unlam
Transkript
unlam
MUKAVEMET-II (08/09 I I YY) KİRİŞLERDE EĞİLME GERİLMELERİ M MÜ ÜH. H.--M MİİM M FAK. FAK. Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I TRAKYA TRAKYA Ü ÜN NİİVERTS VERTSİİTES TESİİ Basit Eğilme (Pure Bending) Atalet Momentleri Eğilme Gerilmesi 07.02.2012 15:04 Dr. N. MEYDANLIK NM NM © 2008 NM MAK MAKİİNA NA M MÜ ÜH. H. BBÖ ÖL. L. 2 07.02.2012 15:04 TRAKYA ÜNİVERTSİTESİ MÜH.-MİM FAK. M MÜ ÜH. H.--M MİİM M FAK. FAK. Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I TRAKYA TRAKYA Ü ÜN NİİVERTS VERTSİİTES TESİİ (Pure Bending) : Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I 1.Basit Eğilme 07.02.2012 15:04 MAKİNA MÜH. BÖL. MAK MAKİİNA NA M MÜ ÜH. H. BBÖ ÖL. L. NM 3 NM NM 4 TRAKYA ÜNİVERTSİTESİ 400 N MÜH.-MİM FAK. M MÜ ÜH. H.--M MİİM M FAK. FAK. 0.3 m RC= 400 N Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I 0.6 m MAKİNA MÜH. BÖL. NM 5 6 NM NM 400 N MAK MAKİİNA NA M MÜ ÜH. H. BBÖ ÖL. L. 0.3 m M’= 120 N m Basit Eğilme : Aynı düzlemde birbirine zıt ve eşit büyüklükte momentlere (kuvvet çiftlerine) maruz kalan pirizmatik elemanlar. M= 120 N m RD= 400 N Basit Eğilme (Pure Bending) TRAKYA TRAKYA Ü ÜN NİİVERTS VERTSİİTES TESİİ Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I Basit Eğilme = sadece EĞĐLME, KESME yok 07.02.2012 15:04 07.02.2012 15:04 TRAKYA ÜNİVERTSİTESİ MÜH.-MİM FAK. Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I M MÜ ÜH. H.--M MİİM M FAK. FAK. MAKİNA MÜH. BÖL. MAK MAKİİNA NA M MÜ ÜH. H. BBÖ ÖL. L. NM 7 8 NM NM Cismin, herhangi bir kesitinde dış kuvvetlerin etkisi yalnız eğilme momentinden ibaretse veya diğer zorlama çeşitleri ihmal edilebilecek kadar az ise buna mukavemette Basit Eğilme hali denir. Cismi, bir kesitle ikiye böldüğümüz takdirde parçalardan birini dengede tutacak etki kesit ağırlık merkezine tesir eden yalnız bir eğilme momentinden ibaretse basit eğilme hali mevcuttur. Şekildeki (önceki slayttaki halter) simetrik yükle yüklenmiş basit mesnetli kirişte C, D aralığında kiriş basit eğilmeye zorlanmaktadır. A-C ve D-B aralıklarında ise kirişin kesitlerine kesme kuvveti de tesir ettiğinden bu aralıklarda basit eğilme hali mevcut olmayıp genel eğilme hali mevcuttur. 07.02.2012 15:04 TRAKYA TRAKYA Ü ÜN NİİVERTS VERTSİİTES TESİİ Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I Basit Eğilmeye zorlanan bir kesitteki gerilmeler bir kuvvet çifti verecek şekilde dağılırlar. Bu kuvvet çiftinin düzlemi atılan parçaya tesir eden dış kuvvetlerin kuvvet çiftinin düzleminin aynıdır. Kesitteki gerilmeleri hesaplayabilmek için çubuğun deformasyonunu (Şekil değiştirmesini) göz önüne almak icap eder. Basit eğilmeye zorlanan bir çubuğun deformasyonu şöyle olur. Şekildeki çubukta aşağı taraftaki lifler uzamış yukarıdaki lifler kısalmıştır. Eksendeki liflerde aynı boyda kalmıştır. O halde aşağıdaki lifler uzadığına göre bu lifler çekme gerilmesine yukarıdaki liflerde kısaldığına göre basma gerilmelerine maruz kalmaktadır. Eğilmeden sonra çubuğun ekseni dairesel bir eğri halini alır. Bu eğriye Elastik Eğri denir. Eğilmeden önce çubuk eksenine dik bir düzlem kesit içinde bulunan noktalar eğilmeden sonra gene çubuk eksenine (Elastik Eğri) dik bir düzlem içinde kalmak üzere kesit düzlemi biraz döner. Yani eğilmeden önce paralel olan düzlemler eğilme sonucu aralarında açı yaparlar. Eğilmede bu hipotezi Bernoulli bulmuş ve Navier.de düzenlemiştir. 07.02.2012 15:04 TRAKYA ÜNİVERTSİTESİ Bu hipoteze göre: MÜH.-MİM FAK. MAKİNA MÜH. BÖL. NM NM 9 NM 1. Çubuk eksenine dik düzlem kesitler eğilme neticesinde gene düzlem kalırlar. 2. Çubuk eksenine dik kesitler şekil değiştirmeden sonra da şekil değiştirmiş eksene dik kalırlar. Ayrıca aşağıdaki hususlarda kabul edilir. 1. Kiriş (çubuk) malzemesi homojen olup Hooke kanununa uymaktadır. 2. Çekme ve basmada elastiklik modülü birbirine eşittir. 3. Eğilmeden önce kiriş ekseni doğru olup çubuğun her yerinde kesitleri aynı kalmaktadır. MAK MAKİİNA NA M MÜ ÜH. H. BBÖ ÖL. L. Basit eğilmeye zorlanan bir çubukta Bernoulli hipotezini göz önüne alarak liflerin uzama ve kısalmasını hesaplayalım. Slayt14 de görüldüğü gibi yukarıdaki lifler kısalmış aşağıdaki lifler uzamış ve çubuk ekseninden geçen bir düzlem içindeki lifler ise ne uzamış ne de kısalmıştır. Bu düzleme Tarafsız veya Nötr Düzlem denir. Tarafsız düzlemin kesit düzlemi ile ara kesitine Tarafsız Eksen denir. Tarafsız eksenden y uzaklığındaki bir lifin M MÜ ÜH. H.--M MİİM M FAK. FAK. Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I (JK lifinin-slayt17) uzama oranı εx dir. 07.02.2012 15:04 TRAKYA TRAKYA Ü ÜN NİİVERTS VERTSİİTES TESİİ • Kiriş ; L>>h, L>>b KĐRĐŞLER ĐLE ĐLGĐLĐ TEMEL VARSAYIMLAR (KABULLER) (L/h>10, L/b>10) • x-y düzlemi simetri düzlemidir • Yükler x-y düzleminde uygulanıyor • Kiriş x-y düzleminde deforme oluyor • Kiriş yüksekliği,h, değişmiyor, • Kiriş ekseni kesitin ağırlık merkezi ile çakışıyor (ilerde göreceğiz) Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I 10 • Ve incelediğimiz kirişlerin hepsi uzunlamasına eksenine dik yönde etki eden yükler etkisindedir. 07.02.2012 15:04 TRAKYA ÜNİVERTSİTESİ MÜH.-MİM FAK. * Dikkat : Burada incelediğimiz kirişler MAKİNA MÜH. BÖL. NM 11 NM NM • Uzunluk ekseni boyunca düz • Kiriş kesiti düşey simetri eksenine sahiptir • Not: Uygulanan eğilme momentinin kirişin boyuna ekseni ve bu düşey simetri ekseninin olduğu düzlemde etki ettiği kabul edilir. Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I M MÜ ÜH. H.--M MİİM M FAK. FAK. MAK MAKİİNA NA M MÜ ÜH. H. BBÖ ÖL. L. • kirişin herhangi bir yerindeki kesitte iç kuvvetler uygulanan dış momente eşdeğerdir, ki bu momente EĞİLME MOMENTİ (bending moment) denir. 07.02.2012 15:04 TRAKYA TRAKYA Ü ÜN NİİVERTS VERTSİİTES TESİİ • From statics, M bir kuvvet çiftidir, iki eşit ve birbirine zıt kuvvet demektir. • x ekseni yönünde kuvvetlerin toplamı sıfırdır. Σ M y = ∫ z σ x dA = 0 ΣFx = ∫ σ x dA = 0 ( F − F = 0) 12 • Ve yine statikten biliyoruz ki denge için herhangi bir kesitte herhangi bir doğrultudaki iç kuvvetlerin toplamı sıfırdır yani; • Momentin olduğu düzlem içindeki y eksenine göre moment sıfırdır, ∑ M z = ∫ − yσ x dA = M Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I • but, bu düzleme dik z eksenine göre moment M’ ye eşittir. 07.02.2012 15:04 TRAKYA ÜNİVERTSİTESİ MÜH.-MİM FAK. MAKİNA MÜH. BÖL. • Yay merkezinden geçen kesit düzlemi yine düzlem kalıyor • Üstteki liflerin uzunluğu azalırken alttaki liflerin uzunluğu artıyor • Alt ve üst yüzeylere parelel, uzunluğu değişmeyen bir tarafsız yüzey (neutral surface) oluşuyor • Tarafsız yüzeyin üstündeki gerilme ve genlemeler negatif (basma) ve altındakiler ise pozitif (çekme) dir. MAK MAKİİNA NA M MÜ ÜH. H. BBÖ ÖL. L. Yüklü hal (M=M1) Yüksüz hal (M=0) NM 14 NM NM Deneysel gözlem M MÜ ÜH. H.--M MİİM M FAK. FAK. Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I TRAKYA TRAKYA Ü ÜN NİİVERTS VERTSİİTES TESİİ Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I 13 • Düzgün bir daire yay parçası şeklinde eğiliyor • Kiriş yine simetrik kalıyor Düşey simetri düzlemine sahip bir kiriş basit eğilmeye maruz kaldığında: EĞĐLME DEFORMASYONLARI Boyuna düşey kesit (simetri düzlemi) Boyuna yatay kesit 07.02.2012 15:04 07.02.2012 15:04 Simetri ekseni Boyuna eksen TRAKYA ÜNİVERTSİTESİ MÜH.-MİM FAK. Yatay çizgiler eğri oluyor MAKİNA MÜH. BÖL. Deformasyon sonrası NM 15 NM NM Kabuller: A) Düşey kesit yine düzlem kalıyor B) Boyuna eksenin uzunluğu değişmiyor C) Düşey kesit boyuna eksene dik kalmaya Tarafsız yüzey devam ediyor D) Düşey düzlemdeki çarpılma ihmal edilebilir EĞĐLME DEFORMASYONLARI Deformasyon öncesi Düşey çizgiler düz kalıyor MAK MAKİİNA NA M MÜ ÜH. H. BBÖ ÖL. L. (Strain Due to Bending) M MÜ ÜH. H.--M MİİM M FAK. FAK. Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I TRAKYA TRAKYA Ü ÜN NİİVERTS VERTSİİTES TESİİ εx = ε = m L c ρ εx = − =− or y εm c ρ= Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I c εm εm: En büyük genleme (max. genleme) 16 L′ = (ρ − y )θ δ = L′ − L = (ρ − y )θ − ρθ = − yθ δ yθ y =− (strain varies linearly) ρθ ρ JK lifinin uzunluğu (L’, çok küçük açıları gören yay uz.) ; L uzunluğundaki bir kirişi gözönüne aldığımızda; deformasyondan sonra, tarafsız yüzey uzunluğu yine L olarak kalırken (Kalın kırmızı çizgi). Örneğin; tarafsız yüzeyden y kadar yukardaki bir lifin (JK) uzunluğu, Eğilme nedeniyle deformasyon 07.02.2012 15:04 (a) Boyuna düşey kesit (simetri düzlemi) Tarafsız Tarafsı Tarafsız eksen (b) En kesiti (Düşey kesit) 07.02.2012 15:04 MÜH.-MİM FAK. 17 . MAKİNAGenişlik MÜH. Bboyunca ÖL. NM düzgün dağıldığı kabul edilir. Flash örnek 18 NM NM Tarafsız eksenden olan uzaklık MAK MAKİİNA NA M MÜ ÜH. H. BBÖ ÖL. L. Elastik eğilme gerilmesi y σm c Atalet momentinin tanımı c σ mI ∫ y dA = − y − σ m dA c • For static equilibrium, TRAKYA ÜNİVERTSİTESİ Eğilme Gerilmesi ; • Lineer elastik malzeme için, y σ x = Eε x = − Eε m c y = − σ m (stress varies linearly) c En büyük gerilme • Statik dengeden, x M = ∫ − yσ y Fx = 0 = ∫ σ x dA = ∫ − σ m dA c σ ∫ σ 0 = − m ∫ y dA c σm = Substituti ng My σ =− I x M MÜ ÜH. H.--M MİİM M FAK. FAK. Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I TRAKYA TRAKYA Ü ÜN NİİVERTS VERTSİİTES TESİİ Eğilme Momenti (Mz) (Đç kuvvet ) My σ =− I x Tarafsız eksene göre atalet momenti (Iz) gerilme σx = − M = m y 2 dA = c Mc M = I S y x Bu demektir ki kesitin tarafsız (nötr) eksene göre 1. alan momenti (statik moment) sıfır olmalıdır (bkz. Ağ. mer. bul.) Bir başka deyişle gerilmeler elastik bölgede kaldığı müddetçe tarafsız eksen kesitin ağırlık merkezinden geçer. 07.02.2012 15:04 Tarafsız yüzey z Tarafsız eksen (y=0) (σ=0, ε=0) Pozitif bir moment etkisinde gerilme dağılımı Dikkat: Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I y negatif ise gerilme çekme gerilmesidir. Moment pozitif olduğunda ;y pozitif ise gerilme basma gerilmesidir, 07.02.2012 15:04 TRAKYA ÜNİVERTSİTESİ Mz y Iz MÜH.-MİM FAK. MAKİNA MÜH. BÖL. Pozitif moment etkisinde gerilme dağılımı örnekleri ; σx = − Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I M MÜ ÜH. H.--M MİİM M FAK. FAK. MAK MAKİİNA NA M MÜ ÜH. H. BBÖ ÖL. L. NM 20 NM NM 19 İki önemli parametre ; (1) Ağırlık Merkezi, (2) Atalet Momenti (Iz) 07.02.2012 15:04 TRAKYA TRAKYA Ü ÜN NİİVERTS VERTSİİTES TESİİ Atalet Momentleri ; (çok kullanı kullanılan iki kesit iç için ağ ağ. mer. mer. geç geçen eksenlere gö göre) Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I (yani ezberleyiniz, lütfen !) Bu iki kesitin atalet momenti ifadelerini hafızanıza alınız ! 07.02.2012 15:04 TRAKYA ÜNİVERTSİTESİ PARELEL EKSEN TEOREMİ ; MÜH.-MİM FAK. MAKİNA MÜH. BÖL. Ağırlık merkezinden geçen eksene göre atalet momenti biliniyorsa buna parelel bir başka eksene göre atalet momentini bulmak için kullanılır. (Ağ. Mrk.) Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I M MÜ ÜH. H.--M MİİM M FAK. FAK. MAK MAKİİNA NA M MÜ ÜH. H. BBÖ ÖL. L. Ixc , Iyc (veya Ix ,Iy ) verildiğinde Ix , Iy (veya Ixc , Iyc ) nin bulunması 07.02.2012 15:04 TRAKYA TRAKYA Ü ÜN NİİVERTS VERTSİİTES TESİİ Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I NM 21 22 NM NM ÖRNEK-1: (Toplayarak) BİLEŞİK ALAN (veya kompozit alan) 07.02.2012 15:04 TRAKYA ÜNİVERTSİTESİ MÜH.-MİM FAK. M MÜ ÜH. H.--M MİİM M FAK. FAK. Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I TRAKYA TRAKYA Ü ÜN NİİVERTS VERTSİİTES TESİİ Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I MAKİNA MÜH. BÖL. MAK MAKİİNA NA M MÜ ÜH. H. BBÖ ÖL. L. ÖRNEK-2: (Çıkartarak) BİLEŞİK ALAN (veya kompozit alan) 07.02.2012 15:04 ÖRNEK-3: 07.02.2012 15:04 NM 23 NM NM 24 TRAKYA ÜNİVERTSİTESİ MÜH.-MİM FAK. Eğilme momenti ve eğrilik arasındaki ilişki : Pozitif Eğilme Momenti Pozitif Eğrilik Çekme gerilmesi M MÜ ÜH. H.--M MİİM M FAK. FAK. Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I Pozitif Eğilme Momenti Basma gerilmesi MAKİNA MÜH. BÖL. Negatif Eğilme Momenti Negatif Eğrilik MAK MAKİİNA NA M MÜ ÜH. H. BBÖ ÖL. L. Basma gerilmesi Negatif Eğilme Momenti Çekme gerilmesi Eğilme momenti ile Normal gerilme arasındaki ilişki : 07.02.2012 15:04 TRAKYA TRAKYA Ü ÜN NİİVERTS VERTSİİTES TESİİ örnek Problem 1 SOLUTION: NM 25 26 NM NM • Kirişin S.C.D. çizip mesnet tepki kuvvetlerini bulunuz. • KK ve EM diyagramlarını çiziniz, • En büyük KK ve EM değerlerini tespit ediniz, • Elastik eğilme formülünü uygulayıp en büyük normal gerilmeyi bulunuz Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I Şekilde yükleme hali görülen ahşap bir kiriş için kesme kuvveti ve eğilme moment diyagramını çiziniz, en büyük normal gerilmeyi hesap ediniz. 07.02.2012 15:04 b h3 = = 1 12 MAKİNA MÜH. BÖL. (0 .080 m )(0 .250 m )3 NM 50 × 10 3 ( N ⋅ m) x 0.125 (m) 1 .0416 × 10 − 4 m 4 28 NM NM 27 Flash Örnek; rnek 1, 2, 3, 4 MÜH.-MİM FAK. 1 12 I M B .c Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I M MÜ ÜH. H.--M MİİM M FAK. FAK. MAK MAKİİNA NA M MÜ ÜH. H. BBÖ ÖL. L. σ max . = 60.0 × 106 Pa σ max . = = 1 .04166 × 10 − 4 m 4 I = • Apply the elastic flexure formulas to determine the corresponding maximum normal stress. • En büyük (maksimum) kesme kuvveti veya eğilme momenti mutlak değerce en büyük olandır. Vm = 26 kN M m = M B = 50 kN ⋅ m TRAKYA ÜNİVERTSİTESİ Örnek Problem 1 devam : 07.02.2012 15:04 TRAKYA TRAKYA Ü ÜN NİİVERTS VERTSİİTES TESİİ Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I ÇALIŞMA SORUSU: M=25 kN.m lik iki adet eşit ve zıt yöndeki eğilme momentleri altındaki C kesitli kirişte ; a) C noktasındaki b) D noktasındaki ve c) E noktasındaki gerilmeleri bulunuz. 07.02.2012 15:04 07.02.2012 15:04 07.02.2012 15:04 TRAKYA ÜNİVERTSİTESİ MÜH.-MİM FAK. M MÜ ÜH. H.--M MİİM M FAK. FAK. Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I TRAKYA TRAKYA Ü ÜN NİİVERTS VERTSİİTES TESİİ Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I MAKİNA MÜH. BÖL. MAK MAKİİNA NA M MÜ ÜH. H. BBÖ ÖL. L. NM 29 NM NM 30 TRAKYA ÜNİVERTSİTESİ En Büyük Gerilmeler ; Basma gerilmeleri Pozitif eğilme momenti MÜH.-MİM FAK. MAKİNA MÜH. BÖL. Çekme gerilmeleri NM 32 NM NM 31 Negatif eğilme momenti Basma gerilmeleri S1 ve S2 ye “Kesit Modülleri” veya “Eğilme Mukavemet MAK MAKİİNA NA M MÜ ÜH. H. BBÖ ÖL. L. Momentleri” denir. M MÜ ÜH. H.--M MİİM M FAK. FAK. Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I Çekme gerilmeleri 07.02.2012 15:04 TRAKYA TRAKYA Ü ÜN NİİVERTS VERTSİİTES TESİİ Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I İki Eksene Göre de Simetrik olan Kesitler ; 07.02.2012 15:04 TRAKYA ÜNİVERTSİTESİ Kiriş kesit özellikleri : • Eğilme nedeniyle en büyük normal gerilme, I ⇒ ( kesit mod ülü ) c M c M σ = = max . I S I ⇒ ( atalet momenti) S ( We ) = Geniş B. MAKİNA MÜH. BÖL. NM 1 bh 3 I = 12 = 16 bh 2 = 16 Ah c h 2 • Dikdörtgen kesitli kirişi gözönüne alırsak, MÜH.-MİM FAK. Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I M MÜ ÜH. H.--M MİİM M FAK. FAK. 33 34 NM NM (birim uzunluktaki kütle miktarı) MAK MAKİİNA NA M MÜ ÜH. H. BBÖ ÖL. L. Aynı kesit alanına sahip iki kirişi karşılaştırırsak, yüksekliği daha büyük olan kirişin eğilmeye karşı direncinin daha büyük olduğu görülür. (>>h/b de yanal burkulma ?) S (W e ) = Kirişin kesit modülü ne kadar büyükse eğilmeye karşı direnci o kadar büyük olur. Dar B. 07.02.2012 15:04 TRAKYA TRAKYA Ü ÜN NİİVERTS VERTSİİTES TESİİ Properties of American Standard Shapes (toplam yükseklik) Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I (Dar başlıklı I kiriş) (Kesit tipi) 07.02.2012 15:04 TRAKYA ÜNİVERTSİTESİ MÜH.-MİM FAK. MAKİNA MÜH. BÖL. Prizmatik kirişlerin eğilmeye göre tasarımı (özet): = M I max c = S M max (veya = max We M ) • En büyük normal gerilmeler, yüzeyde ve eğilme momentinin en büyük olduğu yerdedir. σ max . • Genel mukavemet şartına göre emniyetli bir tasarım için en büyük normal gerilme kullanılan malzemenin hasarlanmadan taşıyabileceği en büyük gerilme (emniyetli gerilme) den daha küçük olmalıdır. Bu M max σ em. s ) ( veya We min . ≥ M max σ em. ) En küçük S (We) değeri bu şartı sağlamalı kriterden gerekli en küçük kesit modülü elde edilebilir. σs ≥ σ max . ≤ σ em. ( = S min Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I M MÜ ÜH. H.--M MİİM M FAK. FAK. MAK MAKİİNA NA M MÜ ÜH. H. BBÖ ÖL. L. • Kesit modülleri arasından seçimde kullanılan kriterde şu olmalıdır; eğilme direnci yüksek, birim uzunlukta daha hafif olanı veya kesiti kurtaran ucuz olan seçilir. 07.02.2012 15:04 TRAKYA TRAKYA Ü ÜN NİİVERTS VERTSİİTES TESİİ Örnek Problem 1 Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I NM 35 36 NM NM Yukarda görülen bir basit destekli kiriş düzgün yayılı yük ve tekil yük etkisindedir. Kiriş malzemesinin hasarlanmadan taşıyabileceği en büyük normal gerilme değeri 160 MPa, olduğuna göre kullanılması gereken geniş flanşlı (W tipi) bir kiriş kesiti seçiniz. 07.02.2012 15:04 M max W360 × 32.9 W410 × 38.8 Shape 549 474 637 S , mm3 max = MÜH.-MİM FAK. = 67 .6 kNm 67.6 k> ⋅ m 160 MPa MAKİNA MÜH. BÖL. W 360× 32.9 NM 37 NM NM 38 Ek sorular • Choose the best standard section which meets this criteria. >asıl olacak ? MAK MAKİİNA NA M MÜ ÜH. H. BBÖ ÖL. L. = (area under shear curve , A to E ) • En büyük eğilme momenti at V = 0 or x = 2.6 m dir. VB = −8 kN VB − V A = −(area under load curve) = −60 kN V A = Ay = 52.0 kN • Kesme kuvveti diyagramından en büyük eğilme momenti bulunabilir, Ay = 52.0 kN ∑ M A = 0 = D(5 m ) − (60 kN )(1.5 m ) − (50 kN )(4 m ) D = 58.0 kN ∑ Fy = 0 = Ay + 58.0 kN − 60 kN − 50 kN • Kirişin S.C.D. çizilerek A and D deki tepki kuvvetleri. TRAKYA ÜNİVERTSİTESİ M σs M MÜ ÜH. H.--M MİİM M FAK. FAK. Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I TRAKYA TRAKYA Ü ÜN NİİVERTS VERTSİİTES TESİİ Örnek Problem 1 devam 07.02.2012 15:04 ≥ W310 × 38.7 535 = 422.5 × 10 −6 m3 = 422.5 × 10 3 mm3 W250 × 44.8 We min • Kabul edilebilir minumum kesit modülü, Örnek Problem 1 devam tip 448 Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I Kütle/birim uzunluk W200 × 46.1 yükseklik 07.02.2012 15:04 TRAKYA ÜNİVERTSİTESİ EĞRİLİK ‘ in tanımı ; 1 ρ = ε max . c MÜH.-MİM FAK. MAKİNA MÜH. BÖL. (Daha önceki konu slayt 17 de elde etmiştik.) NM Eğilme momentinin neden olduğu deformasyon nötr yüzeyin eğriliği ile ölçülür. Eğrilik ρ yarıçapı ile tanımlanır ve = κ 1 ρ ρ = σ max . Ec veya 40 NM NM 39 M arttıkça eğrilik artıyor EI arttıkça eğrilik azalmakta, EI deformasyona karşı direnci temsil ettiğinden, EI ya Eğilme rijidliğ rijidliği denir, MAK MAKİİNA NA M MÜ ÜH. H. BBÖ ÖL. L. Eğrilik ifadesi M MÜ ÜH. H.--M MİİM M FAK. FAK. Eğrilik yarıçapı Eğrilik Çok küçük deformasyon için Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I Yarıçapı ρ : Eğrilik TRAKYA TRAKYA Ü ÜN NİİVERTS VERTSİİTES TESİİ Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I 1 M = elde edilir. EI 1 Mc = Ec I Elastik bölgede εmax.= σmax./E yukarda yerine konursa (Kapa) 07.02.2012 15:04 EĞRİLİK : 07.02.2012 15:04 TRAKYA ÜNİVERTSİTESİ MAKİNA MÜH. BÖL. Negatif Negatif eğrilik eğrilik MÜH.-MİM FAK. EĞRİLİK için İşaret Kuralı: Pozitif Pozitif eğrilik eğrilik Pozitif moment pozitif eğrilik yaratır Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I M MÜ ÜH. H.