kesme kuvveti-kayma gerilmesi-kayma akımı-kayma merkezi

82
Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı- Kayma merkezi Shear Forces-Shear stress Shear flow-Shear center

Upload: ford

Post on 22-Feb-2016

155 views

Category:

Documents


1 download

DESCRIPTION

Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi. Shear Forces-Shear stress Shear flow-Shear center. Introduction. Transverse loading applied to a beam results in normal and shearing stresses in transverse sections. Distribution of normal and shearing stresses satisfies. - PowerPoint PPT Presentation

TRANSCRIPT

Page 1: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

Shear Forces-Shear stressShear flow-Shear center

Page 2: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

6 - 2

Introduction

dAyMdAF

dAzMVdAF

dAzyMdAF

xzxzz

xyxyy

xyxzxxx

0

0

00

• Distribution of normal and shearing stresses satisfies

• Transverse loading applied to a beam results in normal and shearing stresses in transverse sections.

• When shearing stresses are exerted on the vertical faces of an element, equal stresses must be exerted on the horizontal faces

• Longitudinal shearing stresses must exist in any member subjected to transverse loading.

Page 3: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

6 - 3

Shear flow on the Horizontal Face of a Beam Element• Consider prismatic beam• For equilibrium of beam element

A

CD

ADCx

dAyI

MMH

dAHF 0

xVxdx

dMMM

dAyQ

CD

A

• Note,

flowshearI

VQxHq

xI

VQH

• Substituting,

Page 4: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

6 - 4

Shear flow on the Horizontal Face of a Beam Element

flowShearI

VQxHq :

Shear flow,

where

section cross full ofmoment Second :

above area ofmoment First :

'

2

1

AA

A

dAyI

ydAyQ

Page 5: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

6 - 5

Shear on the Horizontal Face of a Beam Element

• Same result is found for lower area

HHQQ

qIQV

xHq

axis neutral respect toh moment witFirst :0

Page 6: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

6 - 6

Shear Stress on the Horizontal Face of a Beam Element

IVQ

xHq

• Shear flow,

• Shear stress is found by dividing the shear flow q with bz.

zz IbVQ

bq

V

xy

zb

• Shear stress

Page 7: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

Örnek: Şekildeki yükleme durumu ve kesiti görülen kiriş için;a) C noktasındaki asal gerilmeleri ve doğrultularını bulunuz. b) Kesitteki kayma gerilmesi dağılımını gösteriniz.

0.5 m 1 m 0.5 m

6 kN 6 kN

A D E B

20

6020

20

40

y

C

G

Page 8: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

0.5 m 1 m 0.5 m

6 kN 6 kN

A D E B

Çözüm: KKD - EMD

6 kN 6 kN

6 kN

6 kN

(+)

(-)

(+) (+) (+)

3 kNm

Page 9: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

20

6020

20

40

y

C

G

mmy 30

60206020106020506020

46

23

23

1036.1

3010602012

20603050602012

6020

mmI

I

z

z

Ağırlık merkezi ve Atalet momenti

Page 10: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

NmmkNmM

NkNV

D

D

6

3

1033

1066

33

11

212

11

101640400

4002020 ve40203080

mmyAQ

mmAmmy

C

MPaxyC 53.3201036.11016106

6

33

MPaIyM C

xC 2.661036.130103

6

6

İç kuvvetler:

Birinci moment:

Kayma gerilmesi:

Normal gerilme:

C

C

CD

Page 11: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

İnce Cidarlı KirişlerdeSimetrik Olmayan Yüklemeler:

Kesme Kuvveti-Kayma AkımıKayma Merkezi-Kayma Gerilmesi

Page 12: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

Kesitlerdeki iç kuvvetler (normal kuvvetleri):

İNCE CİDARLI AÇIK KESİTLERDE KAYMA GERİLMELERİ VE KAYMA MERKEZİ

Page 13: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

Denge denklemi:

Kesme kuvveti:

