mechanics of materials · 2016-01-21 ·...
TRANSCRIPT
-
กลศาสตรวัสดุMechanics of Materials
รองศาสตราจารย์ ดร. ชาวสวน กาญจโนมัยภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร์
มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์
1
Wednesday, February 26, 14
-
2
สัปดาหที่ เนื้อหา เอกสาร (หนา)
8 ความเคนและความเครียดของโครงสรางรับโมเมนตดัด 1 1 - 14
9 ความเคนและความเครียดของโครงสรางรับโมเมนตดัด 2 15 - 28
10 ความเคนและความเครียดของโครงสรางรับโมเมนตดัด 3 29 - 48
11ความเคนและความเครียดของโครงสรางรับภาระผสม การวิเคราะหตำแหนงวิกฤติ
49 - 78
12การวิเคราะหขนาดและทิศทางของความเคนตั้งฉากสูงสุดและความเคนเฉือนสูงสุด
49 - 78
13 ทฤษฎีความเสียหายเบ้ืองตน 49 - 78
14 การวัดความเคนและความเครียด 49 - 78
15 สอบปลายภาค
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
แผนการบรรยาย
Wednesday, February 26, 14
-
3
ความเคนและความเครียดของโครงสรางรับโมเมนตดัด
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
Wednesday, February 26, 14
-
• ความเครียดตั้งฉากในคาน (normal strain in beam)
• ความเครียดในแนวขวาง (transverse strain)
• ความเคนตั้งฉากในคาน (normal stress in beam)
• ความเคนเฉือนในคาน (shear stresses in beam)
• คานที่มีหนาตัดตางๆ (beam with various cross sections)
• คานรับแรงในแนวแกน (beams with axial loads)
4
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
หัวขอบรรยาย
Wednesday, February 26, 14
-
5
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• คาน (beam) หมายถึง โครงสรางที่รับแรงในแนวตั้งฉากกับแกนตามยาว (longitudinal axis) โดยแรงนี้จะสงผลใหเกิดแรงเฉือน (shear force, V) และโมเมนตดัด (bending moment, M) บนคาน
• กำหนดคานที่มีแกนตามยาวเปนเสนตรง มีความสมมาตร (symmetric) เม่ือเทียบกับระนาบ x-y (y เปนแกนสมมาตรของหนาตัด) ภาระที่มากระทำสงผลใหเกิดการโกงตัว (deflection) เกิดบนระนาบ x-y ดังรูป
Wednesday, February 26, 14
-
6
ความเครียดต้ังฉากในคาน (normal strain in beam)
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• O′ คือ จุดศูนยกลางความโคง (center of curvature) ที่ระยะ x จากจุดยึด • คือ รัศมีความโคง (radius of curvature) ที่ระยะ x จากจุดยึด
• k หรือ 1/ คือ คาความโคง (curvature) ที่ระยะ x จากจุดยึด
คานยื่น (cantilever beam)
Wednesday, February 26, 14
-
7
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
เม่ือ d เล็กมากๆ
ถาการโกงตัวนอยมากๆ
Wednesday, February 26, 14
-
8
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• เคร่ืองหมายของรัศมีความโคง (radius of curvature) และคาความโคง (curvature) สามารถกำหนดตามแกนอางอิง (coordinate axis)
Wednesday, February 26, 14
-
9
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• การคำนวณความเครียดตั้งฉาก (normal strain) สามารถอาศัยคาความโคงและการโกงตัวของคานมาใชในการคำนวณ ซึ่งในกรณีของการดัดแบบ pure bending
z
• โมเมนตดัด (bending moment, M) = Mo• คานมีลักษณะสมมาตร ดังนั้นหนาตัด (cross section) m-n มีลักษณะเหมือนกับหนาตัด p-q
Wednesday, February 26, 14
-
10
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• ระยะ m-p ยาวขึ้น (ความเครียดตั้งฉากเปนบวก) หรือเกิดการดึง ในขณะที่ระยะ n-q หดสั้นลง (ความเครียดตั้งฉากเปนลบ) หรือเกิดการอัด
