( ) ( )
( )
455,0cos39,1
106327,010cos
39,110
39,1101
1816,13685,06327,010
1
1
2
1010
22
10
1022210
22
22
22
−=
⋅−⋅=⋅=
=
⋅=
−++−⋅=
++=
−
−−
α
α Ak
k
k
CBAk
12
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
265,0cos39,1
103685,010cos
2
1010
22
=
⋅⋅=⋅=
−
β
β Bk
( )
85,0cos03882,0
101816,110cos
2
1010
22
−=
⋅−⋅=⋅=
−
γ
γ Ck
( )( )
( ) 10253
3
3
3
1011273,7109776,15,0
5,04776,321
21
−− ⋅=⋅−
−=
−
−=
A
Azzy
yzy
εεγ
γεε
( )
( ) 10253
3
3
10944,0109776,19,0
5,025,021
21
21
−− ⋅=⋅−
=
−=
B
Bzzx
yzyx
εεγ
γγ
( )
( ) 10253
3
3
102548,3105,09,0
4776,325,021
2121
−− ⋅−=⋅−
=
−=
C
Czyzx
yyx
γγ
εεγ
( )
903,0cos8778,7
101127,710cos
8778,710
8778,7101
944,02548,31127,710
1
1
3
1010
33
10
1022210
23
23
23
=
⋅⋅=⋅=
=
⋅=
+−+⋅=
++=
−
−−
α
α Ak
k
k
CBAk
13
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
12,0cos8778,7
10944,010cos
3
1010
33
=
⋅⋅=⋅=
−
β
β Bk
( )
413,0cos8778,7
102548,310cos
3
1010
33
−=
⋅−⋅=⋅=
−
γ
γ Ck
Dakle uglovi koje zaklapaju pravci glavnih dilatacija sa koordinatnim osama su: α→sa osom (x); β→sa osom (y); γ→sa osom (z). ε1→ (α1; β1; γ1 ) ε2→ (α2; β2; γ2 ) ε3→ (α3; β3; γ3 ) Tabela 3. Tabelarni prikaz kosinusa smijerova i iαcos iβcos iγcos ε1
1 0,0052 0,957 0,29 2,1514⋅10-5
2 -0,455 0,265 -0,85 0,826⋅10-5 3 0,903 0,120 -0,413 -1,4776⋅10-5
Morov krug dilatacija
14
Slika 3.
Uε=1⋅10 =2cm -5
ε1
ε2 ε⋅10-5
½ ⋅γ⋅10
½⋅γ
max
-5
ε3
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
Zadatak 1.4 Stanje deformacije u nekoj tački kvadra, ima tenzor deformacije:
00005,000005,000009,000005,00002,0000025,0
00009,0000025,00001,0
−−
−=D
Elasične konstante materijala su: E=21000kN/cm2, µ=1/3. Napisati tenzor napona za istu tačku, i odrediti prvu invarijantu tenzora napona. Modul klizanja:
( ) ( )
( ) ( ) ( ) ( )[ ]
( ) ( ) ( ) ( )[ ]
( ) ( ) ( ) ( )[ ]
)6....(................................................................................
)5....(................................................................................
)4....(................................................................................
)3.......(....................1211
)2.......(....................1211
)1.......(....................1211
78772333,01
2100021 2
zxzx
yzyz
xyxy
yxzz
xzyy
zyxx
G
G
G
E
E
E
cmkNEG
γτ
γτ
γτ
εεµεµµµ
σ
εεµεµµµ
σ
εεµεµµµ
σ
µ
⋅=
⋅=
⋅=
+⋅+⋅−⋅−⋅+
=
+⋅+⋅−⋅−⋅+
=
+⋅+⋅−⋅−⋅+
=
=⋅+
=⋅+
=
15
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( )( ) ( )( ) ( )
( ) ( )( )( ) 0000335,000005,067,01
000134,00002,067,01000067,00001,067,01
000033,00002,00001,033,00000165,00001,000005,033,0
0000825,000005,00002,033,067,01
452,066,0133,01211
=⋅=⋅−
=⋅=⋅−−=−⋅=⋅−
=+−⋅=+⋅−=−⋅=+⋅
=+⋅=+⋅=−
=−⋅+=⋅−⋅+
z
y
x
yx
xz
zy
εµ
εµεµ
εεµεεµ
εεµµ
µµ
( ) ( )
[ ]
[ ]
[ ] 2
2
2
09,3000033,00000335,018,46460
459,50000165,0000134,018,46460
72,00000825,0000067,018,46460
18,46460452,0
21000211
cmkNcmkNcmkN
E
y
y
x
=−⋅=
=−⋅=
=+−⋅=
==−⋅+
σ
σ
σ
µµ
( )
2
2
2
41,100009,027877
788,000005,027877
394,0000025,027877
cmkN
cmkN
cmkN
zx
yz
xy
=⋅⋅=
−=−⋅⋅=
=⋅⋅=
τ
τ
τ
Tenzor napona:
2
09,3788,041,1788,0459,5394,041,1394,072,0
cmkNS
S
zzyzx
yzyyx
xzxyx
−−=
=στττστττσ
Prva invarijanta tenzora napona:
21 269,909,3459,572,0cmkNI zyxn =++=++= σσσ
16
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
17
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
Teoretske osnove za izradu zadataka u narednom poglavlju nalaze se u knjizi «Otpornost materijala sa teorijom elastičnosti», autora Dr sci. Sadudina Hodžića, redovnog profesora na Rudarsko-geološko-građevinskom fakultetu u Tuzli, na stanicama broj 9 do 20.
18
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
2. Dvoosno naponsko stanje
Zadatak 2.1 Kvadar prikazan na slici 4. opterećen je silama: Fx; Fy; FT. Odrediti normalne i napone smicanja u presjeku koji stoji pod uglom: ϕ=43,5o. Odrediti pravce i intenzitete glavnih napona. Analitički dobijene rezultate provjeriti preko Morovog naponskog kruga. a=10cm
a/2
FTFx
Fy
ϕ
y
z
Fy=100kN
Fx=333kN =100kN
a
2/3a
Slika 4.
Analitičko rješenje zadatka
22
1
22
3
502
10022
33,333
10033
22
cmaaaA
cmaaaA
===⋅=
===⋅=
2223
2221
2223
3100300300
3
100
2100200200
2
100
10100
10001000
3
333
cmkN
aaAF
cmkN
aaAF
cmkN
aaAF
Txy
yy
xx
=====
−=−
=−
=−
=−
=
=====
τ
σ
σ
19
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
Za pozitivan smičući napon:
( ) ( )
2222222 282,7100
2,7282,72899,0300052,02001000212001000
21
2sin2cos21
21
cmkN
aaaaaan
xyyxyxn
===⋅+
++
−=
+−++=
σ
ϕτϕσσσσσ
99,05,43cos2sin052,05,43cos2cos
==
==o
o
ϕ
ϕ
( ) ϕτϕσστ 2cos2sin21
xyyxnl +−−=
2222222 784,5100
4,5784,5786,15594052,030099,0200100021
cmkN
aaaaaanl −=−=−=+−=⋅+
+−=τ
o
o
yx
xy
arctg
tg
28,13;56,262
5,02
2
=
=
=+
=
α
α
σστ
α
22424
2
4
2
22,18,670400
26,134140030041200
21400
aaaaaaa±=±=
⋅+±=σ
221 78,10100
8,10708,1070cmkN
a===σ
222 708,2100
8,2708,270cmkN
a−=−=−=σ
20
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
21
Provjera preko Morovog kruga
Grafičko rješenje τ σ2=-2,7kN/cm2 σ1=10,7kN/cm2
Uσ=1kN/cm2=1cm
-σy=2kN/cm2 σx=10kN/cm2
(2)
(1)
τxy α=13,28o
ϕ σ -τxy
τnl=-5,8kN/cm2 (2)
σn=7,3kN/cm2
Slika 5. Zadatak 2.2 Tanka ploča (slika 6.) je zategnuta u pravcu ose x i u pravcu ose y. Glavna naponska osa (1), stoji pod uglom α=26,5°, u odnosu na osu (x). U nekom kosom presjeku ove ploče poznati su naponi: σn=13,9kN/cm2; τnl=-0,95kN/cm2. Takođe je poznat napon smicanja: τxy=4kN/cm2. Odrediti: -Glavne napone σ1 i σ2. -Ugao (ϕ), pod kojim stoji kosi presjek. -Napone u pravcu osa x i y (σx i σy). Izvršiti provjeru alternativnom metodom.