Page 14: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

b – b kesitindeki ortalama gerilme:

Page 15: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

Kayma Akımı:

Kayma Gerilmesi:

Page 16: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

«U» şeklindeki kesitin kayma merkezi

Kesitteki Kayma Gerilmesi Değişimi:

Page 17: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

zItbhe

41

22

Kanattaki kesme kuvveti:

Kayma merkezi:

Page 18: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

Kanattaki kayma akımı ve kesme kuvveti:

Page 19: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

ÖRNEK: Şekilde görülen profilin boyutları

b=100 mm, h=150 mm ve t=3 mm olup,

profil P=800 N’luk bir kesme kuvvetine

maruz kaldığına göre:

a) Kayma merkezinin yerini bulunuz.

b) Kesit çevresi boyunca kayma gerilmesi

dağılımını gösteriniz.

e

b

h

tO O’

AB

D E

P

Page 20: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

Çözüm:

e

b

h

tO O’

AB

D E

b=100 mm, h=150 mm, t=3 mm

462

1022.41501006121503 mmI

hbthI

hbtbtthI

III flangeweb

6121

21212

121

2

2

233

462

33 1022.41502131003100

12121503

121 mmI

Veya kısaca

İhmal edilebilir

Page 21: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

AB kolundaki kayma akımını bulmak için s uzunluğundaki bir eleman dikkate alınır.

sAB

D E

21hy

..ET

21hy ve stA 1

sthsthAyQ2211

sIhtVsht

IV

IQVq

22

Statik momenti:

Kayma akımı:

A1

Page 22: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

AB kolundaki kesme kuvvetini hesaplamak için A’dan B’ye kadar integral almak gerekir.

IhbtVF

sdsIhtVdsqF

bb

4

22

00

s

AB

D E

..ET

F

F

A1 21hy

Page 23: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

mme

Ibhte

40

1022.441001503

4 6

2222

O’ noktasına göre moment alınırsa kayma merkezi

VhFehFeVM O 0'

Ibhte

Vh

IhbtVe

44

222

şeklinde bulunur.e

b

h

tO O’

AB

D E

V

Page 24: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

s

..ET

B

D

max

21hy ve tsA 1 tshAyQ

211 Statik momenti:

Kayma gerilmesi denkleminden:

şeklinde bulunur.

Kesit çevresi boyunca kayma gerilmesi dağılımı

sIhV

tIQV

tq

2

1001022.42

1508002 6

bIhV

bs

B

A-B ve E-D kesitindeki kayma gerilmesi değişimi

B

D

A1

21hy

MPaBD 422.1

Page 25: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

33

4150

23150

42

4222211

1094.30100 mmbQ

ttbAyAyQhth

hhh

Statik momenti:

Kayma gerilmesi denkleminden:

bulunur.

Kesit çevresi boyunca kayma gerilmesi dağılımı

31022.41094.30800

6

3

tIQV

MPa955.1max

B-D kesitindeki kayma gerilmesi (maksimum kayma gerilmesi)Maksimum kayma gerilmesi T.E. üzerinde meydana gelir. T.Ü. deki alanın statik momenti

1A

2A

Page 26: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

Örnek: Şekilde kesiti görülen kirişin

a) Kanatlarda oluşan iç kuvvetleri hesaplayınız.

b) Kayma merkezinin yerini bulunuz. t =6 mm t1 =4 mm t2 =5 mm h1 =60 mm h2 =40 mm b=50 mm P=800 N

