Det teknisk- naturvitenskapelige fakultet

Like dokumenter
Det teknisk- naturvitenskapelige fakultet

Det teknisk- naturvitenskapelige fakultet

Authorized calculator, Dictionary (English-Norwegian) and drawing instruments.

THE EXAM CONSISTS OF 4 QUESTIONS AND 12 PAGES (including the front page) Norwegian translation of each question is attached

THE EXAM CONSISTS OF 4 QUESTIONS AND 10 PAGES (including the front page) Norwegian translation of each question is attached

Det teknisk- naturvitenskapelige fakultet

Authorized calculator, Dictionary (English-Norwegian) and drawing instruments.

REMARKS: All the Four questions carry equal marks and answer all the questions.

Authorized calculator, Dictionary (English-Norwegian) and drawing instruments.

Authorized calculator, Dictionary (English-Norwegian) and drawing instruments.

EKSAMEN I EMNE TKT4116 MEKANIKK 1

HØGSKOLEN I NARVIK - SIVILINGENIØRUTDANNINGEN

EKSAMEN I EMNE TKT4116 MEKANIKK 1

EKSAMEN I EMNE TKT4116 MEKANIKK 1

Ekstra formler som ikke finnes i Haugan

Oppgavehefte i MEK Faststoffmekanikk

Slope-Intercept Formula

UNIVERSITETET I OSLO

Det skal ikke tas hensyn til eventuelle skjærspenninger i oppgavene i øving 5

Høgskolen i Narvik- Sivilingeniørutdanningen. I FAGET STE 6235 Materialvalg i Produktutforming

Fbc is a resultant of elementary force distributed over the entire area A of the cross section and the average intensity of these distributed forces

EKSAMEN I EMNE TKT4116 MEKANIKK 1 Onsdag 23. mai 2007 Kl

EKSAMEN TKT 4122 MEKANIKK 2 Onsdag 4. desember 2013 Tid: kl

EKSAMEN I EMNE TKT 4100 FASTHETSLÆRE

EKSAMEN I EMNE TKT4122 MEKANIKK 2

E K S A M E N. MEKANIKK 1 Fagkode: ITE studiepoeng

EKSAMENSOPPGAVE I FAG TKP 4105

Eksamensoppgave i TKT 4124 Mekanikk 3

I Emnekode: NB! Alle utregninger og beregninger skal framgå av besvarelsen, dvs vises skritt for skritt.

EKSAMEN I EMNE TKT4116 MEKANIKK 1

EKSAMEN I EMNE TKT4116 MEKANIKK 1

EKSAMEN I EMNE TKT 4100 FASTHETSLÆRE

FYSMEK1110 Eksamensverksted 23. Mai :15-18:00 Oppgave 1 (maks. 45 minutt)

Universitetet i Bergen Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet Eksamen i emnet Mat131 - Differensiallikningar I Onsdag 25. mai 2016, kl.

Physical origin of the Gouy phase shift by Simin Feng, Herbert G. Winful Opt. Lett. 26, (2001)

UTMATTING OG SAMMENBRUDD AV MARINE KONSTRUKSJONER FATIGUE AND COLLAPSE OF MARINE STRUCTURES (English translation)

Dynamic Programming Longest Common Subsequence. Class 27

UNIVERSITY OF OSLO DEPARTMENT OF ECONOMICS

Hovedpunkter fra pensum Versjon 12/1-11

HiN Eksamen IST Side 4

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET Side 1 av 5 INSTITUTT FOR ENERGI- OG PROSESSTEKNIKK

HONSEL process monitoring

Eksamensoppgave i TKT4124 Mekanikk 3

0:7 0:2 0:1 0:3 0:5 0:2 0:1 0:4 0:5 P = 0:56 0:28 0:16 0:38 0:39 0:23

EKSAMEN I: (MSK205 Materialmekanikk) DATO: OPPGAVESETTET BESTÅR AV 3 OPPGAVER PÅ 3 SIDER + 2 SIDER VEDLEGG

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Exercise 1: Phase Splitter DC Operation

OPPGAVESETTET BESTÅR AV TO (2) OPPGAVER PÅ FIRE (4) SIDER (utenom forsiden) pluss Formelsamling på 7 sider.

MEK2500. Faststoffmekanikk 6. forelesning

NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR KONSTRUKSJONSTEKNIKKIKK

How Bridges Work Sgrad 2001

Exam in Quantum Mechanics (phys201), 2010, Allowed: Calculator, standard formula book and up to 5 pages of own handwritten notes.

Perpetuum (im)mobile

EKSAMEN I EMNE TKT4122 MEKANIKK 2

Unit Relational Algebra 1 1. Relational Algebra 1. Unit 3.3

UNIVERSITETET I OSLO

Trigonometric Substitution

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Oppgave. føden)? i tråd med

Solutions #12 ( M. y 3 + cos(x) ) dx + ( sin(y) + z 2) dy + xdz = 3π 4. The surface M is parametrized by σ : [0, 1] [0, 2π] R 3 with.

Speed Racer Theme. Theme Music: Cartoon: Charles Schultz / Jef Mallett Peanuts / Frazz. September 9, 2011 Physics 131 Prof. E. F.