--M MİİM M FAK. FAK. Negatif Eğrilik Negatif Eğilme Momenti MAK MAKİİNA NA M MÜ ÜH. H. BBÖ ÖL. L. Eğilme momenti ve Kesme kuvvetikuralını için işarethatırlarsak kuralı Eğilme momenti için işaret ; 07.02.2012 15:04 TRAKYA TRAKYA Ü ÜN NİİVERTS VERTSİİTES TESİİ Eğilme momenti ve eğrilik arasındaki ilişki : Pozitif Eğilme Momenti Pozitif Eğrilik Çekme gerilmesi Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I Pozitif Eğilme Momenti Basma gerilmesi Basma gerilmesi Negatif Eğilme Momenti Çekme gerilmesi Eğilme momenti ile Normal gerilme arasındaki ilişki : 07.02.2012 15:04 NM 41 NM NM 42 Örnek Problem 2 MÜH.-MİM FAK. ∑ yA ∑A 1 ρ Mc I = M EI MAKİNA MÜH. BÖL. ( I x′ = ∑ I + A d 2 M MÜ ÜH. H.--M MİİM M FAK. FAK. SOLUTION: ) y , mm 50 20 ) NM 43 NM NM 44 3 yA, mm3 90 ×103 24 ×103 ∑ yA = 114 ×10 3 ∑ yA 114 ×10 Y = = = 38 mm 3000 ∑A ∑ A = 3000 Area, mm 2 1 20 × 90 = 1800 2 40 × 30 = 1200 Kesitin geometrik özellikleri, ağırlık merkezinin yeri ve atalet momenti hesaplanırsa, MAK MAKİİNA NA M MÜ ÜH. H. BBÖ ÖL. L. • Calculate the curvature σm = • Apply the elastic flexural formula to find the maximum tensile and compressive stresses. Y = • Based on the cross section geometry, calculate the location of the section centroid and moment of inertia. SOLUTION: TRAKYA ÜNİVERTSİTESİ ) TRAKYA TRAKYA Ü ÜN NİİVERTS VERTSİİTES TESİİ Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I DD den yapılmış bir makine elemanına yukarda görüldüğü gibi 3 kN-m lik moment etki etmektedir. E = 165 GPa and köşelerdeki çentik etkisi ihmal edildiğinde, (a) En büyük çekme ve basma gerilmesini bulunuz, (b) eğrilik yarıçapını bulunuz. 07.02.2012 15:04 ) ( örnek Problem 2 devam ( )( 1 bh3 + A d 2 I x′ = ∑ I + A d 2 = ∑ 12 ( 1 90 × 203 + 1800 × 12 2 + 1 30 × 403 + 1200 ×182 = 12 12 Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I I = 868 ×103 mm = 868 × 10-9 m 4 07.02.2012 15:04 σB = − = M EI MÜH.-MİM FAK. 3 kN⋅ m • Eğrilik hesabı ; 1 ρ = (165GPa)(868×10-9 m4 ) Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I M MÜ ÜH. H.--M MİİM M FAK. FAK. MAKİNA MÜH. BÖL. NM 46 NM NM 45 = 20.95×10−3 m-1 MAK MAKİİNA NA M MÜ ÜH. H. BBÖ ÖL. L. ρ ρ = 47.7 m 1 Mc σm = I M c A 3 kN ⋅ m × 0.022 m σ = +76.0 MPa A = σA = I 868 ×10−9 mm4 M cB 3 kN ⋅ m × 0.038 m σ = −131.3 MPa B = − I 868 ×10−9 mm 4 • En büyük çekme ve basma gerilmesini bulmak için elastik eğilme formülü uygulanırsa. TRAKYA ÜNİVERTSİTESİ Örnek Problem 2 devam 07.02.2012 15:04 TRAKYA TRAKYA Ü ÜN NİİVERTS VERTSİİTES TESİİ Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I T kiriş kesiti ya en büyük çekme gerilmelerini yada en büyük basma gerilmelerini düşürmek için tercih edilir. YORUM: 07.02.2012 15:04 Örnek Problem 3 . TRAKYA ÜNİVERTSİTESİ MÜH.-MİM FAK. M MÜ ÜH. H.--M MİİM M FAK. FAK. Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I TRAKYA TRAKYA Ü ÜN NİİVERTS VERTSİİTES TESİİ SOLUTION: Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I MAKİNA MÜH. BÖL. NM 47 NM NM 48 • 45-kN yükün yerine D de eşdeğer kuvvet-kuvvet çifti oluşturun ve B deki tepki kuvvetlerini bulun • Kirişi uygun yerlerden keserek oluşturdunuz SCD üzerinde statiğin denge denklemlerini uygulayınız. MAK MAKİİNA NA M MÜ ÜH. H. BBÖ ÖL. L. Yukarda görülen ankastre kiriş kesiti W250x167 olan geniş flanşlı haddelenmiş çelik kirişten yapılmıştır. (a) verilen yükleme hali için kirişin KK ve EM diyagramlarını çiziniz, (b) D noktasının hemen sağında ve solundaki normal gerilmeyi hesaplayınız. 07.02.2012 15:04 Örnek Problem 3 . 07.02.2012 15:04 Örnek Problem 3 . 07.02.2012 15:04 TRAKYA ÜNİVERTSİTESİ MÜH.-MİM FAK. MAKİNA MÜH. BÖL. NM NM NM about the X−X axis. MAK MAKİİNA NA M MÜ ÜH. H. BBÖ ÖL. L. 49 From Appendix C for a W250 × 167 rolled steel shape, S = 208 × 106 mm3 D’ nin hemen solunda : D’ nin hemen sağında : M MÜ ÜH. H.--M MİİM M FAK. FAK. Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I TRAKYA TRAKYA Ü ÜN NİİVERTS VERTSİİTES TESİİ Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I 50 Çalışma Prob.