t1 t2

b

Ph1 h2

t

Page 27: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

Çözüm: Denge denklemleri

00 21 PVVFy PVV 21

00 2 bVePM AePbV 2

PfbV 1veya

t1 t2

e fb

Ph1

h2

V1 V2

A Omaxx

bfe

Page 28: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

43333 10567.99405650604121 mmI x

4332 10667.26405

121 mmI

4331 1072604

121 mmI

Atalet momentleri

Tüm kesitin Atalet momenti

Başlıkların atalet momentleri t1 t2

e fb

Ph1

h2

V1 V2

A Omax

x

Page 29: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

xxx IhPhth

tIP

tIQV

842

222

22

22

2max

Sağ başlıktaki maksimum kayma gerilmesi

MPaIhP

x

61.110567.998

408008 3

222

max

Page 30: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

xxx IIPht

IPth

IhPthV 2

322

22

22

22max2 12832

32

kNIIPV

x

26.21410567.9910667.26800 3

32

2

kNIIPV

x

5.57810567.99

1072800 3

31

1

ePbV 2 800

26.214502

PVbe

mme 4.13

Sağ başlıktaki kesme kuvveti

Sol başlıktaki kesme kuvveti

Kayma merkezinin yeri:

Page 31: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

b=100 mm

h=150 mm

t=3 mm

Example: For the channel section, and neglecting stress concentrations, determine the maximum shearing stress caused by a V=800-N vertical shear applied at centroid C of the section, which is located to the right of the center line of the web BD.x

t

V

h

b

x

A

C

B

ED

x

Page 32: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

Solution:

V

x

A

C

B

ED

=

e

V

x

A

C

B

ED

=

e

TV

x

A

C

B

EDe x

A

C

B

EDe

+ T

Page 33: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

mmx 29

105030000

1503310025031002

46233 10219.4753100310012121503

121 mmI x

331094.302

75375753100 mmQ

3)10219.4()1094.30(800

6

3

tI

QV

xV

V

x

A

C

B

EDe

V

BB

D

D

MPaV 956.1

Page 34: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

mmI

tbhex

4010219.44

3.1501004 6

2222

x

A

C

B

EDe

TO VxeVOCT

4333 1015.33100215031

31 mmtbJ ii

MPatJT

T 57.5231015.3102.55

3

3

NmNmmT 2.55102.558002940 3

MPaTV 526.5457.52956.1max

The maximum shearing stress

Page 35: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

EXAMPLE 6.16 (from Craig): A pipe conveying fluid over a narrow stream crossing

must act as a beam as well as a conduit, as indicated in Fig. 1.

Assuming that the ratio of mean diameter to wall thickness satisfies the requirement

d/t>>1, determine the shear flow and shear stress distribution at a section due to the

transverse shear force, V, at that section, Also, determine the maximum shear stress on

the cross section, and express τmax in terms of V/A.

Page 36: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

Solution: Because this is a circular cross section, it is convenient to select a FBD that

is defined by radial cutting planes at angle θ either side of the xy-plane, as indicated in

Fig. 2. In Fig. 2b there are two surfaces that have equal shear forces ∆H which serve to

balance the net force (F2 — F1) due to the flexural stresses. Therefore, we get

where, from the definition of shear flow

Page 37: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi
Page 38: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

The geometric properties for a thin ring and for a sector of a thin ring are

shown in Fig. 3. Using the formulas in Fig. 3b, we have, for t<< r,

Page 39: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi
Page 40: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

Review the Solution: As a check on the expression that we obtained for q, Eq.

(6). we can see if the resultant of this distribution is V. as it is supposed to be. The

force on the elemental area highlighted in Fig. 4 is

The vertical component, as shown on the

insert in Fig. 4, is, therefore,

So, due to symmetry, we have

Page 41: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

Since the distribution looks “reasonable” (the shear flow has its

maximum at the neutral axis and is zero on the plane of symmetry),

and since it gives the correct resultant, we can assume that our

answer is correct.

Page 42: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

ÖRNEK: Şekilde görülen profil P=12 kN’luk bir kesme kuvvetine maruz kaldığına göre:a) Kayma merkezinin yerini bulunuz.b) Kesit çevresi boyunca kayma gerilmesi değişimini gösteriniz.

Page 43: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi
Page 44: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

103105.85

18 MPa

Page 45: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

6 - 45

Shearing Stresses in Thin-Walled Members• Consider a segment of a wide-flange

beam subjected to the vertical shear V.

• The longitudinal shear force on the element is

xI

VQH

ItVQ

xtH

xzzx

• The corresponding shear stress is

• NOTE: 0xy0xz

in the flangesin the web

• Previously found a similar expression for the shearing stress in the web

ItVQ

xy

Page 46: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

6 - 46

Shearing Stresses in Thin-Walled Members

• The variation of shear flow across the section depends only on the variation of the first moment.

IVQtq

• For a box beam, q grows smoothly from zero at A to a maximum at C and C’ and then decreases back to zero at E.

• The sense of q in the horizontal portions of the section may be deduced from the sense in the vertical portions or the sense of the shear V.

Page 47: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

6 - 47

Sample Problem 6.3

Knowing that the vertical shear is 50 kips in a W10x68 rolled-steel beam, determine the horizontal shearing stresses in the top flange at the points a and C.

Page 48: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

SOLUTION:• First moment for the shaded area,

3in98.15

in815.4in770.0in31.4

Q

Q

• The shear stress at a,

in770.0in394

in98.15kips504

3

ItVQ

ksi63.2

Page 49: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

• First moment for the area over point C,

3in4.42

in215.2in770.0in43.4in815.4in770.0in40.9

Q

Q

• The shear stress at C,

in770.0in394

in4.42kips504

3

It

VQ

ksi989.6

Page 50: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

6 - 50

Unsymmetric Loading of Thin-Walled Members

• Beam loaded in a vertical plane of symmetry deforms in the symmetry plane without twisting.

ItVQ

IMy

avex

• Beam without a vertical plane of symmetry bends and twists under loading.

ItVQ

IMy

avex

Page 51: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

6 - 51

• When the force P is applied at a distance e to the left of the web centerline, the member bends in a vertical plane without twisting.

Unsymmetric Loading of Thin-Walled Members

• If the shear load is applied such that the beam does not twist, then the shear stress distribution satisfies

FdsqdsqFdsqVIt

VQ E

D

B

A

D

Bave

• F and F’ indicate a couple Fh and the need for the application of a torque as well as the shear load.

VehF

Page 52: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

6 - 52

Example 6.05Determine the location for the shear center of the channel section with b = 4 in., h = 6 in., and t = 0.15 in.

Page 53: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

6 - 53

Example 6.05• Inertia moment: • b = 4 in., h = 6 in., and t = 0.15 in.

hbthI

hbtbtthI

III flangeweb

6121

21212

121

2

2

233

Page 54: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

6 - 54

Solution

IhFe

• where

IVthbF

dshstIVds

IVQdsqF

b bb

4

22

0 00

• Combining,

.in43.in62

in.4

32

bh

be .in6.1e

Page 55: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

Shear stress in flanges• Determine the shear stress distribution for

V = 2.5 kips.

ItVQ

tq

• Shearing stresses in the flanges,

ksi22.2

in6in46in6in15.0in4kips5.26

66

62

22

2121

B

B

B hbthVb

hbthVhb

sI

VhhstItV

ItVQ

Page 56: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi

6 - 56

Shear stress in web• Determine the shear stress distribution for

V = 2.5 kips.

ItVQ

tq

• Shearing stress in the web,

ksi06.3in6in66in6in15.02

in6in44kips5.236243

64

max

max

2121

81

max

hbthhbV

thbthhbhtV

ItVQ

Page 57: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi
Page 58: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi
Page 59: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi
Page 60: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi
Page 61: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi
Page 62: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi
Page 63: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi
Page 64: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi
Page 65: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi
Page 66: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi
Page 67: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi
Page 68: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi
Page 69: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi
Page 70: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi
Page 71: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi
Page 72: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi
Page 73: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi
Page 74: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi
Page 75: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi
Page 76: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi
Page 77: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi
Page 78: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi
Page 79: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi
Page 80: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi
Page 81: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi
Page 82: Kesme kuvveti-Kayma gerilmesi-Kayma akımı-Kayma merkezi