• ระหวาง m-p และ n-q จะมีพื้นผิวซึ่งไมมีการยืดหรือหด ซึ่งแสดงไดดวยเสนประ s-s โดยเรียกพื้นผิวนี้วาพื้นผิวเปนกลางของคาน (neutral surface of beam)
Wednesday, February 26, 14
-
11
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• รอยตัดระหวางพื้นผิวเปนกลาง (neutral surface) กับหนาตัด (cross section) เรียกวา แกนเปนกลางของหนาตัด (neutral axis of cross section)
• เม่ือตอเสนตรงจาก m-n และ p-q บนคานที่โกงตัว พบวาจะตัดกันที่จุดศูนยกลางความโคง (O′) โดยมุมที่ทำระหวางระนาบ m-n และ p-q เปน d และ
ระยะจาก O′ ไปยังพื้นผิวเปนกลางเปนรัศมีความโคง ()
Wednesday, February 26, 14
-
12
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• พิจารณาเสน e-f ซึ่งอยูหางเปนระยะ y จากพื้นผิวเปนกลาง โดย e-f ยาว dx กอนที่จะเกิดการโกงตัว และ e-f ยาว L1 หลังจากที่เกิดการโกงตัวแลว
Wednesday, February 26, 14
-
13
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• ความเครียดในแนวตั้งฉาก (normal strain)
Wednesday, February 26, 14
-
14
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• ความเครียดในแนวตั้งฉาก (normal strain)
• y เปนบวก k เปนบวก x เปนลบ หดตัว
• y เปนลบ k เปนบวก x เปนบวก ขยายตัว
Wednesday, February 26, 14
-
15
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
ตัวอยางที่ 4.1 คาน AB ยาว 4 เมตร ถูกดัดดวยโมเมนต Mo โดยระยะจากผิวดาน
บนของคานไปยังพื้นผิวเปนกลาง (neutral surface) เปน 150 มม. จงหา , k, ในแนวด่ิงของจุดก่ึงกลางคาน โดย x ที่ผิวดานบนของคานเปน 0.0014
Wednesday, February 26, 14
-
16
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
Wednesday, February 26, 14
-
17
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• เนื่องจากคานมีการโกงตัว (deflection) เปนสวนหนึ่งของวงกลม (arc) โดยมีรัศมีความโคง (radius of curvature) เปน ดังนั้น
Wednesday, February 26, 14
-
18
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• อัตราสวนระหวางความยาวของคานตอการโกงตัวเปน
• ซึ่งแสดงใหเห็นวาคานเกือบจะไมมีการโกงตัว เม่ือเทียบกับความยาวของคาน
Wednesday, February 26, 14
-
• ความเครียดตั้งฉากในคาน (normal strain in beam)
• ความเครียดในแนวขวาง (transverse strain)
• ความเคนตั้งฉากในคาน (normal stress in beam)
• ความเคนเฉือนในคาน (shear stresses in beam)
• คานที่มีหนาตัดตางๆ (beam with various cross sections)
• คานรับแรงในแนวแกน (beams with axial loads)
19
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
หัวขอบรรยาย
Wednesday, February 26, 14
-
20
ความเครียดในแนวขวาง (transverse strain)
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• จากผลกระทบของปวซองส (poison’s effect) ทำใหโครงสรางเกิดความเครียดในแนวขวาง (transverse strain) เม่ือมีภาระใดๆ มากระทำ
ใหเกิดความเครียดตั้งฉาก (normal strain, x) โดย
Wednesday, February 26, 14
-
21
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• ความเครียดตั้งฉาก (x) ทำใหเกิดความเครียดขวาง (z) ซึ่งทำใหหนาตัด (cross section) ของคานมีการเปล่ียนแปลงรูปรางไปจากเดิม
Wednesday, February 26, 14
-
22
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• สวนบนของคานซึ่งมี x เปนบวก ดังนั้น z มีคาเปนลบ ทำใหสวนบนของหนาตัดสั้นลง
• สวน s-s หรือพื้นผิวเปนกลางโดยมี x =0 ดังนั้น z =0 ทำใหสวนแกนเปนกลาง (neutral axis) หรือแกน z ไมมีการเปล่ียนแปลงขนาด
• สวนลางของคานซึ่งมี x เปนลบ ดังนั้น z มีคาเปนบวก ทำใหสวนลางของหนาตัดยาวขึ้น
Wednesday, February 26, 14
-
23
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• ผลกระทบปวซองสสงผลใหเกิดการเปล่ียนขนาดของหนาตัด ซึ่งเปนสัดสวนโดยตรงกับระยะ y จึงทำใหดานขางของหนาตัดเอียงเขาหากัน โดยมีจุดศูนยกลางความโคงในแนวขวาง (transverse center of curvature) อยูที่ O’’ และมีรัศมีความโคงในแนวขวาง (transverse radius of
curvature) เปน 1 โดย
-
• ความเครียดตั้งฉากในคาน (normal strain in beam)
• ความเครียดในแนวขวาง (transverse strain)
• ความเคนตั้งฉากในคาน (normal stress in beam)
• ความเคนเฉือนในคาน (shear stresses in beam)
• คานที่มีหนาตัดตางๆ (beam with various cross sections)
• คานรับแรงในแนวแกน (beams with axial loads)
24
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
หัวขอบรรยาย
Wednesday, February 26, 14
-
25
ความเค้นต้ังฉากในคาน (normal stress in beam)
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• คานที่มีพฤติกรรมแบบอิลาสติกเชิงเสน (linear elastic) สามารถหาความเคนตั้งฉาก (normal stresses, x) ที่กระทำกับหนาตัด (cross section) ไดจากความเครียดตั้งฉาก (normal strain, x) โดยพิจารณา
Wednesday, February 26, 14
-
26
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• ซึ่งเราพบวา x มีการเปล่ียนแปลงตามระยะ y (ระยะจากพื้นผิวเปนกลางไปยังตำแหนงที่พิจารณา) และคาความโคง (curvature, k)
Wednesday, February 26, 14
-
27
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• จากรูปพิจารณาความเคนตั้งฉาก (x) ในพื้นที่เล็กๆ (dA) พบวาแรงที่เกิดขึ้นมีขนาดเปน x dA ซึ่งแรงแนวแกน x และโมเมนตดัด M ตองอยูในสภาพสมดุล
Wednesday, February 26, 14
-
• ดังนั้น หรือโมเมนตของพื้นที่คร้ังที่หนึ่ง (first moment of the area) เปนศูนยเม่ือเทียบกับแกน z
• แกน z ผานจุดเซนทรอยด (centroid) ของหนาตัด คือ แกนเปนกลาง (neutral axis) ซึ่งเปนจริงเสมอในกรณีที่วัสดุมีพฤติกรรมแบบอิลาสติกเชิงเสน
และแกน y เปนแกนสมมาตร (axis of symmetry) 28
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• พิจารณาแรงรวมตลอดพื้นที่หนาตัด
Wednesday, February 26, 14
-
• กำหนดให คือ โมเมนตอินนิเชียของหนาตัดเม่ือเทียบแกน z
29
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• พิจารณาโมเมนตรวมตลอดพื้นที่หนาตัด
• โดย EI คือ flexural rigidity
Wednesday, February 26, 14
-
• เรียกสมการนี้วา flexure formula และเรียก x วาความเคนดัด (bending stress)
30
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
Wednesday, February 26, 14
-
• กำหนดให 1 และ 1 คือ ความเคนตั้งฉากสูงสุดและต่ำสุด ดังนั้น
31
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
โดย
โดย
• กำหนดให S1 และ S1 คือ section moduli ของพื้นที่หนาตัด
Wednesday, February 26, 14
-
• กรณีหนาตัดรูปวงกลม (circular cross section)
32
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
Wednesday, February 26, 14
-
• กรณีหนาตัดเปนรูปสี่เหล่ียม (rectangular cross section)
33
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
Wednesday, February 26, 14
-
34
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
ตัวอยางที่ 4.2 ลวดเหล็กเสนผาศูนยกลาง d ถูกดัดรอบทรงกระบอกรัศมี r
จงคำนวณหาความเคนดัดสูงสุด (max) และโมเมนตดัดสูงสุด (Mmax) ถา E = 200 GPa, d = 4 mm และ r = 0.5 m
Wednesday, February 26, 14
-
35
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• จากรูปพบวา
• ความเคนดัดสูงสุด (max)
Wednesday, February 26, 14
-
36
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• ลวดเหล็กมีหนาตัดแบบสมมาตรรอบแกน z (double symmetry) ดังนั้นความเคนดัด
ต่ำสุด (min)
Wednesday, February 26, 14
-
37
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• จาก flexure formula
• ความเคนดัดสูงสุด (Mmax)
Wednesday, February 26, 14
-
38
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
ตัวอยางที่ 4.3 เขื่อนไมถูกสรางโดยมีเสาในแนวตั้ง (vertical post) หนาตัดสี่เหล่ียมจัตุรัส (b×b) โดย S = 0.8 เมตร เม่ือระดับน้ำ h = 2 เมตร จงหาคานอยที่สุดของ b ถา σall ของไมเปน 8 MPa
Wednesday, February 26, 14
-
39
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• กำหนดใหแรงสูงสุดที่กระทำโดยน้ำคือ qo ดังนั้น
• γ คือ น้ำหนักจำเพาะของน้ำ (specific weight of water)
• h คือ ความสูงของระดับน้ำ
• s คือ ระยะหางระหวางเสา
Wednesday, February 26, 14
-
40
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• จากแผนภาพแรง (loading diagram)
Wednesday, February 26, 14
-
41
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• คาโมดูลัสของหนาตัด (section modulus, S) ของคานหนาตัดสี่เหล่ียมเปน
Wednesday, February 26, 14
-
42
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• b นอยที่สุดที่ไมทำใหความเคนเกิน σall ของไมเปน 199 มม
• คาโมดูลัสของหนาตัด (section modulus, S) ของคานหนาตัดสี่เหล่ียมเปน
Wednesday, February 26, 14
-
• ความเครียดตั้งฉากในคาน (normal strain in beam)
• ความเครียดในแนวขวาง (transverse strain)
• ความเคนตั้งฉากในคาน (normal stress in beam)
• ความเคนเฉือนในคาน (shear stresses in beam)
• คานที่มีหนาตัดตางๆ (beam with various cross sections)
• คานรับแรงในแนวแกน (beams with axial loads)
43
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
หัวขอบรรยาย
Wednesday, February 26, 14
-
44
ความเค้นเฉือนในคาน (shear stresses in beam)
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• คาของความเคนเฉือนในแนวด่ิงจะมีคาเทากับความเคนเฉือนในแนวระดับ
• ที่จุดสูงสุดหรือจุดต่ำสุดของหนาตัดจะมีความเคนเฉือนเปนศูนยทั้งในแนวด่ิงและแนวระดับ
Wednesday, February 26, 14
-
45
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• พิจารณาหนา pn พบวาชิ้นสวน dA มีแรงมากระทำ
• ดังนั้นแรงกระทำทั้งหมดบนหนา pn เปน
โดยอินทีเกรทตั้งแต y = y1 ถึง y = h/2
Wednesday, February 26, 14
-
46
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• ดังนั้นแรงกระทำทั้งหมดบนหนา p1n1 เปน
โดยอินทีเกรทตั้งแต y = y1 ถึง y = h/2
Wednesday, February 26, 14
-
47
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• หนา pp1 มีแรงเฉือนมากระทำเปน
Wednesday, February 26, 14