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
22
y σy
τyx
τxy
ϕ σx σx x
Slika 6. σy z
Grafičko rješenje Polupriječnik Morovog kruga može se izraziti i preko relacije: τxy/R=2sinα R=τxy/2sinα=4/0,798=5kN/cm2. AO =R Pošto su zadati: τnl i σn; nanesemo σn i na kraju iz tačke A/
nanesemo -τnl. Pošto smo izračunali «R», uzmemo u šestar dužinu «R», i iz tačke A presječemo osu σ. To je tačka «O» centar Morovog kruga, koji sada možemo nacrtati, a sa njega dobiti tražene veličine.
σ O
Uσ=1kN/1cm2=1cm
σn=13,9kN/cm2
σ1=14kN/cm2
σx=12kN/cm2
σy=6kN/cm2 σ2=4kN/cm2
τ nl
A
A/
β
-τxy
τ xy=
4kN
/cm
2
(2)
(1)
2αϕ=32o
α=26,5o
R
τ
Slika 7. Odgovor: σx=12kN/cm2; σy=6kN/cm2; σ1=14kN/cm2; σ2=4kN/cm2; ϕ=32o
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
Analitička provjera rješenja
24
327,125,26
22
cmkN
tg
tg
xy
o
yx
xy
=
==
−=
τ
αα
σστ
α
( )( )
).......(..........6327,18
42327,1
22
2 acmkN
tg
yx
yx
xyyx
==−
⋅=−⋅
=−⋅
σσ
σσ
τσσα
Pošto je: 295,0cmkN
nl −=τ
( )
)1....(..........2cos33,1317,02sin2cos21,412sin15,32cos21,42sin15,31
95,012cos42sin395,0
)1(2cos42sin395,0
2cos42sin62195,0
2cos2sin21
ϕϕϕϕϕϕ
ϕϕ
ϕϕ
ϕϕ
ϕτϕσστ
⋅+=⋅+=⋅⋅−⋅=
⋅⋅−⋅=
−⋅⋅+⋅−=−
⋅+⋅⋅−=−
⋅+⋅−−= xyyxnl
βαϕ =−
βτ
2sin=Rnl (vidi se na Morovom krugu)
°−=°−=
−=−
=
48,595,102arcsin
19,0595,02sin
ββ
β
°=+= 32αβϕ
44,02cos9,02sin
==
ϕϕ
9,0438,033,1317,02sin =⋅+=ϕ što zadovoljava jednačinu (1)
23
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
Iz jednačine (a) : yx σσ += 6
( ) ( )
( ) ( )
( ) yyy
yyyy
xyyxyxn
σσσ
σσσσ
ϕτϕσσσσσ
+=+++=++⋅+⋅=
⋅+⋅−+⋅+++⋅=
⋅+⋅−⋅++⋅=
9,76,33,136,33,126219,13
9,0444,06216
219,13
2sin2cos21
21
269,79,13cmkN
y =−=σ
Pošto je: 212666cmkN
yx =+=+= σσ
Dakle: σx=12kN/cm2; σy=6kN/cm2; ϕ=32o; što se u potpunosti slaže sa grafičkim rješenjem. Provjera glavnih napona:
( ) ( )
( ) ( ) 594461221612
21
421
21
222,1
222,1
±=⋅+−±+=
+−±+=
σ
τσσσσσ xyyxyx
;4;14 2221 cmkN
cmkN
== σσ
Dakle, i glavni naponi se u potpunosti slažu sa grafičkim rješenjem. Zadatak 2.3 Zadate su veličine glavnih napona: σ1=12,9kN/cm2; σ2=-4,9kN/cm2 i napona smicanja koji leži u kosoj ravnini pod uglom ϕ=30o. τnl=-4,9 kN/cm2 -Odrediti najpogodnijom metodom napone: σx, σy, τxy i σn. -Odrediti ugao (α) i odrediti ose (1) i (2) -Provjeriti drugom metodom tačnost rezultata dobijenih po prvoj metodi. Najpovoljnija metoda je grafička metoda, primjenom Morovog naponskog kruga. Očitane tražene veličine: σx=12kN/cm2; σy=-4kN/cm2; σn=11,4kN/cm2; τxy=4kN/cm2; α=13,35o
24
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
25
τ
Uσ=2kN/cm2=1cm
(1)
τ xy=
4kN
/cm
2
α=13,35° σ
τ nl=
-4,9
kN/c
m2
ϕ=30°
σn=11,4kN/cm2
σy=-4kN/cm2 σx=12kN/cm2
σ2=-4,9kN/cm2 σ1=12,9kN/cm2
(2)
Slika 8.
Analitička provjera
Unesene su očitane veličine: σx=12kN/cm2; σy=-4kN/cm2; τxy=4kN/cm2
( ) ( )
( ) ( ) 9,844441221412
21
421
21
222,1
222,1
±=⋅++±−=
+−±+=
σ
τσσσσσ xyyxyx
;9,49,84;9,129,84 2221 cmkN
cmkN
−=−==+= σσ
S obzirom da smo dobili zadate veličine za σ1 i σ2, dobijeni parametri grafičkom metodom su tačni.
( )
( ) 29,45,04866,041221
2cos2sin21
cmkN
nl
xyyxnl
−=⋅+⋅+−=
+−−=
τ
ϕτϕσστ
Iz prethodnog zaključujemo, da je i po drugoj provjeri tačan grafički način određenih, traženih veličina. Provjera očitanog ugla “α”
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
o
o
yx
xy
arctg
tg
3,136,262
5,0412
4222
=
=
=+⋅
=−
=
α
α
σστ
α
što se takođe slaže sa očitanom veličinom.
( ) ( )
( ) ( ) 246,11866,045,041221412
21
2sin2cos21
21
cmkN
n
xyyxyxn
=⋅+⋅+⋅+−⋅=
⋅+⋅−⋅++⋅=
σ
ϕτασσσσσ
Dakle, očitana veličina i izračunata veličina (σn) na bazi očitanja, identične su, pa je zaključak, da su sve tražene veličine, dobijene grafičkom metodom, tačne. Zadatak 2.4 Mjernim trakama postavljenim po pravcima (a), (b) i (c) na čeličnoj ploči (slika 9. ) ustanovljene su dilatacije: εa=0,00097 εb= 0,00103 εc=0 ,0011 Prema pravcima sila, očekuju se normalna naprezanja na zatezanje, a naprezanje na smicanje će takođe imati pozitivan predznak. Odrediti naprezanja u pravcu ose (x) σx, u pravcu ose (y) σy i naprezanje na smicanje τxy. takođe odrediti glavne napone, kao i njihov položaj. E=21000kN/cm2; G=7875kN/cm2
26
Slika 9.
θ1=17° θ2=22,5° θ3=45°
(c)
(b)
(a)
θ3
θ2
θ1
x
y
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
( )( )( ) )3..(..........2sin2cos2
)2..(..........2sin2cos2
)1..(..........2sin2cos2
33
22
11
θγθεεεεε
θγθεεεεε
θγθεεεεε
⋅+⋅−++=⋅
⋅+⋅−++=⋅
⋅+⋅−++=⋅
yxyxc
yxyxb
yxyxa
;00194,02 =⋅ aε ;00206,02 =⋅ bε ;0022,02 =⋅ cε
;0,02cos;707,02cos;829,02cos
3
2
1
===
θθθ
;0,12sin
;707,02sin;559,02sin
3
2
1
===
θθθ
γεε
γεεεε
γεεεε
++=
⋅+⋅−⋅++=
⋅+⋅−⋅++=
yx
yxyx
yxyx
0022,0
707,0707,0707,000206,0
559,0829,0829,000194,0
)3.....(........................................0022,0
)2.(..........707,0293,0707,100206,0
)1..(..........559,0171,0829,100194,0
γεε
γεε
γεε
++=
⋅+⋅+⋅=
⋅+⋅+⋅=
yx
yx
yx
Formiramo determinante i razvijemo ih po Sarusu, te određujemo dilatacije εx i εy, kao i ugao smicanja (klizanja) (γ).
138,01638,0293,1292,0954,0121,05359,01293,0171,0
1707,1829,1
111707,0293,0707,1559,0171,0829,1
111707,0293,0707,1559,0171,0829,1
−=−−−++=
==
D
D
000098,01293,0171,0
0022,000206,000194,0
110022,0707,0293,000206,0559,0171,000194,0
110022,0707,0293,000206,0559,0171,000194,0
−=
==
x
x
D
D
00071,0138,0
000098,0=
−−
==DDx
xε
27
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
28
00006,00022,0100206,0707,100194,0829,1
10022,01707,000206,0707,1559,000194,0829,1
10022,01707,000206,0707,1559,000194,0829,1
−=
==
y
y
D
D
00044,0138,0
00006,0=
−−
==DDy
yε
000139,011293,0707,1171,0829,1
0022,01100206,0293,0707,100194,0171,0829,1
0022,01100206,0293,0707,100194,0171,0829,1
−=
==
γ
γ
D
D
001,0138,0
000139,0=
−−
==DDyγ
Naponi:
( ) ( )
( ) ( )
2
222
222
87,7001,07875
89,1533,01
00071,033,000044,0210001
15,2033,01
00044,033,000071,0210001
cmkNG
cmkNEcmkNE
xy
xyy
yxx
=⋅=⋅=
=−
⋅+⋅=
−
⋅+=
=−
⋅+⋅=
−
⋅+=
γτ
µεµε
σ
µεµε
σ
Položaj glavnih osa napona:
0
0
42,3785,742
69,389,1515,20
87,7222
=
=
=−⋅
=−
=
α
α
σστ
α
arctg
tgyx
xy
( ) ( )
( ) ( ) 15,802,1887,7489,1515,202189,1515,20
21
421
21
222,1
222,1
±=⋅+−±+=
+−±+=
σ
τσσσσσ xyyxyx
;87,915,802,18;17,2615,802,18 2221 cmkN
cmkN
=−==+= σσ
;87,9;17,26 2min22max1 cmkN
cmkN
==== σσσσ
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
Zadatak 2.5 Odrediti prvu, drugu i treću invarijantu tenzora napona, napisati matricu (tenzor napona) za kvadar, opterećen kao na slici. a=10cm
FT
A3
A2 A1
Fx
Fy
y
z
Fy=50kN
=50kN Fx=100kN
3a
2a
0,75a
Slika 10.
2221
2222
2221
2251025,225,275,03
150105,15,1275,0
600106632
cmaaaA
cmaaaA
cmaaaA
=⋅==⋅=
=⋅==⋅=
=⋅==⋅=
Naponi:
2222
2223
2222
333,0100
3,333,335,150
222,0100
2,222,2225,2
50
667,0100
7,667,665,1
100
cmkN
aaAF
cmkN
aaAF
cmkN
aaAF
Txy
yy
xx
=====
−=−
=−
=−
=−
=
=====
τ
σ
σ
−=
−=
0000222,0333,00333,0667,0
000
02,223,33
03,337,66
22
22
aa
aaS
29
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
0;0;0;0 ==== zxyzxyz τττσ
22221
1
445,0100
5,445,442,227,66cmkN
aaaI
I yxzyx
===−=
+=++= σσσσσ
4
2
4
2
2222
22222
258964,010000
64,258964,25893,332,227,66cmkN
aaaaI
I xyyxzxyzxyxzzyyx
−=−
=−
=
−
−⋅=
−⋅=−−−⋅+⋅+⋅= τσστττσσσσσσ
02222
3 =⋅⋅⋅+⋅−⋅−⋅−⋅⋅= yzxzxyxyzzxyyzxzyxI ττττστστσσσσ
30
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
Teoretske osnove za izradu zadataka u narednom poglavlju nalaze se u knjizi «Otpornost materijala sa teorijom elastičnosti», autora Dr sci. Sadudina Hodžića, redovnog profesora na Rudarsko-geološko-građevinskom fakultetu u Tuzli, na stanicama broj 62 do 73.
31
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
3. Jednoosno naponsko stanje
Zadatak 3.1 Za štapni sistem prikazan na slici 11. odrediti sile u štapovima (1), (2) i (3). Poprečni presjeci štapova su: A1=2,075cm2; A2=5cm2; A3=2cm2. Takođe odrediti pomijeranje tačke (C), pod djelovanjem sile G=100kN. Štapovi su od čelika. Težinu štapova zanemariti. l2=200cm.
3 2 1
B A
C
G
35o 30o
l 3
l 2
l1
S3
S2
S1
y
321
BA
C
G=100kN
35o30o
x
Slika 11. Slika 12.
331
31
15,130sin35sin
035sin30sin
SSS
SSS
o
o
oox
⋅=⋅=
=⋅−⋅=Σ
0819,0866,0035cos30sin
0
321
321
=−⋅++⋅=−⋅++⋅
=Σ
GSSSGSSS
Soo
y
GSSGSSS
=+⋅=⋅++⋅⋅
23
323
81,1819,0866,015,1
C/
Slika 13.
∆l2
∆l3
S3
S2
S1
C
35o30o
x35o
23 552,025,55 SS ⋅−=
23
2
3
0
2
3
819,0
819,0
35cos
llllll
∆⋅=∆
=∆∆
=∆∆
2
222
3
333 ;
AElSl
AElSl
⋅⋅
=∆⋅⋅
=∆
32
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
ooo llll
l 35cos;
30cos;30cos 2
32
11
2 === l
( )
kNSS
SS
SSAE
lSAE
lSl o
37,6725,5582,0
268,0552,025,555
819,0819,02552,025,55
819,035cos
552,025,55
2
2
22
22
2
22
3
223
==⋅
⋅=⋅−
⋅=
⋅⋅−
⋅⋅⋅
=⋅
⋅⋅−=
∆
kNS 05,1837,67552,025,553 =⋅−= kNSS 76,2005,1815,115,1 31 =⋅=⋅=
omijeranje tačke ( C ):
-C/=∆l2
P C
cmll
lAEl
1282,0200000641,0000641,0521000
37,67
22
2
2
22
=⋅=⋅=∆⋅⋅
=⋅
Sl 2 ⋅=∆
adatak 3.2
a statički sistem prikazan na slici 15., odrediti dilatacije u štapovima
Z Z CA i CB , ako su isti od
g na eza :
z
Slika 14.
čelika. Štapove dimenzionirati na osnovu sila u štapovima i dozvoljeno pr nja na istezanjeσde=12kN/cm2. Štapovi su okruglog popriječnog presjeka. Greda A-B, čiju težinu treba anemariti, opterećena je silama F1=60kN i F2=30kN.
lA
B
C
l/2l/2
l
α
α=60o
1
2 l=2m
α
F2 F1
33
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
roz tačku (A) postavimo koordinatni sistem i postavimo uvjete ravnoteže:
prva dva uvjeta odredimo sile u štapovima (kao funkcije ugla ϕ), a iz trećeg odredimo ugao (ϕ).
Slika 15.
K
0;0;0 =Σ=Σ= Byx MFF Σ
IzUgao (ϕ) je ravnotežni ugao. Zatim izračunamo sile FA i FB, i izvršimo dimenzioniranje štapova. Kada su poznati popriječni presjeci štapova, određuje se njihova deformacija (∆li) i dilatacija (εi).
CBCA60cos
=°
==
F2
l
B
C
F1
l/2
l/2l60o
60o
2
ϕ
FB x
F1+F2=G=90kN
ml 45,0
2=
1 y
FA A
ϕ
( )( )
)3.(....................0cos23sin2
)2(........................................0cossin)1(........................................0sincos
21 =⋅⋅
⋅+−⋅⋅⋅=Σ
=⋅−⋅+=Σ=⋅−⋅−=Σ
ϕα
ϕαϕα
lFFlFM
GFFYGFFX
AB
BAi
BAi
jednačine (1): Iz
αϕ
cossin⋅
=−GFBA F
jednačine (2): Iz
αϕ
sincos⋅
=+GFBA F
34
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
αααϕαϕ
αααϕαϕ
αϕ
αϕ
αϕ
αϕ
αϕ
αϕ
αϕ
cossin2)coscossin(sin
cossincoscossinsin
sincos
cossin2
sincos
sincos
cossin
cossin
cossin
⋅⋅⋅+⋅⋅
=
⋅⋅⋅+⋅⋅
=⋅
+⋅
=⋅
−⋅
=
−⋅
=⋅
−
⋅−=
−⋅
=−
GF
GGGGF
FGF
FGGF
GFF
FGF
A
A
AB
AA
AB
AB
Matematske smjene:
( ) ( )[ ]
( ) ( )[ ]
( ) ( ) ( ) ( )[ ]
( ) ( )ϕαϕααϕαϕ
ϕαϕαϕαϕααϕαϕ
ϕαϕαϕαααα
ϕαϕααϕ
ϕαϕααϕ
−=−⋅=⋅+⋅
++−++−−⋅=⋅+⋅
⋅+⋅=−=⋅⋅
++−⋅=⋅
+−−⋅=⋅
coscos22coscossinsin
coscoscoscos21coscossinsin
sinsincoscos)cos(2sincossin2
coscos21coscos
coscos21sinsin
( )
αϕα
2sincos GFA
⋅−=
Analogijom slijedi:
( )αϕα
2sincos GFB
⋅+=
Uvrštavanjem (FA) u jednačini (3), slijedi:
( ) 0cos23sin2
2sincos
21 =⋅⋅
⋅+−⋅⋅⋅
−⋅ ϕαα
ϕα lFFlG
Zamjenom poznatih veličina slijedi:
35
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
( )( )
°==
=⋅+
⋅=⋅+⋅⋅+⋅=⋅+⋅=−
⋅=−
47,5096,0
583,0cossin866,05,0
cos583,0sin866,0cos5,0sin866,0cos5,0sinsincoscoscos
cos583,0cos
ϕϕ
ϕϕ
ϕϕϕϕϕϕαϕαϕα
ϕϕα
tg
( ) kNFA 3,60
866,02,52
120sin9047,560cos
==°
⋅°−°=
( ) kNFB 2,43
866,036,37
120sin9047,560cos
==°
⋅°+°=
Dimenzioniranje štapa (1)
21
1
025,512
3,60 cmFA
AF
d
A
Ad
===
=
σ
σ
cmd
dA
53,214,3025,54
4
1
21
1
=⋅
=
=π
Usvaja se d1=26mm. Dimenzioniranje štapa (2)
22
2
6,312
2,43 cmFA
AF
d
B
Bd
===
=
σ
σ
cmd
dA
14,214,3
6,344
2
22
2
=⋅
=
=π
Usvaja se d2=22mm.
cmCBCAll 40021 ====
36
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
Izduženje štapa (1):
cmAElFl A 216,0
3,5210004003,60
1
11 =
⋅⋅
=⋅⋅
=∆
2
2
1 3,54
6,2 cmA =⋅
=π
cmAElFl B 216,0
8,3210004002,43
2
22 =
⋅⋅
=⋅⋅
=∆
2
2
2 8,34
2,2 cmA =⋅
=π
4
1
121 104,5
400216,0 −⋅==
∆==
llεε
Zadatak 3.3 Zarubljena kupa prikazana na slici 16., opterećena je silom F=10000kN. Nacrtati dijagram napona po visini kupe, i odrediti zakonitost promjene napona po visini. Težinu kupe zanemariti.
r=20cm; R=40cm: h=100cm z
x
r
R
h
z
R
h
F
r
Slika 16. Slika 17.
37
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
38
( )
( )
( )
( )
z⋅=− 2,0
1002040
( )( )
)(126,0
14,304,
14,32,020
22
2
2
cmzz
z
z
⋅+
⋅⋅
⋅⋅+
zh
rRzx
zx
hrR
dzh
rRx
dzh
rRdx
⋅=−
⋅=
=−
⋅−
=
⋅−
=
∫
Tabela 4. Tabela izračunatog pritiska za z→0 do 100
z (cm)
A (cm2)
σp (kN/cm2)
0 1256 7,96 10 1520 6,6 20 1808 5,5 30 2123 4,7 40 2462 4,0 50 2826 3,54 60 3215 3,1 70 3630 2,75 80 4069 2,45 90 4534 2,2
100 5024 2,0
( )
12,251256
08202
2
A
zA
xrA
x
x
x
⋅+=
+⋅+=
=⋅+= π
Zakonitosti promjene napona:
π⋅
⋅
−
+= ∫2
0
dzh
rRrAz
x
⋅
⋅
−
+
==
∫22
0
cmkN
dzh
rRr
FAF
zx
x
π
σ Veličina (z) ima vrijednost od 0 do h.
Dijagram pritiska
Slika 18.
Fr
h
σmax
R
UL=10cm=1cm Uσ=2kN/cm =1cm 2
—
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
Zadatak 3.4 Stub od betona u obliku zarubljene kupe prikazane na slici 19., opterećen je silom F=40kN. zapreminska masa stuba: ρ=2,5t/m3. Stub se oslanja na čvrstu podlogu koja je od istog materijala kao i stub. Postaviti jednačinu za napon u proizvoljnom presjeku, a zatim nacrtati dijagram napona za čitav stub, po visini.
y
F
R1=20cm;R2=40cm
z
R2
h=8m
R1 F=40kN
R2
h=8m
R1
∆y
R
Slika 19. Slika 20.
zyRRzy
zy
zy
hRR
⋅+=∆+=⋅=∆
⋅
−
=∆
∆=
−
025,02,0025,0
82,04,0
1
12
( ) ( )
)(00196,00314,0126,014,3000625,001,004,014,3025,02,0
22
222
mzzAzzzRA
⋅+⋅+=
⋅⋅+⋅+=⋅⋅+=⋅= π
Težina štapa dužine (z)
22
1
22211
00098,00157,0126,02
00196,00314,0252,02
126,014,32,0
zzzzAAA
mRA
sr ⋅+⋅+=⋅+⋅+
=+
=
=⋅=⋅= π
39
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
Zapremina posmatranog dijela:
32 00098,00157,0126,0 zzzzAV sr ⋅+⋅+⋅=⋅= Težina:
32 024,038,01,35,2481,95,2
zzzGVVVgG
⋅+⋅+⋅=
⋅=⋅⋅=⋅⋅= ρ
Opća formula napona za bilo koju veličinu (z)
( )
⋅+⋅+⋅+⋅+⋅+
−=+
−= 22
32
00196,00314,0126,0024,038,01,340
mkN
zzzzz
AGF
pσ
Za dijagram napona, uzete su veličine za (z). z=0; 2; 4; 6; 7 i 8m, i izračunati su naponi koji su prikazani tabelarno i nacrtani na dijagramu napona. Tabela 5.
z (m) Ai (m2) (F+G) (kN) σi (kN/m2) 0 0,126 40 -317,46 2 0,197 47,9 -243,6 4 0,283 60 -211,7 6 0,385 77,5 -201,3 7 0,441 88,5 -200,68 8 0,5024 101,4 -202,0
R1 F=40kN σmax=-317,46kN/cm2
h=8m
UL=100cm=1cm
Uσ=100kN/cm =1cm 2 — R2 z Slika 21.
