Transcript lösning

TMHL09 2013-05-31
TMHL09 2013-05-31.01
(Del I, teori; 1 p.)
Strävan i figuren ska ha cirkulärt tvärsnitt och
tillverkas av antingen stål eller aluminium. Oavsett vilket material som väljs ska kritiska
lasten mot knäckning vara lika.
Aluminium har lägre E-modul än stål;
. För att få samma krtiska
last mot knäckning i de båda fallen måste
man därför konstruera med större diameter om
man väljer aluminium. Bestäm nödvändigt
förhållande
.
------------
LÖSNING
TMHL09 2013-05-31.02
-------------------------------
(Del I, teori; 1 p.)
Fig. 2.1 visar tre fall av skarp spricka i plåt. I alla tre fallen antas plåten vara mycket stor jämfört med
sprickan. Observera olika spricklängder och temperaturer enligt figuren! För plåtmaterialet gäller att
har ett temperaturberoende enligt fig. 2.2.
Ordna de tre fallen efter farlighet. Obs! Enkel matematisk motivering krävs (däremot inte detaljerad
beräkning).
Fig. 2.1
TMHL09 2013-05-31
Fig. 2.2
------------
LÖSNING
Jämför alltså
------------------------------för de tre fallen; ju högre värde desto farligare.
Fall I:
Fall II:
Fall III:
Alltså:
1. Farligaste fallet
Nr. III
Nr. I
3. Minst farliga fallet
TMHL09 2013-05-31.03
Nr. II
(Del I, teori; 1 p.)
En axel är i båda ändar infäst i stela väggar
och bär på mitten en svängmassa med masströghetsmoment .
För anordningen gäller i fri torsionssvängning
differentialekvationen
(a) Hur förändras ekvationen, om ett störmoment
läggs på på svängmassan, och
TMHL09 2013-05-31
(b) hur stor blir stationärsvängningens amplitud?
------------
LÖSNING
-------------------------------
(a) Man får ett högerled:
TMHL09 2013-05-31.04
(Del I, teori; 1 p.)
I figuren finns en masslös balk med två punktmassor. Anordningen har i fri svängning två svängningsmoder, svarande mot grundton och en överton. Rita dessa båda svängningsmoder. Ange vilken
av de uppritade moderna som svarar mot grund- resp. överton.
------------
LÖSNING
-------------------------------
TMHL09 2013-05-31
TMHL09 2013-05-31.05
(Del II, problem; 3 p.)
En stel, viktlös stång är ledat upphängd i 3 lika
och elastiska stänger med cirkulärt tvärsnitt
(diameter ) enligt figuren. Punktlasten är
flyttbar så att –
. När lasten
befinner sig i ändlägena uppstår risk för
knäckning.
Bestäm nödvändig stångdiameter för att anordningen ska klara alla möjliga lägen utan
knäckning.
-----------Jämvikt
LÖSNING
Förskjutningsgeometrisamband
Konstitutivsamband
-------------------------------
TMHL09 2013-05-31
TMHL09 2013-05-31.06
(Del II, problem; 3 p.)
En cirkulär stång med längd och diameter är i
ändarna A och B fastsvetsad i stela väggar. På
mitten har den en påsvetsad vinkelrät tvärstång
med längd
, som belastas med en nedåtriktad
kraft Den långa stången kan därigenom behandlas som en i båda ändar fast inspänd balk
med cirkulärt tvärsnitt, som i sin mittpunkt belastas med en tvärkraft – och ett vridmoment
.
Bestäm hur stort får vara, om von Mises effektivspänning ingenstans får överstiga .
------------
-------------------------------
LÖSNING
Börja med att studera böjspänningen
i stången ABC. Vi behöver då först böjmomentet i ABC.
Elementarfallssuperposition (fall 6 + fall 10) ger
När vi nu känner momentet
i infästningspunkterna A resp. B, kan vi teckna
i balken ABC:
TMHL09 2013-05-31
Vi har också maximal vridskjuvspänning
i samma punkt: Det genom tvärstången pålagda
vridmomentet
fördelar sig med hälften på varderaAC och BC; d.v.s. maximal skjuvspänning blir
I punkten
gäller alltså
och
TMHL09 2013-05-31.07
(Del II, problem; 3 p.)
7. En komponent i en bro är tillverkad av ett material med Wöhlerkurva enligt fig. 7.1. Komponenten
är konstruerad för en varje dygn upprepad lastsekvens:
4000 cykler:
600 cykler:
(personbilar)
(tunga lastbilar).
Efter 10 år höjs max tillåtet axeltryck på vägen, vilket fortsättningsvis utnyttjas av hälften av lastbilarna. Man får alltså en ny dygnslastsekvens:
4000 cykler:
300 cykler:
300 cykler:
.
Använd Palmgern-Miners linjära delskadeteori för att avgöra när brons utmattningslivslängd är nådd
TMHL09 2013-05-31
a
MPa
Fig. 7.1 Wöhlerkurva
------------
LÖSNING
-------------------------------
Ursprunglig lastsekvens (I) Beräkning av delskada
per dygn
Efter 10 år alltså delskada
kommer att kunna användas av nya lastsekvensen (II)]:
Ny lastsekvens (II) Beräkning av delskada
Återstående livslängd alltså
. Återstående delskada [som
.
per dygn
.
Brons utmattningslivslängd nås alltså efter
SVARET
TMHL09 2013-05-31
TMHL09 2013-05-31.08
(Del II, problem; 3 p.)
Beräkna den lägsta egenvinkelfrekvensen för figurens balk, som är fast inspänd i båda ändar samt har
kontinuerlig massfördelning.
Problemet leder till en ekvation som måste lösas numeriskt. Lyckas du ställa upp ekvationen rätt så har
du 2 p. För 3p krävs numerisk lösning inom
av rätt värde.
LÖSNING
-----------
--------------------------------
Balk med kontinuerlig massfördelning; alltså:
Numerisk lösning: