Normaalkracht in scharnierende constructie
jeroen stelde deze vraag op 19 september 2014 om 15:09.Beste,
Ik heb een vraag over het berekenen van de normaal kracht in DF in de onderstaande figuur. ( Kracht F= 150 kN)
Ik ben zo te werk gegaan:
Allereerst heb ik het model door middel gesneden tussen de pendels CE EN DF. De kracht F verdeelt zich over de reacties A en B, met de verhoudingen of moment kom je uit op 93.75kN bij B en 56.25 kN bij A.
Daarnaast heb ik de kracht in DF S genoemd en omdat CE evengroot is die dus ook S. Met de moment om A, krijg je dan
93.75 x 16 + 4S + 12 S - 170 x 10 = 0. De S die hier dan uitkomt is niet correct en ik vroeg me, wat ik nou precies fout heb gedaan.
Reacties
dag jeroen,
ik denk dat dit vraagstuk komt uit een of ander boek van toegepaste - of technische natuurkunde. Die "taal" spreek ik niet perfect.
Jij verdeelt een kracht van 150 N zo te zien correct over steunpunten A en B. Alleen, daarmee heb je ook gelijk een evenwicht van krachten, en hangt de rest van het plaatje er voor Jan Joker aan, dwz, als jij op de balk een kracht van 150 N naar beneden laat uitoefenen, en via de steunpunten A en B samen ook 150 N naar boven, dan zijn de krachten -uitgaande van een kennelijk gegeven situatie van statisch evenwicht- in alle overige onderdelen simpelweg 0 en hoeven we niet verder te rekenen.
Ik denk dus eerder dat je er van uit moet gaan dat je eerst eens nét doet of je die kracht van 150 N verdeelt over 4 steunpunten A, C, D en B
(en wat dat punt S daar dan middenin doet, dat weet ik niet, daarvoor spreek ik deze "taal" niet goed genoeg. Is dat een scharnierpunt?).
daarna zouden we dan eens kunnen gaan kijken hoe die krachten die bij C en D naar beneden worden afgeleid uiteindelijk onderaan terechtkomen.
Groet, Jan
Ik begrijp de vraag ook niet helemaal en vraag me ook af wat voor speciale betekenis punt S lijkt te hebben. Roteren kan om elk punt - daarvoor kun je A kiezen maar ook het midden S.
Als de vreemde constructie op ongelijke poten staat (een soort ongelijke tafel) dan geldt in elk geval dat de steunpunten G en H (zoals in bijlage genoemd) een spanning in de poten GE en HF geven waarvan de horizontale componenten gelijk moeten zijn (netto geen horizontale krachten). Dan kun je uit het schema zien dat de vertikale kracht uit G 3u is (u = een onbekende eenheid waarmee de krachtvectoren getekend zijn, handig passend op het ruitjespapier) en vanuit H dan maar 2u. Die krachten zijn in resp. punten E en F aanwezig en daarmee ook in C en D.
Het probleem laat zich nog niet helemaal oplossen, want toepassen van de momentenwet met draaipunt A geeft dan voor de krachten die wel rotatie geven:
3u . 4 - 150 . 10 + 2u . 12 + FB u. 16 = 0
De kracht FB uitgedrukt in dezelfde schaalfactoren, en u zelf zijn onbekend en laten zich niet uit deze ene vergelijking oplossen.
Alle vertikale krachten zijn samen nul:
3u - 150 + 2u + FB u = 0
hetgeen ook een vergelijking in u en FB geeft.
Twee vergelijkingen met 2 onbekenden moet zich laten oplossen.
Sorry dat ik nogal onduidelijk was, maar S is inderdaad een scharnierpunt. Elke ronde cirkel is een scharnier in de tekening.
Wat betreft Theo de reactie. H en G zijn pendelstaven en hebben inderdaad gewoon een schuine kracht in de pendelstaaf waardoor je die dus kunt ontbinden in DF en CE. Maar wanneer ik T//a en F(verticaal)=0 met elkaar substitueer, kom ik niet goed uit.
T//A = 3u . 4 - 150 . 10 + 2u . 12 + FBu. 16 = 0
F(y) 3u - 150 + 2u + FBu = 0
Dus 16fbu= -48u+2400-32u
Dan is T//A= 12u-1500+24u +(-48u+2400-32u), dat wordt
-44u+900=0, dus u=900/44=20.45, wanneer de kracht in DF 2U is wordt dat dan 40.9N, maar dit is echter niet correct.
Wat betreft Jan de reactie, ik zie inderdaad dat ik heel dom, de belasting heb verdeeld over de twee opleggers en zo dus als het ware de rest van het constuctie verwaarloos.
Wanneer ik het moment om A neem:
T//A= 4xN(c)-150x10+12xN(d)+FBx16
N(d)=2/3N(c), wanneer je dus de pendelstaven vanuit onderen naar boven trekt en die terug ontbindt. dus dan krijg je:
T//a=6N(d)-1500+12xN(d)+16FB, wordt dus 18N(d)-1500+16FB, dus 18N(d)+16FB=1500 en dat is dus 1,125N(d)+FB=93.75. Verder dan dit kom ik echter niet want als je een tweede reactievergelijking wilt nemen (bijvoorbeeld alle verticale krachten zijn 0), dan doe ik precies hetzelfde als wat Theo had gezegd en dat kwam niet goed uit, of ik heb iets tussendoor fout gedaan.
btw, het antwoord is 102 (afgerond)
102kn is het antwoord bij een kracht van F van 170 kN, had daarin een foutje gemaakt, dus eigenlijk moet F 170 zijn, maar het gaat uiteindelijk om het principe
Jeroen, als alle cirkeltjes scharnieren zijn en alle eraan hangende staven (of "pendels" zoals jullie ze noemen) dan suggereert dit enerzijds dat alles kan draaien als je een kracht bij F uitoefent, maar anderzijds kan er helemaal niets draaien omdat de onderste twee bevestigingspunten niet kunnen verschuiven. Er valt volgens mij dan weinig of niets te draaien en de kracht F moet worden "opgevangen" of "tegengewerkt" zodanig dat de evenwichtstoestand als getekend blijft bewaard.