-1: Aşağıda şekilde kesiti ve yükleme hali verilen kirişte meydana gelen en büyük normal gerilmeyi hesap ediniz ve normal gerilmenin kesit boyunca dağılımını grafik olarak çiziniz. 07.02.2012 15:04 TRAKYA ÜNİVERTSİTESİ MÜH.-MİM FAK. Kesit üç parçaya bölünüp parelel eksen teoremi ile En büyük gerilme c=170 mm ile; M MÜ ÜH. H.--M MİİM M FAK. FAK. Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I TRAKYA TRAKYA Ü ÜN NİİVERTS VERTSİİTES TESİİ Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I B noktasındaki gerilme c=150 mm ile ; 07.02.2012 15:04 Gerilme dağılımı 07.02.2012 15:04 MAKİNA MÜH. BÖL. MAK MAKİİNA NA M MÜ ÜH. H. BBÖ ÖL. L. NM 51 NM NM 52 TRAKYA ÜNİVERTSİTESİ MÜH.-MİM FAK. M MÜ ÜH. H.--M MİİM M FAK. FAK. Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I TRAKYA TRAKYA Ü ÜN NİİVERTS VERTSİİTES TESİİ Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I MAKİNA MÜH. BÖL. MAK MAKİİNA NA M MÜ ÜH. H. BBÖ ÖL. L. NM 54 NM NM 53 Çalışma Prob.-2: Aşağıda şekilde kesiti ve yükleme hali verilen kirişin a-a kesitinde meydana gelen en büyük normal gerilmeyi hesap ediniz . 07.02.2012 15:04 07.02.2012 15:04 07.02.2012 15:04 07.02.2012 15:04 TRAKYA ÜNİVERTSİTESİ MÜH.-MİM FAK. M MÜ ÜH. H.--M MİİM M FAK. FAK. Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I TRAKYA TRAKYA Ü ÜN NİİVERTS VERTSİİTES TESİİ Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I MAKİNA MÜH. BÖL. MAK MAKİİNA NA M MÜ ÜH. H. BBÖ ÖL. L. NM 55 NM NM 56 Çalışma sorusu -1. TRAKYA ÜNİVERTSİTESİ Ahşap kiriş şekilde gösterildiği gibi dikdörtgen bir kesite sahiptir. Eğilme emniyet gerilmesi σem.=10 MPa olduğuna göre gerekli b boyutunu hesaplayınız. Çalışma sorusu -2. MÜH.-MİM FAK. M MÜ ÜH. H.--M MİİM M FAK. FAK. Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I TRAKYA TRAKYA Ü ÜN NİİVERTS VERTSİİTES TESİİ MAKİNA MÜH. BÖL. YNT: b=53.1 mm MAK MAKİİNA NA M MÜ ÜH. H. BBÖ ÖL. L. Yükleme hali verilen kiriş için en büyük normal gerilmeyi hesaplayınız. YNT: σ =± 1.2 MPa 07.02.2012 15:04 Çalışma sorusu -3. Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I YNT: σ =± 40.5 MPa Yükleme hali verilen kiriş için en büyük normal gerilmeyi hesaplayınız. 07.02.2012 15:04 NM 57 NM NM 58 TRAKYA ÜNİVERTSİTESİ σ max . = K MÜH.-MİM FAK. Mc I M MÜ ÜH. H.--M MİİM M FAK. FAK. Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I TRAKYA TRAKYA Ü ÜN NİİVERTS VERTSİİTES TESİİ D d MAKİNA MÜH. BÖL. σak.=500 MPa olduğuna göre en büyük normal gerilmeyi hesap ediniz. Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I K=1.45 okunur ve r d MAK MAKİİNA NA M MÜ ÜH. H. BBÖ ÖL. L. NM 60 NM NM 59 Gerilme Yığılma Etkisi (STRESS CO(CE(TRATI(OS) Gerilme yığılma etkisi ya yüklerin uygulama noktası civarında yada kesitin birdenbire değiştiği bölgelerde ortaya çıkar, örneğin ; 07.02.2012 15:04 Örnek Prob. : 07.02.2012 15:04 TRAKYA ÜNİVERTSİTESİ MÜH.-MİM FAK. M MÜ ÜH. H.--M MİİM M FAK. FAK. Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I TRAKYA TRAKYA Ü ÜN NİİVERTS VERTSİİTES TESİİ MAKİNA MÜH. BÖL. MAK MAKİİNA NA M MÜ ÜH. H. BBÖ ÖL. L. NM 61 62 NM NM Aslında normal gerilme dağılımı nonlineerdir (b), ama eğilme gerilme formülüne göre lineer ve σmax.=234 MPa dır (c). Dikkat edilirse daha büyük geçiş yarıçapı K’ yı dolayısıyla en büyük gerilmeyi düşürür. 07.02.2012 15:04 ÖRNEK 33-3 Uygulama : Eğilme momenti 180 >m olduğunda gerilmenin 150 MPa’ ı geçmemesi için r=? ne omalıdır ? I=9*403/12=48.103 mm4 K ≤ 2 olmali Mc K ≤ 150 MPa I K * 75 ≤ 150 MPa Mc 180 *103 * 20 = = 75 MPa I I Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I D 60 = = 1.5 d 40 r = 0.13 olmalı K = 2 için tablodan d r = .13 * d = 0.13 * 40 = 5.2 mm olmalı 07.02.2012 15:04 TRAKYA ÜNİVERTSİTESİ MÜH.-MİM FAK. MAKİNA MÜH. BÖL. Toplam Toplam NM NM NM 63 σeğ ≥ σek. σeğ.≤ σek. yazılabilir • Eksantrik yükleme nedeniyle olan gerilmeler; eğilme ve eksenel yüklemenin süperpozesi ile elde edilebilir. Yani, σ x = (σ x )eksenel + (σ x )eğ . Simetri Düzleminde Eksantrik Eksenel Yükleme M F P My = − A I Gerilme dağılımı : eğilme eğilme MAK MAKİİNA NA M MÜ ÜH. H. BBÖ ÖL. L. • Superpose the uniform stress due to the centric load and the linear stress due to the bending moment. • Find the equivalent centric load and bending moment ÇÖZÜM YOLU: M MÜ ÜH. H.--M MİİM M FAK. FAK. Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I 15 mm 12 mm TRAKYA TRAKYA Ü ÜN NİİVERTS VERTSİİTES TESİİ eksenel eksenel • Eksantrik yükleme F=P M = Pd 07.02.2012 15:04 ÖRNEK 3.3. 800 N 800 N 800 N 64 • Evaluate the maximum tensile and compressive stresses at the inner and outer edges, respectively, of the superposed stress distribution. • Find the neutral axis by determining the location where the normal stress is zero. Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I Yukarda görülen 12 mm çapında düşük karbonlu çelikten yapılmış açık zincir halkası şekilde görüldüğü gibi 800 N luk kuvvetle çekmeye zorlanıyor, (a) en büyük çekme ve basma gerilmelerini bulunuz, (b) ağırlık merkezi ile nötr eksen arasındaki mesafeyi bulunuz. 07.02.2012 15:04 Örnek 3.3. devam d=15 mm 800 N • Eşdeğer eksenel yük ve eğilme momenti MÜH.-MİM FAK. MAKİNA MÜH. BÖL. • Eksenel yük nedeniyle normal gerilme dağılımı 2 A = π c 2 = π (0 . 006 ) = 113 .1 *10 − 6 m 2 P 800 N σ0 = = A 113 .1 *10 − 6 m 2 = 7 . 07 MPa 1 64 π d4 = 1 64 π (0.012 )4 • Eğilme momenti nedeniyle normal G. I= MAK MAKİİNA NA M MÜ ÜH. H. BBÖ ÖL. L. -63.6 MPa M MÜ ÜH. H.--M MİİM M FAK. FAK. NM 65 66 NM NM = 1.018 * 10 −9 m 4 Mc (12 >m )(0.006 m ) σm = = I 1.018 * 10 −9 m 4 = 70 .7 MPa -70.7 MPa 7.07 MPa TRAKYA ÜNİVERTSİTESİ 70.7 MPa 77.8 MPa -70.7 MPa P My0 0= − A I P I 1.018 *10 −9 m 4 = (7.07 MPa ) y0 = 12 Nm AM y0 = 0.6 mm • Tarafsız eksenin yeri (σx=0) TRAKYA TRAKYA Ü ÜN NİİVERTS VERTSİİTES TESİİ Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I P = 800 > M = Pd = (800 > )(15 mm ) = 12 >m 07.02.2012 15:04 Örnek 3.3. devam 70.7 MPa 7.07 MPa • En büyük çekme ve basma gerilmeleri σt = σ0 +σm = 7.07 + 70.7 = 77.8 MPa σc = σ0 −σm Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I = 7.07 − 70.7 = −63.6 MPa 07.02.2012 15:04 ÖRNEK 3.4. A = 3 ×10−3 m 2 Y = 0.038 m I = 868 ×10−9 m 4 07.02.2012 15:04 Örnek 3.3. devam 07.02.2012 15:04 TRAKYA ÜNİVERTSİTESİ MÜH.-MİM FAK. MAKİNA MÜH. BÖL. NM Şekilde görülen DD den yapılmış parçanın çekme normal gerilme dayanımı 30 MPa ve basma dayanımı ise 120 MPa dır. Verilenlere göre hasarlanmadan taşınabilecek en büyük P=? yükü nedir. ÇÖZÜMDE ĐZLE>ECEK YOL: • Determine an equivalent centric load and bending moment. • Superpose the stress due to a centric load and the stress due to bending. NM NM 67 • Evaluate the critical loads for the allowable tensile and compressive stresses. MAK MAKİİNA NA M MÜ ÜH. H. BBÖ ÖL. L. • The largest allowable load is the smallest of the two critical loads. M MÜ ÜH. H.--M MİİM M FAK. FAK. Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I TRAKYA TRAKYA Ü ÜN NİİVERTS VERTSİİTES TESİİ • Eşdeğer eksenel kuvvet ve eğilme momenti bulunur. d = 0.038 − 0.010 = 0.028 m P = centric load M = Pd = 0.028 P = bending moment • Eğilme ve eksenel yük nedeniyle oluşan gerilmelerin süperpozisyonu ( işaretler öngörme ile) P Mc A P (0.028 P )(0.022) = +377 P = − + σA = − + A I 3 × 10 −3 868 × 10 −9 (0.028 P )(0.038) = −1559 P P McB P − = − − A I 3 × 10 −3 868 × 10 −9 σB = − P ≅ 77.0 kN 68 • Çekme ve basma dayanımlarına göre hasarlanmadan taşınabilecek yükler. σ A = + 377 P = 30 MPa ⇒ P = 79 .6 kN σ B = − 1559 P = − 120 MPa ⇒ P = 76 .9 kN • Taşınabilecek en büyük yük, (küçük olanı seçilerek) Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I TRAKYA ÜNİVERTSİTESİ MÜH.-MİM FAK. Kirişlerde Eğilme Gerilmeleri-I MAKİNA MÜH. BÖL. yani dersin sonu THE END 07.02.2012 15:04 NM 69