40
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
Teoretske osnove za izradu zadataka u narednom poglavlju nalaze se u knjizi «Otpornost materijala sa teorijom elastičnosti», autora Dr sci. Sadudina Hodžića, redovnog profesora na Rudarsko-geološko-građevinskom fakultetu u Tuzli, na stanicama broj 81 do 95.
41
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
4. Momenti inercije
Zadatak 4.1 Za lik prikazan na slici 22. odrediti glavne momente inercije, položaj glavnih osa inercije, glavne polupriječnike inercije i nacrtati elipsu inercije. Slika 22. Slika 23.
10
15cm
15
cm
60cm
20cm
30cm
x
y
X3=33,3
X2=25
A3
A2
A1
X1=13,3
y 3=5
5
y 2=3
0
y 1=5
Određivanje položaja težišta lika: Tabela 6. Br. Površina
(cm2) xi(cm) yi(cm) Sx
(cm3) Sy
(cm3) 1 150 13,3 5 750 1995 2 600 25 30 18000 15000 3 75 33,3 55 4125 2497,5 Σ 825 - - 22875 19492,5
Koordinate težišta:
cmAS
x
cmASy
yT
xT
6,23825
5,19492
7,27825
22875
==ΣΣ
=
==ΣΣ
=
42
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
Pošto je određen položaj težišta, određuju se momenti inercije za težišne ose.
4
223333
3191755589777293187593770846112327
3,27757,2215036
1520361510
37,2710
33,3210
cmI
I
x
x
=+++++=
⋅+⋅+⋅
+⋅
+⋅
+⋅
=
27,3
A2
/V
A2/
A2///
x
y
xT=23,6cm
A3
A2//
A1
32,3
cm
y T=2
7,7c
m
22,7
6,43,6
Slika 24.
4
223333
3289670571591333344165243933
7,9753,1015036
2015361015
34,660
36,360
cmI
I
y
y
=+++++=
⋅+⋅+⋅
+⋅
+⋅
+⋅
=
Napomena: Kada se traži (Ix), onda su za sopstvene momente inercije trokutova (1) i (3) baze paralelne osi (x);
tj. a1=20cm; a3=10cm. Za (Iy) a1=15cm; b3=15cm. 36
3haIxs⋅
=∆
Centrifugalni momenat inercije Svaku segmentarnu površinu: A1; A2
/; A2//; A2
///; A2/V i A3 množimo sa koordinatama težišta te
površine u odnosu na težište integralnog lika, vodeći računa o predznacima koodinata u pojedinim kvadrantima. A1=150cm2; A2
/=116,3 cm2; A2//=206,7 cm2;
A2///=99,7 cm2; A2
/V=177,3 cm2; A3=75 cm2;
Sopstveni centrifugalni momenat inercije pravouglog trokuta: 72
22 haIxys⋅
−=
43
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( )4
22
22
2,5529878585,248512505,350713381106825,3127,19860
85,132,33,17772
152085,138,17,99
7,223,1015015,168,13,11615,162,37,20672
15103,277,975
cmI
I
xy
xy
=−+−+−+−=
−⋅⋅+⋅
−−⋅−⋅+
+−⋅−⋅+⋅−⋅+⋅⋅+⋅
−⋅⋅=
Položaj glavnih osa inercije:
o
o
yx
xy
III
tg
5,10;12,212
386,032896319175
2,55298222
−=
−=
−=−
⋅−=
−−
=
α
α
α
Glavni momenti inercije:
( ) ( )
( ) ( )
153450176035
2,552984328963191752132896319175
21
421
21
2,1
222,1
222,1
±=
⋅+−⋅±+⋅=
⋅+−⋅±+⋅=
I
I
IIIIII xyyxyx
44
;22585;329485 4
24
1 cmIcmI ==
cmA
Ii
cmA
Ii
2,5825
22585
;20825
329485
22
11
==Σ
=
==Σ
=
Elipsa inercije:
Slika 25
0
(2)
(1)
i2 D
C
B
A
i 1
x
y
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
Zadatak 4.2 Za lik prikazan na slici 26. odrediti glavne momente inercije, položaj glavnih osa inercije, glavne polupriječnike inercije i nacrtati elipsu inercije. R=10cm Slika 26. Slika 27.
A3
y
A2
A4
3R
4R
xA1 R
R
3R
4R
Određujemo težište i zadati lik postavljamo u koordinatni sistem Tabela 7.
Ry 1
y/ 1 x
yBr. A(cm2) xi(cm) yi(cm) Sx
(cm3) Sy
(cm3) 1 157 10 5,8 910,6 1570 2 1200 10 40 48000 12000 3 600 35 60 36000 21000 4 157 54,2 60 9420 8509 Σ 2114 - - 94330 43079
Slika 28.
44
11
11,0;8
58,0;42,0
RIRI
RyRy
xy ⋅=⋅
=
⋅=⋅=′
π
Koodinate težišta:
RxilicmAS
x
RyilicmAS
y
Ty
T
Tx
T
⋅≅==Σ
Σ=
⋅≅==ΣΣ
=
220211443079
46,46,442114
94330
45
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
Za težišne ose x i y određujemo momente inercije:
( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( )
444
44444444
224
22
32
24
33
832000103,823,82
7,34,01426,2311,06,279,10
54,128
54,16
122388,3
211,0
346,32
354,22
cmRI
RRRRRRRRI
RRRRR
RRRRRRRRRI
x
x
x
=⋅=⋅=
⋅+⋅+⋅+⋅+⋅+⋅+⋅+⋅=
⋅⋅⋅
+⋅
+⋅⋅⋅+
+⋅⋅⋅
+⋅⋅⋅
+⋅+⋅⋅⋅
+⋅⋅⋅
=
ππ
π
TA2
A3 A4
3R
3,88
R x
y
2,54
R
1,54
R
3,42R
4,46
R
R
3,46
R
A1
Slika 29.
( ) ( ) ( )
444
444444
42
22
24
33
545000105,545,54
4,057,14,1811,0181682
42,32
11,0332
326
cmRI
RRRRRRI
RRRRRRRRRRI
y
y
y
=⋅=⋅=
⋅+⋅+⋅+⋅+⋅+⋅=
⋅+⋅
⋅+⋅⋅
⋅+⋅+
⋅⋅⋅+
⋅⋅⋅=
πππ
( ) ( ) ( )
444
44444
2
22
337000107,337,33
61245,63,886,13
88,32
73,1)(46,32
27,1)(254,242,354,12
5,154,16
cmRI
RRRRRI
RRRRRRR
RRRRRRRRRRI
xy
xy
xy
=⋅=⋅=
⋅+⋅+⋅−⋅+⋅=
⋅−⋅−⋅⋅
+⋅−⋅⋅⋅⋅⋅+
+⋅⋅−⋅⋅⋅⋅+⋅⋅⋅⋅⋅
+⋅⋅⋅⋅⋅=
π
π
46
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
Položaj glavnih osa simetrije:
o
o
o
yx
xy
arctg
RRR
III
tg
8,33;58,672
58,672
42,25,543,82
7,33222 44
4
−=
−=
−=
−=⋅−⋅
⋅⋅−=
−⋅−
=
α
α
α
α
Glavni momenti inercije:
( ) ( )
( ) ( ) ( )
( )
;319000109,319,31;1049000109,1049,104
5,364,680,732
5,543,822
7,3345,543,82215,543,82
21
421
21
4442
4441
4444
2,1
24244442,1
222,1
cmRIcmRI
RRRRI
RRRRRI
IIIIII xyyxyx
=⋅=⋅=
=⋅=⋅=
⋅±⋅=⋅±+⋅=
⋅⋅+⋅−⋅⋅±⋅+⋅⋅=
+−⋅±+⋅=
cm28,12
2114=
AIi
cmA
Ii
319000
;27,222114
1049000
22
11
=Σ
=
==Σ
=
Elipsa inercije: (2) i 2
α=-33,8° i1
(1)
Slika 30.
47
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
Zadatak 4.3 Za lik prikazan na slici31. odrediti glavne momente inercije, položaj glavnih osa inercije, glavne polupriječnike inercije i nacrtati elipsu inercije. δ=1cm
10δ 1
10δ
5
5δ10δ 10δ 15δ 5δ
2
25δ
10δ 3
4
5δ 10δ
Slika 31. Određivanje težišta lika: Tabela 8. Br. A(cm2) xi(cm) yi(cm) Sx (cm3) Sy (cm3) 1 250⋅δ2=250 12,5⋅δ=12,5 30⋅δ=30 7500⋅δ3=7500 3125⋅δ3=3125 2 75⋅δ2=75 12,5⋅δ=12,5 17,5⋅δ=17,5 1312,5⋅δ3=1312,5 937,5⋅δ3=937,5 3 100⋅δ2=100 10⋅δ=10 5⋅δ=5 500⋅δ3=500 1000⋅δ3=1000 4 25⋅δ2=25 3,33⋅δ=3,33 3,33⋅δ=3,33 83,25⋅δ3=83,25 83,25⋅δ3=83,25 5 25⋅δ2=25 26,67⋅δ=26,67 28,33⋅δ=28,33 708,25⋅δ3=708,25 666,75⋅δ3=666,75 Σ 475⋅δ2=475 - - 10104⋅δ3=10104 5812,5⋅δ3=5812,5
Koodinate težišta:
cmAS
x
cmAS
y
yT
xT
3,2113,213,21475
10104
2,1212,122,12475
5,5812
2
3
2
3
=⋅=⋅=⋅⋅
=Σ
Σ=
=⋅=⋅=⋅⋅
=ΣΣ
=
δδδ
δδδ
Momenat inercije za osu (x). Lik je podijeljen na 6 segmenata.
48
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
5δ
x
y
5
4
3
2
6
1 5δ
y T=
21,3δ
10δ
10δ
10δ
25δ
10δ 15δ 5δ
xT=12,2δ 2,8δ
Slika 32.
( )
( ) ( ) 4223
)2(
43
)1(
210067,825012
1025
4,843
7,35
δδδδδ
δδδ
⋅=⋅⋅⋅+⋅⋅⋅
=
⋅=⋅⋅⋅
=
I
I
( )
( ) ( )
( ) ( )
( ) ( )
444
444444
)6()5()4()3()2()1(
4223
)6(
4223
)5(
4223
)4(
43
)3(
6047316047360473
821213641370116106210064,84
821297,172536105
136472536105
137013,165012105
161063
3,215
cmI
I
IIIIIII
I
I
I
I
x
x
x
=⋅=⋅=
⋅+⋅+⋅+⋅+⋅+⋅=
+++++=
⋅=⋅⋅⋅+⋅⋅⋅
=
⋅=⋅⋅⋅+⋅⋅⋅
=
⋅=⋅⋅⋅+⋅⋅⋅
=
⋅=⋅⋅⋅
=
δ
δδδδδδ
δδδδδ
δδδδδ
δδδδδ
δδδ
49
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
Momenat inercije za osu (y). Lik je podijeljen na 7 segmenata.
15δ
12,8δ
7
7,2δ
x
y
5
43
2
6
1
5δ
10δ
10δ
12,2δ
10δ
15δ 2δ
y T=
21,3δ
10δ
2,
2,8δxT=12,2δ
Slika 33.
( )
( ) 43
)2(
43
)1(
5,69903
8,1210
8,60523
2,1210
δδδ
δδδ
⋅=⋅⋅⋅
=
⋅=⋅⋅⋅
=
I
I
( )
( )
( )
( ) ( )
( ) ( )
444
4444444
)7()6()5()4()3()2()1(
4223
)7(
4223
)6(
43
)5(
43
)4(
43
)3(
8,2226818,222688,22268
7,526622288,15218,1552,535,69908,6052
7,526647,142536
510
222837,92536
510
8,15213
7,710
8,1553
8,23,21
2,533
2,215
cmI
I
IIIIIIII
I
I
I
I
I
y
y
y
=⋅=⋅=
⋅+⋅+⋅+⋅+⋅+⋅+⋅=
++++++=
⋅=⋅⋅⋅+⋅⋅⋅
=
⋅=⋅⋅⋅+⋅⋅⋅
=
⋅=⋅⋅⋅
=
⋅=⋅⋅⋅
=
⋅=⋅⋅⋅
=
δ
δδδδδδδ
δδδδδ
δδδδδ
δδδ
δδδ
δδδ
50
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
Centrifugalni momenat inercije za težišne ose. Lik je podijeljen na 9 segmenata. Segmenti (9) i (8) imaju i sopstvene centrifugalne momente inercije.
( ) ( )
( ) ( )422
)9(
422)8(
422
)8()9(
6,24977,3447,14725
3,39457,3497,1786,825
7,3472
105
δδδδδ
δδδδδ
δδδ
⋅=⋅−⋅⋅⋅⋅⋅=
⋅=⋅−⋅−⋅⋅−⋅⋅=
⋅−=⋅⋅⋅−
==
xy
xy
sopstvenixysopstvenixy
I
I
II
9
8
15δ
7
7,2δ
x
y
5
4 3
2
6
1
10δ
10δ
12,2δ
10δ
15δ 2δ
2,8δ
y T=
21,3δ
2,
10δ
5δ
xT=12,2δ
12,8δ
Slika 34.
( )
( )( )( ) ( )
( ) ( ) 4)7(
4)6(
4)5(
4)4(
4)3(
4)2(
4)1(
42253,166,3102,7
5,1541,165,52,23,11
2,8894,165,108,23,21
3,1785,118,17,32,2
8,2685,14,17,38,2
5,64741,67,8102,12
71274,67,8108,12
δδδδδ
δδδδδ
δδδδδ
δδδδδ
δδδδδ
δδδδδ
δδδδδ
⋅=⋅−⋅⋅−⋅⋅⋅⋅=
⋅=⋅−⋅⋅−⋅⋅⋅⋅=
⋅−=⋅⋅⋅−⋅⋅⋅⋅=
⋅−=⋅⋅⋅−⋅⋅⋅⋅=
⋅=⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=
⋅−=⋅−⋅⋅⋅⋅⋅⋅=
⋅=⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=
xy
xy
xy
xy
xy
xy
xy
I
I
I
I
I
I
I
)9()8()7()6()5()4()3()2()1( xyxyxyxyxyxyxyxyxyxy IIIIIIIIII ++++++++=
51
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
444
444444444
5,1056015,105605,10560
6,2497394542255,1542,8893,178,265,64747127
cmI
I
xy
xy
=⋅=⋅=
⋅+⋅+⋅+⋅+⋅−⋅−⋅+⋅−⋅=
δ
δδδδδδδδδ
Položaj glavnih osa simetrije:
o
o
o
yx
xy
arctg
III
tg
47,14;93,282
93,282
5528,08,2226860473
5,10560222 44
4
−=
−=
−=
−=⋅−⋅
⋅⋅−=
−
−=
α
α
α
δδδα
Glavni centralni momenti inercije:
( ) ( )
( ) ( ) ( )
11954419544;6319816319863198
2182741371
58,1056048,2226860473218,2226860473
21
421
21
442
4441
442,1
24244442,1
222,1
IcmI
I
I
IIIIII xyyxyx
⋅=⋅=
=⋅=⋅=
⋅±⋅=
⋅⋅+⋅−⋅⋅±⋅+⋅⋅=
⋅+−⋅±+⋅=
δ
δ
δδ
δδδδδ
;19544 4cm=
cm;
cmA
Ii
AIi
4,6475
19544
5,11475
63198
22
11
==Σ
=
==Σ
= (2)
y
Elipsa inercije: α=-14,47° x i 1
(1)
i2
Slika 35.
