Osnovne vrste naprezanja Aksijalno naprezanje Smicanje Uvijanje Savijanje

Osnovne vrste naprezanja: Aksijalno naprezanje Smicanje Uvijanje Savijanje Izvijanje 1

AKSIJALNO NAPREZANJE Štap je opterećen na bazisima opterećenjem u z pravcu ravnomerno po površini poprečnog preseka A T x z =p(z) Z z-podužna osa štapa p(z) y U tački T za ravan čija je normala u pravcu z ose postoji samo jedan napon z , normalni napon u pravcu z ose Sve ostale komponente tenzora napona su jednake nuli pa je tenzor napona kod aksijalnog naprezanja A T poprečni presek štapa x y 2

Ako je štap opterećen koncentrisanom silom u težištu poprečnog preseka u pravcu ose z tada je napon u štapu A T x Z y F jedinice Napon kod aksijalnog naprezanja je napon=sila kroz površina 3

Sile koje deluju na štap sila pritiska svoj kraj štapa sila zatezanja zateže svoj kraj štapa F sila je pozitivna F F sila je negativna F Izduženje aksijalno napregnutog štapa F F sila zatezanja izaziva izduženje štapa F F sila pritiska izaziva skraćenje štapa 4

Mi posmatramo izduženje štapa nakon deformacije početni oblik d z d+ d l/2 z p l l/2 l+ l dilatacija ili relativno izduženje štapa u pravcu ose z poprečna dilatacija U području elastičnih deformacija postoji veza između uzdužnih i poprečnih dilatacija, koja je eksperimentalno određena i data izrazom -Poasonov (Poisson) koeficijent. Znak minus pokazuje da je poprečna dilatacija suprotnog predznaka od uzdužne. 5

Veza između napona i deformacije Hukov (Hooke) zakon gde je E-modul elastičnosti (MPa) z pa sledi da napon jednak =E zamenimo napon sa F/A (sila kroz površina) E iz ove jednačine sledi da je izduženje štapa jednako l izduženje štapa dužine l, čiji je poprečni presek površine A, od materijala sa modulom elastičnosti E i koji je opterećen silom F 6

Morov krug napona 0 0 0 7

Uticaj temperature Zagrevanje (hlađenje) utiče na pojavu deformacija (širenja ili skupljanja) tela. Homogeni štap ravnomernog poprečnog preseka postavljen je na horizontalnu podlogu i zagrejan. A T( C) B l A T+ T( C) l B Ako temperatura štapa poraste za T štap će se izdužiti za lt 8

Izduženje je proporcionalno dužini l, promeni temperature T i koeficijentu termikog širenja , koji predstavlja karakteristiku materijala, tj. izduženje štapa usled promene lt= T l temperature za T sledi Termička dilatacija izduženje štapa nije sprečeno i on se nesmetano širi tako da nema pojave napona usled zagrevanja štapa 9

Ukoliko je širenje štapa sprečeno dolazi do pojave napona usled zagrevanja štapa T 10

Dimenzionisanje pri aksijalnom naprezanju Da ne bi došlo do sloma grede potrebno je da je z d gde je d-dozvoljni napon Dozvoljeni napon dobijamo kada podelimo napon na granici tečenja sa koeficijentom sigurnosti za žilave materijale Dozvoljeni napon dobijamo kada podelimo napon na granici loma sa koeficijentom sigurnosti za krte materijale 11

Kako je sledi da je Slučajevi: 1. Poznato F i d 2. Poznato A i d 12

STATIČKI ODREĐENI ZADACI Primer 4. 1 Štap AB kružnog preseka izrađen je od čelika (E=21000 k. N/cm 2), i opterećen silama F 1=10 k. N i F 2=30 k. N. Izračunati napone u pojedinim delovima štapa i ukupno izduženje štapa. Dato je: l 1=40 cm, l 2=80 cm, prečnici d 1=40 mm i d 2=20 mm. 1 F 1 1 2 F 2 z d 1=40 mm l 1 2 d 2=20 mm l 2 13