-
48
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• จากสมการสมดุล
Wednesday, February 26, 14
-
49
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• จากแรงเฉือนและโมเมนตดัดของคาน ดังนั้น
• กำหนดให คือ โมเมนตของพื้นที่ pp1n1 ดังนั้น
• โดย V, I, b คงที่ และเรียกสมการนี้วาสูตรการเฉือน (shear formula)
ydA =Qy=y1
y=h 2
∫
Wednesday, February 26, 14
-
• กรณีหนาตัดเปนรูปสี่เหล่ียม (rectangular cross section)
50
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
*
y1
Wednesday, February 26, 14
-
• Q สามารถหาไดจากผลคูณระหวางพื้นที่ (A) กับระยะ (D) จากจุดเซนทรอยด (centroid) ของหนาตัดไปยังแกนเปนกลาง (neutral axis)
51
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
D*A
y1
Wednesday, February 26, 14
-
• ดังนั้นความเคนเฉือนของคานหนาตัดสี่เหล่ียมเปน
52
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
Wednesday, February 26, 14
-
• ที่แกนเปนกลาง (neutral axis) ความเคนเฉือนของคานหนาตัดสี่เหล่ียมเปน
53
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
Wednesday, February 26, 14
-
• ที่แกนเปนกลาง (neutral axis) ความเคนเฉือนของคานหนาตัดสี่เหล่ียมเปน
54
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
Wednesday, February 26, 14
-
55
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
ตัวอยางที่ 4.4 จงคำนวณความเคนดัด (σ) และความเคนเฉือน (τ) ที่จุด C บนคาน AB ดังรูป
Wednesday, February 26, 14
-
56
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
V = Ra − qx =qL2
− qx
M = − qx2
2+ Rax
= − qx2
2+ qLx2
Wednesday, February 26, 14
-
57
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• จากแผนภาพโมเมนตดัด (bending moment diagram) และแผนภาพแรงเฉือน (shear diagram)
• ที่ x = 800 mm
Wednesday, February 26, 14
-
58
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
Wednesday, February 26, 14
-
59
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
Wednesday, February 26, 14
-
• ความเครียดตั้งฉากในคาน (normal strain in beam)
• ความเครียดในแนวขวาง (transverse strain)
• ความเคนตั้งฉากในคาน (normal stress in beam)
• ความเคนเฉือนในคาน (shear stresses in beam)
• คานที่มีหนาตัดตางๆ (beam with various cross sections)
• คานรับแรงในแนวแกน (beams with axial loads)
60
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
หัวขอบรรยาย
Wednesday, February 26, 14
-
61
คานหน้าตัดรูปวงกลม (beam of circular cross section)
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• ความเคนเฉือนไมสามารถมีทิศทางขนานกับแกน y ไดทั้งหมด เหมือนกรณีคานหนาตัดรูปสี่เหล่ียม
• ความเคนเฉือนสูงสุด (max) จะอยูบริเวณแกนเปนกลางของหนาตัด มีทิศทางขนานกับแกน y และมีขนาดคงที่ตามแนวพื้นผิวเปนกลาง pq
Wednesday, February 26, 14
-
62
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• พิจารณาแกนเปนกลางของหนาตัดวงกลม ทิศทางขนานกับแกน y
โดย
I = πr4
4
Wednesday, February 26, 14
-
63
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• พิจารณาแกนเปนกลางของหนาตัดวงกลม ทิศทางขนานกับแกน y
โดย
Wednesday, February 26, 14
-
64
คานหน้าตัดรูปตัวไอ (I-beam)
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• แรงเฉือน (shear force, V) และความเคนเฉือน (shear stress, ) สวนใหญกระจายอยูในแกนกลาง (web)
• ตั้งสมมุติฐานวาความเคนเฉือนกระทำขนานกับแกน y และมีการกระจายคงที่ตามความหนาของแกนกลาง (t)
flange
web
Wednesday, February 26, 14
-
65
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• พิจารณาสวนแรเงา
Wednesday, February 26, 14
-
66
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• พิจารณา Q ของสวนแรเงา
Wednesday, February 26, 14
-
67
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• พิจารณา I ของพื้นที่หนาตัดทั้งหมด
Wednesday, February 26, 14
-
68
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• ความเคนเฉือน () ที่ระยะ y1 จากแกนกลาง
แทนคา I ของพื้นที่หนาตัด
Wednesday, February 26, 14
-
69
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• ความเคนเฉือนสูงสุด (max) เกิดขึ้นที่แกนเปนกลาง (neutral axis, y1 = 0)
Wednesday, February 26, 14
-
70
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• ความเคนเฉือนต่ำสุด (min) เกิดขึ้นที่ y1 = h1/2 และ -h1/2 )
Wednesday, February 26, 14
-
71
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
ตัวอยางที่ 4.5 จงคำนวณความเคนเฉือนสูงสุด (max) ในแกนคานหนาตัดรูปตัวไอ เม่ือมีแรงเฉือน V = 45 N มากระทำ
Wednesday, February 26, 14
-
72
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
AI
AII
• พิจารณาจุดศูนยกลางพื้นที่ โดยมีระยะ C เทียบกับขอบบน
Wednesday, February 26, 14
-
กรณีหนาตัดเปนรูปสี่เหล่ียม
• Ic รอบจุด centroid (O) เปน
73
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• I ขอบบนและลางเปน
Ic =bh3
12
I = bh3
12+ bh( ) h
2⎛⎝⎜
⎞⎠⎟
2
= bh3
12+ bh
3
4= bh
3
3
• I ที่ระยะ d จาก centroid (O) เปน I = Ic +Ad2
Wednesday, February 26, 14
-
74
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• พิจารณา I ของพื้นที่ AI รอบ nn
= 75.77 mm I =bh3
3=
100 mm( ) 24 mm( )33
= 460,800 mm4
• พิจารณา I ของพื้นที่ AII รอบ nn
I = bh3
3=
24 mm( ) 176 mm( )33
= 43,614,208 mm4
O
• พิจารณา I ของพื้นที่ทั้งหมด (AI + AII) รอบ nn
Inn = 460,800 + 43,614,208 = 44,075,008 mm4
Wednesday, February 26, 14
-
75
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
= 75.77 mmO
• จาก โดย Ic คือ I ของพื้นที่รอบจุด centroid (O) และ d คือ ระยะจาก nn ไปยัง O
I = Ic +Ad2
Ic = Inn − Ad2
= 44,075,008 mm4( ) − 2,400 mm2 + 4,224 mm2( ) 75.77 - 24 mm( )2 = 26,321,807.67 mm4 = 26.32 × 106 mm4
Wednesday, February 26, 14
-
76
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
= 75.77 mm
• ความเคนเฉือนสูงสุด (max) เกิดขึ้นที่ neutral axis หรือ แกนที่ผานจุด centroid (O) ดังนั้น Q เปน
Q = A ⋅D= 24 mm( ) ⋅ 176 - 75.77 + 24 mm( ) ⋅ 176 - 75.77 + 24 mm( )2
= 185,197.11 mm3 = 185.20 × 103 mm3
Wednesday, February 26, 14
-
77
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
= 75.77 mm
• ความเคนเฉือนสูงสุด (max) เกิดขึ้นที่ neutral axis หรือ แกนที่ผานจุด centroid (O) ดังนั้น
τmax =VQIt
=45×103 N( ) 185.20×103 mm3( )
26.32×106 mm4( ) 24 mm( ) = 13.19 MPa
Wednesday, February 26, 14