Dan kom ik toch weer op mijn spanningskrachten in GE en HF terug die door het framewerk zich doen gelden. (maar voor berekeningen kun je die krachten of langs de werklijn verplaatste copieen gebruiken)
zo'n "oplegpunt" of hoe dat ook mag heten, dwz zo'n groen driehoekje: kan een daaraan bevestigde staaf wél worden opgetild zonder dat dat oplegpunt tegenwerkt?
zie bijvoorbeeld bovenste situatie:
als B de staaf niet vasthoudt zal de staaf linksom vrij draaien om D.
als B de staaf wél vasthoudt gaat B draaiing tegengaan (zie bijlage onderste situatie, pijlen niet op schaal)
Groet, Jan
Ik heb zojuist nog ff naar het plaatje gekeken en met het theorie van het boek, moet het wel zijn, dat de verhoudingen in jouw plaatje kloppen. Ik heb alles ff zelf getekend en echter de krachten in de verticale richting niet als tweede vergelijking gebruikt, maar juist het moment om S van het gedeelte SB.
Je weet dat de normaalkracht in CE 3/2x zo groot is als de kracht in DF dus N(CE) is dan 3/2N en de kracht in DF N.
Tz//a= 1.5x4N+12N+16BV-170X10
T/S(gedeelte SB)= 4n+8BV-170x2, dus 16BV=-8N+680
Als ik dan substitueer krijg je 18N+(-8N+680)-170X10 IS DUS 10N-1020 dus n =102kN, en dat klopt dus met het anwoord.
Theo, nogmaals bedankt voor je hulp
Jan van de Velde, 21 sep 2014
zo'n "oplegpunt" of hoe dat ook mag heten, dwz zo'n groen driehoekje: kan een daaraan bevestigde staaf wél worden opgetild zonder dat dat oplegpunt tegenwerkt?
zie bijvoorbeeld bijlage, bovenste situatie:
als B de staaf niet vasthoudt zal de staaf linksom vrij draaien om D.
als B de staaf wél vasthoudt gaat B draaiing tegengaan (zie bijlage onderste situatie, pijlen niet op schaal)
Groet, Jan
Zon groen driehoekje ook wel oplegger genoemd heeft als functie dat het de richtingen in verticale opzicht verhindert en de horizontale richting niet. Hierdoor onstaat er bij B alleen een verticale kracht. Dat driehoekje bij A verhindert echter de verticale en horizontale bewegingen, zodat er dus geen horizontale beweging is bij driehoekje B. Plus dan heb je de driehoekjes beneden die ervoor zorgen, dat de hele constructie kinetisch bepaald is oftewel, het beweegt niet meer.
Ik ben er al achter gekomen wat ik precies wat had gedaan(in mijn reactie hierboven), alsnog bedankt voor je hulp, aangezien ik er anders niet uit was gekomen
jeroen, 21 sep 2014
Zon groen driehoekje ook wel oplegger genoemd heeft als functie dat het de richtingen in verticale opzicht verhindert en de horizontale richting niet.
Gaan de schuine staven onder E en F dan niet zijdelings wegschuiven??
Jan van de Velde, 21 sep 2014
jeroen, 21 sep 2014
Zon groen driehoekje ook wel oplegger genoemd heeft als functie dat het de richtingen in verticale opzicht verhindert en de horizontale richting niet.
Gaan de schuine staven onder E en F dan niet zijdelings wegschuiven??
Dat zou gebeuren als je alleen zulke opleggers had met een opening ertussen. De andere driehoekjes hebben zo'n opening niet. Bij zulke driehoeken wordt naast dat het de verticale beweging verhindert, ook de horizontale beweging verhindert. Dus doordat de driehoek bij A de horizontale richting verhindert, kan de driehoek bij B eigenlijk ook niet horizontaal bewegen, ondanks het feit dat B die richting niet verhindert.
ah...
Mocht je toevallig een afbeelding hebben met de betekenis van al die symbolen dan zou ik je zeer erkentelijk zijn als je die hier zou willen proberen uploaden.
Of verschillen die ook van boek tot boek?
Groet, Jan
Jan van de Velde, 21 sep 2014
ah...
Mocht je toevallig een afbeelding hebben met de betekenis van al die symbolen dan zou ik je zeer erkentelijk zijn als je die hier zou willen proberen uploaden.
Of verschillen die ook van boek tot boek?
Groet, Jan
Het wordt niet in het boek uitgelegd, maar ik heb ff een screen gemaakt van de sheet waarin het werd uitgelegd, tijdens mijn college
Dank je, zo had ik dat nog nooit op een rijtje gezien.
succes verder.
Jan
Da's ook compleet nieuw voor me. Een lokale standaard blijkbaar. Of voor intimi in statica ;-). Weer wat erbij geleerd...