Rešenje: Uslov ravnoteže: zi=0 R F 1 1 l 1 40 2 l 1 F 2 z l 2 10 1 -kolinearni sistem sila 2 l 2 30 z 10 30 40 grafički 14

40 1 z 2 40 40 Određivanje sile u štapu 1 10 30 I I 80 I I 40 40 1 I 1 10 30 z I Normalna (aksijalna) sila u nekom preseku jednaka je sumi svih normalnih sila levo ili desno od posmatranog preseka 40 1 40 Aksijalna sila je pozitivna ako zateže svoj kraj štapa 15

40 1 10 30 z I Određivanje sile u štapu 2 Postavimo presek II-II kroz štap 2 i sumiramo sile levo ili desno od preseka II-II 40 1 10 II 2 30 z II 16

Sada nacrtamo dijagram aksijalnih sila dijagrami se crtaju upravno na osu nosača Krenemo sa jedne strane i sabiramo sve aksijalne sile do posmatranog preseka Na levoj strani je prva sila od 40 k. N i ona zateže svoj kraj štapa, znači ona je pozitivna. Pozitivne sile crtamo sa gornje strane nulte linije. Ta sila je jedina sa leve strane sve do sile od 10 k. N. Sila od 10 k. N pritiska naredni štap i deluje negativno (na dole). Dalje nema promene sile sve do kraja štapa 2 gde sila od 30 k. N deluje negativno posmatrano sa leve strane i vraća dijagram u nulu. 40 10 30 2 30 30 z Dijagram je sa gornje strane nulte linije celom dužinom što znači da su oba štapa zategnuta nulta linija 17

Naponi u pojedinim delovima štapa Gde je F sila u štapu a A površina štapa Obeležimo sada unutrašnje sile u štapovima sa N (da ne bi smo mešali spoljnje sile obeležene sa F i unutrašnje presečne sile (aksijalne sile) ) Sa dijagrama pročitamo vrednosti sila u štapovima 40 10 2 z N 1=40 k. N (zatezanje) N 2=30 k. N (zatezanje) 30 30 N 1 30 N 2 18

Naponi u pojedinim delovima štapa Površina štapa 1 - A 1 Površina štapa 2 - A 2 -napon u štapu 1 -napon u štapu 2 19

1 N 40 10 2 30 30 30 z dijagram presečnih sila 9. 55 3. 18 dijagram napona 20

Izduženje štapova 40 10 1 30 2 l 1 l z l 2 Izduženje štapa 1 N 1=40 1 l 1 Izduženje štapa 2 1 2 l 1 l 2 N 2=30 l 2 z 21

Ukupno izduženje štapova Početna dužina štapova je jednaka lpoč=l 1+l 2 Ukupna dužina štapova nakon deformacije je ldef=l 1+ l 1 + l 2 Ukupno izduženje štapova je ldef-lpoč=l 1+ l 1 + l 2 –(l 1+l 2)= l 1+ l 2 l=0, 006+0, 036=0, 042 cm 22

Primer 4. 2 Štap poprečnog preseka A opterećen je na zatezanje dvema kolinearnim silama F. Treba odrediti vrednost komponenata napona u poprečnom preseku B-B i kosom preseku C-C, ako je zadato: F=12 k. N b=1, 5 cm d=2 cm =40 F C poprečni presek B F M C B z x d b y a) naponi u preseku B-B ( =0) B uslov ravnoteže leve strane F z M B p 23

površina preseka je naponi kroz tačku za presek čija normala zaklapa ugao sa z osom za =0 (presek B-B) cos 0 =1 sin 0 =0 24

b) naponi u preseku C-C ( =40 ) F n C M z C t za =40 (presek C-C) cos 40 =0, 766 sin 40 =0, 643 25

120 + A( z; zy) B( y; yz) 110 100 90 80 70 60 50 40 30 N 20 10 - 2 B 80 70 60 50 40 30 20 10 10 =40 A (1) 1 + 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 P 20 30 40 50 A(40; 0) B(0; 0) C(20; 0) 1=40 2=0 max=20 60 70 80 90 100 110 120 - 26