-
• ความเครียดตั้งฉากในคาน (normal strain in beam)
• ความเครียดในแนวขวาง (transverse strain)
• ความเคนตั้งฉากในคาน (normal stress in beam)
• ความเคนเฉือนในคาน (shear stresses in beam)
• คานที่มีหนาตัดตางๆ (beam with various cross sections)
• คานรับแรงในแนวแกน (beams with axial loads)
78
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
หัวขอบรรยาย
Wednesday, February 26, 14
-
79
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• แรง P กระทำที่จุดเซนทรอยด (centroid) ของหนาตัด
• แรง P สามารถแยกสวนประกอบออกเปนแรง Q และ S ซึ่งสงผลใหเกิดแรงเฉือน (V), โมเมนตดัด (M) และแรงในแนวแกน (N) ในคาน
Wednesday, February 26, 14
-
80
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• แรงในแนวแกน (axial force, N) ทำใหเกิดความเคนที่กระจายตัวอยางสม่ำเสมอบนหนาตัดของคาน
Wednesday, February 26, 14
-
81
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• โมเมนตดัด (bending moment, M) ทำใหเกิดความเคนตั้งฉากที่มีการเปล่ียนแปลงแบบเชิงเสน (linearly varying stress) ตามแกน y
Wednesday, February 26, 14
-
82
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• ความเคนตั้งฉากทั้งหมดที่กระทำบนหนาตัดเปน
Wednesday, February 26, 14
-
83
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• ความเคนตั้งฉากทั้งหมดที่กระทำบนหนาตัดเปน
• เม่ือมีแรงในแนวแกน และโมเมนตดัดกระทำบนหนาตัดพรอมๆ กัน พื้นผิวเปนกลาง (neutral surface) จะไมผานจุดเซนทรอยด (centroid) ของหนาตัด
Wednesday, February 26, 14
-
84
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
• แรงเฉือน (shear force, V) ทำใหเกิดความเคนเฉือนบนหนาตัดของคาน
Wednesday, February 26, 14
-
85
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
การบาน 13
1) แผนเหล็กยาว L = 0.8 ม. หนา t = 2 มม. ถูกกระทำดวยแรงคูควบ Mo
ถาระยะโกงตัว d = 143 มม. จงหา (a) รัศมีความโคง () ของแผนเหล็กและ (b) ความเครียดตั้งฉาก () ในแนวยาวของแผนเหล็ก โดยกำหนดใหพื้นผิวสมมาตร (neutral surface) อยูที่ก่ึงกลางความหนาของแผนเหล็ก
Wednesday, February 26, 14
-
86
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
2) ลวดเหล็ก (E = 200 GPa) เสนผาศูนยกลาง d = 0.8 มม. ถูกงอรอบลูก
ลอกรัศมี r = 200 มม. จงหา (a) ความเคนสูงสุดที่เกิดในลวด (max) และ (b) ความสัมพันธระหวางความเคนสูงสุดในเสนลวดกับรัศมีของลอก
Wednesday, February 26, 14
-
87
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
3) จงหาความเคนตั้งฉากสูงสุด (max) ภายใตโมเมนตดัด (M) ของเพลาที่มีหนาตัดตางๆ (a) ทรงกระบอกกลวง d1 = d และ d2 = 1.5d , (b) ทรงกระบอก
ปาดผิวเสนผาศูนยกลาง d และ = 45o, และ (c) หกเหล่ียมซึ่งมีดานยาว b
Wednesday, February 26, 14
-
88
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
4) รถ ABC เคล่ือนที่ในแนวระดับดวยความเรง ao จงหาความเคนตั้งฉาก
สูงสุด (max) ใน AB เม่ือกำหนดใหความหนาแนนของวัสดุที่ใชทำรถเปน
Wednesday, February 26, 14
-
89
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
การบาน 14
5) คานยาว L = 3 ม. และมีแรง P = 90 kN มากระทำที่ก่ึงกลาง จงหาความ
เคนดึงสูงสุด (t) และความเคนอัดสูงสุด (c) โดยกำหนดให b = 450 มม., h = 180 มม. และ t = 30 มม.
Wednesday, February 26, 14
-
90
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
6) โครงสราง ABCD ทำจากทรงกระบอกตัน โดยมีแรง P = 36 N กระทำ
ที่จุด D จงหาเสนผาศูนยกลางต่ำสุด (dmin) ที่ไมทำใหเกิดความเสียหาย
ถาความเคนดัดที่วัสดุสามารถรับไดเปน all = 30 MPa และ b = 100 มม. (ไมคิดน้ำหนักของโครงสราง)
Wednesday, February 26, 14
-
91
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
7) จงหาโมดูลัสหนาตัด (section modulus, S) ต่ำที่สุดของคาน ถาคาน
สามารถรับความเคนดัด (bending stress) ไดไมเกิน 100 MPa (ไมคิดน้ำ
หนักของโครงสราง)
Wednesday, February 26, 14
-
92
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
8) คานซึ่งมีหนาตัดดังรูป รับโมเมนตดัดรอบแกน z จงหาความหนา t ที่ทำให
อัตราสวนระหวางความเคนดัดที่จุดบนสุดตอความเคนดัดที่จุดลางสุดเปน 7:3
Wednesday, February 26, 14
-
93
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
9) จงคำนวณหาอัตราสวนระหวางน้ำหนักของโครงสรางทั้งสาม ถาโครงสรางทั้ง
สามทำจากวัสดุชนิดเดียวกัน ยาวเทากัน รับโมเมนตดัดสูงสุดไดเทากัน และเกิด
ความเคนดัดสูงสุดเทากัน
การบาน 15
Wednesday, February 26, 14
-
94
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
10) กำแพงไมซึ่งประกอบดวยไมแผนตามแนวขวาง และเสาไมในแนวด่ิง โดย
ขนาดของโครงสราง และแรงดันที่มากระทำถูกแสดงดังรูป ถาไมสามารถรับ
ความเคนไดไมเกิน 8 MPa จงคำนวณหาระยะหางระหวางเสาไม (s) สูงสุดโดย
ไมทำใหเกิดความเสียหาย
Wednesday, February 26, 14
-
95
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
11) จงคำนวณหาความเคนเฉือนสูงสุด (max) และความเคนดัดสูงสุด (max) ในเสาทรงกระบอกตัน โดย L = 2 ม., d = 150 มม. และ P = 2.5 kN
Wednesday, February 26, 14
-
96
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
12) ทอนไมสามทอนประกอบกันดวยกาวเปนคานยาว 1 เมตร ถากาวสามารถ
ทนความเคนเฉือน (all) ได 0.35 MPa และความเคนดัด (all) ได 11 MPa ถานำไมทอนนี้ไปทำคานยื่น (cantilever beam) จงคำนวณหาแรงสูงสุดที่กระทำที่
ปลายของคาน (Pmax) โดยมาทำใหคานเสียหาย (ไมคิดน้ำหนักของโครงสราง)
Pmax
1 m
Wednesday, February 26, 14
-
97
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
การบาน 16
14) โครงสราง ABC ดังรูป จงหา (a) แรง P มากที่สุดที่ไมทำใหความเคนบิด
สูงเกิน 8 MPa และ (b) แรง P มากที่สุดที่ไมทำใหความเคนเฉือนสูงเกิน 0.7
MPa (ไมคิดน้ำหนักของโครงสราง)
Wednesday, February 26, 14
-
A
98
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
15) จงหาความเคนเฉือนสูงสุดและต่ำสุดที่ (a) neutral surface, และ (b) ขอบ
ดานซายและขวาของคาน (จุด A) ซึ่งมีหนาตัดสี่เหล่ียมจตุรัสกลวง เม่ือมีแรง
เฉือน V = 60 kN มากระทำ
Wednesday, February 26, 14
-
99
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
16) จงหาความเคนเฉือนสูงสุดและต่ำสุดของชิ้นสวนในแนวตั้ง (web)
เม่ือมีแรงเฉือน V = 62 kN มากระทำ โดย b = 220 มม., h = 300 มม.,
และ h1 = 275 มม.
Wednesday, February 26, 14
-
100
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
27) คานหนาตัดรูปวงกลม ถูกกระทำดวยแรงดึงตามแนวแกน T = 26 kN
และโมเมนตดัด M = 3.2 kN.m ถาวัสดุที่ใชทำคานสามารถรับความเคนดึงได
all = 120 MPa จงหาเสนผาศูนยกลางนอยที่สุด (dmin) ของคานที่จะไมเกิดความเสียหาย (ไมคิดน้ำหนักของคาน)
Wednesday, February 26, 14
-
จบการบรรยาย
101
รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร
Wednesday, February 26, 14