52
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
Zadatak 4.4 Za popriječni presjek nosača prikazanog na slici 36. odrediti momenat inercije za težišnu osu (x). R1=4δ; R2=2δ; R3=8δ; R4=6δ; δ=1cm.
y
-x x
R1 R2
R4 R3
20δ
2δ
Slika 36.
53
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
Određivanje težišta popriječnog presjeka
R1=4δ; R2=2δ; R3=8δ; R4=6δ; δ=1cm
5
2
3
1
y
2δ
20δ
R2
R1 4 x
R4
R3
Slika 37.
Površina (1): 2221 4014040220 cmA =⋅==⋅⋅⋅= δδδ
Površina (2): 222222
32 5,10015,1005,100
214,38
2cmRA =⋅=⋅=
⋅⋅=
⋅= δδπ
Površina (3): 222222
43 5,5615,565,56
214,36
2cmRA −=⋅−=⋅−=
⋅⋅−=
⋅−=− δδπ
Površina (4): 222222
14 2512525
214,34
2cmRA =⋅=⋅=
⋅⋅=
⋅= δδπ
Površina (5): 222222
25 3,613,63,6
214,32
2cmRA −=⋅−=⋅−=
⋅⋅=
⋅−=− δδπ
Površina presjeka:
222222254321
7,1027,1023,6255,565,10040 cmA
AAAAAA
=⋅=⋅−⋅+⋅−⋅+⋅=Σ
−+−+=Σ
δδδδδδ
Koordinate površina (1,2,3,4,5): x1=7⋅δ=7⋅1=7cm; y1=14⋅δ=14⋅1=14cm; x2=14⋅δ=14⋅1=14cm; y2=(20⋅δ+4⋅δ+0,42⋅R3)= 27,4⋅δ=27,4⋅1=27,4cm; x3=14⋅δ=14⋅1=14cm; y3=(20⋅δ+4⋅δ+0,42⋅R4)= 26,5⋅δ=26, 5⋅1=26,5cm; x4=4⋅δ=4⋅1=4cm; y4=0,57⋅R1=2,3⋅δ=2,3⋅1=2,3cm; x5=4⋅δ=4⋅1=4cm; y5=(2⋅δ+0,57⋅R2)= 3,14⋅δ=3,14⋅1=3,14cm;
54
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
Statički momenti površina:
3332222
3332111
7,275317,27537,27534,275,100
56015605601440
cmyAS
cmyAS
x
x
=⋅=⋅=⋅⋅⋅=⋅=
=⋅=⋅=⋅⋅⋅=⋅=
δδδ
δδδ
33354321
3332555
3332444
3332333
4,185414,18544,1854
8,1918,198,1914,33,6
5,5715,575,573,225
14971149714975,265,56
cmSSSSSS
cmyAS
cmyAS
cmyAS
xxxxxx
x
x
x
=⋅=⋅=−+−+=Σ
−=⋅−=⋅−=⋅⋅⋅=⋅=−
=⋅=⋅=⋅⋅⋅=⋅=
−=⋅−=⋅−=⋅⋅⋅=⋅=−
δ
δδδ
δδδ
δδδ
cmASy x
T 18118187,1024,1854
2
3
=⋅=⋅=⋅⋅
=ΣΣ
= δδδ
3332222
3332111
1407114071407145,100
2801280280740
cmxAS
cmxAS
y
y
=⋅=⋅=⋅⋅⋅=⋅=
=⋅=⋅=⋅⋅⋅=⋅=
δδδ
δδδ
33354321
3332555
3332444
3332333
8,97018,9708,970
2,2512,252,2543,6
1001100100425
7911791791145,56
cmSSSSSS
cmxAS
cmxAS
cmxAS
yyyyyy
y
y
y
=⋅=⋅=−+−+=Σ
−=⋅−=⋅−=⋅⋅⋅=⋅=−
=⋅=⋅=⋅⋅⋅=⋅=
−=⋅−=⋅−=⋅⋅⋅=⋅=−
δ
δδδ
δδδ
δδδ
cmAS
x yT 45,9145,945,9
7,1028,970
2
3
=⋅=⋅=⋅⋅
=ΣΣ
= δδδ
Momenti inercije:
Slika 38. xT=9,45δ
R1=4δ R2=2δ R3=8δ R4=6δ δ=1cm
T
6δ
y
x
14δ
y T=1
8δ
55
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
( ) ( ) ( )
( ) ( )
( )
444
444
4444444
2234
2
22
141
2244
4
2234
3
33
123151123151231513828,18,6685
2840985,14288025,4501829144
242,0142
11,0
442,0142
11,0642,062
11,0
842,062
11,03142
362
cmI
I
RR
RRRR
RRI
x
x
x
=⋅=⋅=
⋅−⋅−⋅+
+⋅+⋅−⋅−⋅+⋅+⋅+⋅=
⋅⋅+⋅⋅⋅
−⋅−
−⋅⋅+⋅⋅⋅
+⋅+⋅⋅+⋅⋅⋅
−⋅−
−⋅⋅+⋅⋅⋅
+⋅+⋅⋅⋅
+⋅⋅⋅
=
δ
δδδ
δδδδδδδ
δδπ
δδπδδπ
δδπδδδδ
Zadatak 4.5 Nacrtati elipsu inercije za presjek prikazan na slici 39. δ=2cm
56
Slika 39. 3δ
10δ
7,5δ
3δ
δ
δ
δ
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
Određivanje koordinata težišta:
y
x
A4
A3
A2
A1 x1
x2
y 3
y 2
y 1
x3
x4
y 4
A´1=3δ2; A´2=6,5δ2; A´5=2δ2; y1=4,2δ; y2=3,2δ; y5=6,8δ
y 3
A/5
y
xA/4
A/3
A/2
A/2
7,3δ
y 2
y 1
4,45δ
y 5
3,7δ
y 4
Slika 40. Slika 41.
A1=3⋅δ2=3⋅22=12cm2; x1=10⋅δ=10⋅2=20cm; y1=11,5⋅δ=11,5⋅2=23cm; A2=7,5⋅δ2=7,5⋅22=30cm2; x2=5,75⋅δ=5,75⋅2=11,5cm; y2=10,5⋅δ=10,5⋅2=21cm; A3=9⋅δ2=9⋅22=36cm2; x3=2,5⋅δ=2,5⋅2=5cm; y3=5,5⋅δ=5,5⋅2=11cm; A4=3⋅δ2=3⋅22=12cm2; x4=1,5⋅δ=1,5⋅2=3cm; y4=0,5⋅δ=0,5⋅2=1cm; A= A1+A2+A3+A3= 22,5⋅δ2=22,5⋅22=90cm2
cmyA
yAyAyAyAy
cmxA
xAxAxAxAx
T
T
T
T
6,1423,73,75,22
5,035,595,105,75,113
9,8245,445,45,22
5,135,2975,55,7103
2
222244332211
2
222244332211
=⋅=⋅=⋅
⋅⋅⋅+⋅⋅⋅+⋅⋅⋅+⋅⋅⋅=
⋅+⋅+⋅+⋅=
=⋅=⋅=⋅
⋅⋅⋅+⋅⋅⋅+⋅⋅⋅+⋅⋅⋅=
⋅+⋅+⋅+⋅=
δδ
δδδδδδδδ
δδ
δδδδδδδδ
57
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
Određivanje momenata inerercije za težišne ose:
( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( )
44
444444444
224444
22224
25
/5
333322
/2
21
/1
3
599225,374
5,37448,9217,07,12985,1654,06,799,5225,2
8,6212
23
389365,50
125,65,35,62,43
1227
122
33,7
37,3
125,6
123
cmI
I
I
yAyAyAI
x
x
x
x
=⋅=
⋅=+++++++=
⋅+++++⋅+⋅+=
⋅+⋅
+⋅
+⋅
+⋅
+⋅+⋅+⋅
=
δδδδδδδδδ
δδδδδδδδδδδ
δδδδδδδδδδ
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
345,1
305,555,53
12395,111
121145,3
122 33
223
223
2/5
3 δδδδδδδδδδδδδδδ ⋅+
⋅+⋅+
⋅+⋅+
⋅+⋅+
⋅= AI y
44
444444444
8,326028,203
8,20393,424,9225,08,4192,08,237,0
cmI
I
y
y
=⋅=
⋅=+++++++= δδδδδδδδδ
44
4444444
22
2222
8,308428,192
8,19292,4695,5134,1334,372,4093,69
)8,6()45,3(2)95,1()65,3(3,7
)95,1(85,17,3)72,0(2,345,152,22,305,555,52,43
cmI
I
I
xy
xy
xy
=⋅=
⋅=++−−+=
−⋅−⋅+−⋅−⋅+
+−⋅⋅+−⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅=
δδδδδδδ
δδδδδδ
δδδδδδδδδδδδ
Glavni centralni momenti inercije:
( ) ( )
( ) ( ) ( )
;2,125122,782,78;8,799628,4998,499
8,2100,289
8,19248,2035,374218,2035,374
21
421
21
4442
4441
442,1
24244442,1
222,1
cmIcmI
I
I
IIIIII xyyxyx
=⋅=⋅=
=⋅=⋅=
⋅±⋅=
⋅⋅+⋅−⋅±⋅+⋅=
+−±+=
δ
δ
δδ
δδδδδ
Polupriječnici inercije:
;6,328,18,15,222,78
;4,927,47,45,228,499
2
42
2
2
41
1
cmAIi
cmAIi
=⋅=⋅=⋅⋅
==
=⋅=⋅=⋅⋅
==
δδδ
δδδ
58
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
Položaj glavnih osa simetrije:
°−=°−=
°−=
−=⋅−⋅
⋅⋅−=
−
−=
06,33;12,662
12,662
258,28,2035,374
8,192222 44
4
αα
α
δδδα
arctgII
Itg
yx
xy
Elipsa inercije:
i2
i 1
(2)
(1)
y
x
Slika 42.
59
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
Zadatak 4.6 Za lik prokazan na slici 43. odrediti glavne momente inercije kao i položaj glavnih osa inercije. δ=2cm
x
2,5δ20
,5δ
10δy
δ δ
δ
15,7
5δ
6,75δ
10δ
6δ2δ
11,5δ
1
2
3
T
4
4,25δ
10δ δ δ
2δ
5δ
20δ
δ
Slika 43. Slika 44. Određivanje težišta lika:
2224
2223
2222
2221
8022020
402101020255
20255
cmA
cmAcmA
cmA
=⋅=⋅=
=⋅=⋅=
=⋅=⋅=
=⋅=⋅=
δ
δ
δ
δ
cmy
y
T
T
5,31275,1575,1540
2002055,1125,11240
2010105,2055,2255,222
2222
=⋅=⋅=⋅+⋅+⋅+⋅
=
⋅⋅⋅⋅+⋅⋅⋅+⋅⋅⋅+⋅⋅⋅
=
δδδδδ
δδδδδδδδδ
60
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
cmx
x
T
T
5,8225,425,440
50605,575,240
205,210655,115,052
2222
=⋅=⋅=⋅+⋅+⋅+⋅
=
⋅⋅⋅⋅+⋅⋅⋅+⋅⋅⋅+⋅⋅⋅
=
δδδδδδ
δδδδδδδδ
Slika 45.
y
x
2,5δ
4,75δ
7,25δ 3,75δ
2δ
6,75δ
15,7
5δ
δ
15,7
5δ
6,75δ
7,87
5δ
4,25δ
2,5δ
1,75δ 4,
25δ
2,12
5δ
3,25δ 6,75δ
Momenat inercije za osu (x):
( ) ( ) ( ) ( ) ( )223
22333
75,41012
1075,65212
52325,4
37,15 δδδδδδδδδδδδ
⋅⋅⋅+⋅⋅
+⋅⋅⋅⋅+⋅⋅⋅
+⋅⋅
+⋅⋅
=xI
244
444444
6,3248926,20306,2030
6,22583,06,455216,251302
cmI
I
x
x
=⋅=⋅=
⋅+⋅+⋅+⋅+⋅+⋅=
δ
δδδδδδ
61
JU UNIVERZITET U TUZLI Rudarsko-geološko-građevinski fakultet
Momenat inercije za osu (y): ( ) ( ) ( )
( ) ( )
244
44444444
223
22
322
333
81762511511
617,126342,03,7042,05,1024,11
75,12012
2025,75
12575,35
125
375,6
325,3
cmI
I
I
y
y
y
=⋅=⋅=
⋅+⋅+⋅+⋅+⋅+⋅+⋅+⋅=
⋅⋅⋅++⋅⋅
+⋅⋅⋅+
+⋅⋅
+⋅⋅⋅+⋅⋅
+⋅⋅
+⋅⋅
=
δ
δδδδδδδδ
δδδδδδ
δδδδδδδδδδ
Centrifugalni momenat inercije:
( ) ( )( ) ( )
444
444444
22
22
22
8,643623,4023,402
7,2441082178,152512625,775,6537,375,475,6
75,1)875,7(75,1575,1125,225,4
62,175,425,375,675,35
cmI
I
I
xy
xy
xy
=⋅=⋅=
⋅+⋅+⋅+⋅−⋅−⋅−=
⋅⋅⋅⋅⋅+⋅⋅⋅⋅⋅+
+⋅−⋅⋅−⋅⋅+⋅−⋅⋅⋅⋅+
+⋅−⋅⋅⋅⋅+⋅⋅⋅−⋅⋅=
δ
δδδδδδ
δδδδδδ
δδδδδδ
δδδδδδ
Glavni momenti inercije:
( ) ( )
( ) ( ) ( )
;6,657721,4111,411;34080221302130
7,8598,1270
3,40245116,2030215116,2030
21
421
21
4442
4441
442,1
24244442,1
222,1
cmIcmI
I
I
IIIIII xyyxyx
=⋅=⋅=
=⋅=⋅=
⋅±⋅=
⋅⋅+⋅−⋅±⋅+⋅=
+−±+=
δ
δ
δδ
δδδδδ
Polupriječnici inercije:
;4,622,32,340
1,411
;58,14229,729,740
2130
2
42
2
2
41
1
cmAIi
cmAIi
=⋅=⋅=⋅⋅
==
=⋅=⋅=⋅⋅
==
δδδ
δδδ
Položaj glavnih osa simetrije:
o
o
o
yx
xy
arctg
III
tg
95,13;9,272
9,272
529,05116,2030
3,402222 44
4
−=
−=
−=
−=⋅−⋅
⋅⋅−=
−−
=
α
α
α
δδδα
62