Primer 4. 3 Štap AB obešen je u tački D o šipku C-D, a zglobno vezan u čvoru A. Na slobodnom kraju u čboru B opterećen je silom F. Pod pretpostavkom da je štap AB krut odrediti pomeranje čvora B. Štap je poprečnog preseka A i modula elastičnosti E. C A h F D A B a b Rešenje Objašnjenje pojmova Kruta greda: greda koja se ne deformiše usled delovanja sila na nju. 27

Usled delovanja sile F greda A-B se pomera u novi položaj koji zavisi od izduženja štapa CD (slika 2) C h. C-D A h F D A h. C-D B B f B a b sl. 2 B* f. B a sl. 3 b B* Šta se dešava: Greda A-B se obrće oko čvora A (jedino dozvoljeno) Štap C-D se izdužuje za vrednost h. C-D (štap C-D nije krut, odnosno može da se deformiše) i kruta greda A-B dolazi u novi položaj kao na sl. 2. Čvor B se pomera u položaj B*. Ovde se radi o malim pomeranjima pa je u trouglu ABB* u čvoru B prav ugao (slika 3) 28

kako rešavamo zadatak? 1. Odredimo silu u štapu C-D h. C-D 2. Odredimo izduženje štapa C-D 3. Iz sličnosti trouglova (sl. 3) odredimo pomeranje čvora B B f. B a sl. 3 b B* 1. Određivanje sile u štapu C-D RC-D F A B a b Štap C-D je prost štap (u njemu se javlja samo sila u pravcu ose štapa) Na mestu veze štapa sa krutom gredom možemo postaviti pokretan oslonac sa reakcijom u pravcu ose štapa C-D 29

Iz uslova MA=0 dobijamo reakciju RC-D MA=0 F (a+b)-RC-D a=0 Sila RC-D se prenosi na štap C-D i deluje suprotno od dobijene reakcije (prema zakonu akcije i reakcije) slika 4. RC-D C F A B a b A h D RC-D sl. 4 2. Određivanje izduženja štapa C-D Sila RC-D zateže štap C-D i izduženje je jednako l 30

gde je F=RC-D l=h C A h D h. C-D RC-D sl. 5 3. Određivanje pomeranja čvora B iz sličnosti trouglova ADD* i ABB* h. C-D B D A f. B D* odakle je a sl. 6 b B* 31

Primer 4. 4 Dva štapa različitog materijala i različitog poprečnog preseka opterećena su vertikalnom silom F prema slici. Naći pomeranje čvora C u horizontalnom i vertikalnom pravcu B Postupak E 2, A 2, l 2 A E 1, A 1, l 1 C 1. Odredimo sile u štapovima 2. Nacrtamo plan pomeranja 3. Odredimo pomeranje čvora C F Rešenje 1. Određivanje sila u štapovima Štapovi su opterećeni samo silama u pravcu ose štapa Možemo štapove zameniti nepoznatim silama u čvoru C 32

Možemo štapove zameniti nepoznatim silama u čvoru C Dobili smo sistem sila u ravni sa zajedničkom napadnom tačkom B E , A , l 2 2 2 S 2 E 1, A 1, l 1 A S 1 S 2 S 1 Imamo dva uslova ravnoteže iz kojih dobijamo sile S 1 i S 2 C F *Pretpostavili smo pozitivne smerove sila S 1 i S 2 u čvoru C **Dobili smo predznak – za silu S 1, to znači da je štap 1 pritisnut i da treba samo promeniti smer sile Uslovi ravnoteže 1) Hi=0 ; -S 1 –S 2 cos =0 2) Vi=0 ; S 2 sin -F=0 Iz 2) Iz 1) 33

pravi smerovi sila B E , A , l 2 2 2 S 2 E 1, A 1, l 1 A S 1 S 2 S 1 C F 2. Crtanje plana pomeranja Štap 1 je pritisnut i on se skraćuje za Štap 2 je zategnut i on se izdužuje za 34

B Kako crtamo plan pomeranja A C 1 l 2 C C 2 1. Nanesemo izduženja ili skraćenja u pravcu osa štapova 2. Povučemo linije pod pravim uglom iz krajnjih tačaka izduženja (skraćenja) štapova 3. U preseku tih linija je položaj čvora C nakon deformacije štapova C* 35

3. Određivanje vrednosti pomeranja čvora C 1. Obeležimo ugao na planu pomeranja B hc l 1 C C 1 A vc l 2 C 2 H 2. Iz trougla CC 2 E imamo l 2=CE sin CE= l 2/sin C 1 H=CE 3. Iz trougla HEC* imamo HE/HC*=tg HC*=HE/tg HE= l 1 HC*= l 1/tg E vertikalno pomeranje čvora C je vc=C 1 C*=C 1 H+HC*= l 2/sin + l 1/tg horizontalno pomeranje čvora C je C* hc=C 1 C= l 1 36

Primer 4. 5 Štap AB kružnog preseka izrađen je od čelika (E=21000 k. N/cm 2), i opterećen silom F 1=100 k. N. Pri montaži štap 2 je ostao kraći za 0, 1 cm. Izračunati silu kojom je potrebno delovati na štap 2 da se eliminiše nastao zazor. Dato je: l 1=40 cm, l 2=80 cm, prečnici d 1=40 mm i d 2=20 mm. 1 F 1 1 2 X z d 1=40 mm l 1 l 2 2 d 2=20 mm =0, 1 cm 37

Rešenje: Uslov ravnoteže: zi=0 R F 1 1 l 1 100+X 2 l 1 X l 2 100 1 -kolinearni sistem sila =0, 1 cm 2 l 2 z X z =0, 1 cm 38

100+X 100 1 l 1 X 2 l 2 =0, 1 cm 100+X N z X Izduženje štapova Površina štapa 1 - A 1 Površina štapa 2 - A 2 39

(*) Kontrola Zamenimo u (*) vrednost sile X Tačno 40

STATIČKI NEODREĐENI ZADACI RA RB F A z B Štap je pričvršćen na oba svoja kraja i opterećen silom F. Na mestu pričvršćivanja javljaju se nepoznate reakcije RA i RB Sistem sila je kolinearan i ima jedan statički uslov ravnoteže FZi=0 Iz tog jednog uslova ravnoteže ne možemo odrediti dve nepoznate reakcije oslonaca RA i RB. Potreban nam je još jedan dodatni uslov. To je uslov koji dobijamo iz deformacije štapa i to da je Ukupno izduženje štapa u z pravcu jednako nuli. z=0 41

Primer 4. 6 Štap AB poprečnog preseka A=6 cm 2 izrađen je od čelika (E=21000 k. N/cm 2), i opterećen silom F=100 k. N u preseku C-C. Odrediti napone u pojedinim delovima štapa i nacrtati dijagram napona po dužini preseka. Dato je: l 1=40 cm, l 2=80 cm. C F A z C l 1 l 2 B Rešenje 1. Postavimo statički uslov ravnoteže i dodatni uslov po deformacijama i iz te dve jednačine odredimo nepoznate reakcije 42

C RA F 1 A C l 1 RB 2 l 2 z B RA 1 A l 1 RA RA C C F RB z 2 F l 2 RA-F B RB sile u pojedinim delovima štapa 43

44

C RA 1 A 66, 67 C l 2 l 1 + RB 2 F z B N 100 - 11, 11 + 33, 33 -dijagram aksijalnih sila -dijagram napona - 5, 56 naponi u pojedinim delovima 45

Primer 4. 7 Štap AB poprečnog preseka A=6 cm 2 izrađen je od čelika (E=21000 k. N/cm 2), i zagrejan t=60 C. Odrediti napon u štapu Dato je: l=120 cm. =1. 2 10 -5 1/C T=60 C z A l B Rešenje 1. Usled zagrevanja telo pokušava da se širi. Širenje tela je sprečeno i dolazi do pojave oslonačkih reakcija u A i B, a samim tim i pojava sile pritiska u štapu AB 46

T=60 C lt A l z B T=60 C RA l A l z B 1. Oslobodimo jedan kraj štapa i dozvolimo mu pomeranje odnosno izduženje usled promene temperature. To izduženje je: 2. Reakcija oslonca sada treba da vrati to izduženje u nulu. 47

3. Ukupno izduženje je jednako nuli. 48