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

EKSAMEN I: (MSK200 Materialteknologi) DATO: OPPGAVESETTET BESTÅR AV 3 OPPGAVER PÅ 4 SIDER + 3 SIDER VEDLEGG

Kapittel 1:Introduksjon - Statikk

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Løsningsforslag for eksamen 5. januar 2009

MID-TERM EXAM TDT4258 MICROCONTROLLER SYSTEM DESIGN. Wednesday 3 th Mars Time:

Gradient. Masahiro Yamamoto. last update on February 29, 2012 (1) (2) (3) (4) (5)

Kartleggingsskjema / Survey

Emnekode: IRB22013 Emnenavn: Konstruksjonsteknikk 2. Eksamenstid: kl

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

EKSAMENSOPPGAVE I SØK 1002 INNFØRING I MIKROØKONOMISK ANALYSE

KONTINUASJONSEKSAMEN I EMNE TDT4195 BILDETEKNIKK ONSDAG 13. AUGUST 2008 KL

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

EKSAMEN. MEKANIKK Fagkode: ILI

! EmnekOde: i SO 210 B. skriftlige kilder. Enkel ikkeprogrammerbar og ikkekommuniserbar kalkulator.

Eksamensoppgave i TKT4124 Mekanikk 3

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

Information search for the research protocol in IIC/IID

STILLAS - STANDARD FORSLAG FRA SEF TIL NY STILLAS - STANDARD

BRANDANGERSUNDET BRO. Entreprenørens utfordringer ved bygging av broa Presentasjon på Brodagen 10.november 2009 Ved Torbjørn Kjoberg, Skanska

Ekstraordinær EKSAMEN. MEKANIKK Fagkode: ILI 1439

UNIVERSITETET I OSLO

Ma Flerdimensjonal Analyse Øving 1

I Faglig veileder: MEKANIKK. Finn-Erik Nilsen IGruppe(r): i Dato: Eksamenstid: 2 BA, 2 BB, 2 BC og 3BK 30. mai

5 E Lesson: Solving Monohybrid Punnett Squares with Coding

STOREFRONTS. Typical Details SCREW RACE JOINERY. Center Glazed Series B1. Interior Glazing (Shown with FF400 subsill) April 1998

MEK likevektslære (statikk)

Mathematics 114Q Integration Practice Problems SOLUTIONS. = 1 8 (x2 +5x) 8 + C. [u = x 2 +5x] = 1 11 (3 x)11 + C. [u =3 x] = 2 (7x + 9)3/2

YIELD CRITERIA. Introduction hva er flytekriterium?

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO ØKONOMISK INSTITUTT

RA nov fasthet 1. Spenning. Spenningstyper. Skjærspenning F. A Normalspenning + strekk - trykk

EKSAMENSOPPGAVE (BOKMAL)

MEK2500 Faststoffmekanikk Forelesning 1: Generell innledning; statisk bestemte kraftsystemer

Kapasitet av rørknutepunkt

OPPGAVESETTET BESTÅR AV 5 OPPGAVER PÅ 3 SIDER + 2 SIDER VEDLEGG SOM TOTALT BLIR 5 SIDER.

Transkript:

Det teknisk- naturvitenskapelige fakultet EMNE: BIB 120 KONSTRUKSJONSMEKANIKK 1 DATO: 6. Mai, 2011 VARIGHET: 4 TIMER HJELPEMIDLER: Bestemt, enkel kalkulator tillatt. Ingen trykte eller håndskrevne hjelpemidler tillatt. OPPGAVESETTET BESTÅR AV 4 OPGAVER PÅ 5 SIDER OG 4 SIDER VEDLEGG BEMERK: (1) Svar på Norsk, engelsk eller en blanding vil bli akseptert. (2) Dersom du ikke har klart å finne svar som du trenger at bruke videre så må du bare tippe/anslå tall. Det er viktig at du viser at du kjenner fremgangsmåten. MERKNADER: Samtlige oppgaver skal besvares. Hvert svar må ha oppgavenummer og spørsmålsindeks. Svarene skal være ordentlig og pent innført. Det legges vekt på at besvarelsen er klar og konsis, at fremgangsmåten og fremstillingen er tydelig og at skisser er ordentlig og tydelig tegnet og inneholder alle nødvendige påskrifter. Ikke bruk rød kulepenn eller fargeblyant. - LYKKE TIL! - OPPGAVE 1 FAGVERK OG ENAKSET SPENNING OG TØYNING (25%) (a) (b) Figure 1 (a) A truss structure (fagverk); (b) Section (snitt) through DE, DC and BC. Side 1 av 15 Eksamen i Konstruksjonsmekanikk 6. mai 2011

Figur 1(a) viser et fagverk belastet med punktlast i punkt A. Opplager (C) og (E) er begge to fast boltelager. Stavene er festet sammen i knutepunkter med bolteforbindelser som ikke kan overføre momenter. Materialet av stavene er A36 stål (se Tabell 1, vedlagt). a) Bruk snittmetoden til å bestemme aksialkraften i stavene DE, DC og BC (se Figur 1(b)) som et multiplum av P. Vis tydelig hvilke stavene er påvirket av tøyning og hvilke av trykk. b) Bruk knutepunktsmetoden til å bestemme aksialkraften i stavene AD and AB (bruk knutepunkt A) and BD (bruk knutepunkt B) som et multiplum av P. Vis tydelig hvilke stavene er påvirket av tøyning og hvilke av trykk. c) Tegn forenklet fritt-legeme-diagram for fagverket og lastet som helhet og bruk likevektsligningene samt de kjente stavkrefter til at beregne opplagerkreftene i C og E. Vis orienteringen til opplagerkreftene. d) For en belastning av P = 5 kn, beregn hva ville være det nødvendige tverrsnittsareal for den mest belastede staven dersom den maksimale gjennomsnittlige normalspenning i enhver stav ikke bør overstige 140 MPa. e) Beregne endringen i lengden på stav BC (skulle vært DE) ved hjelp av definisjonen av tøyning og Hooke's lov for en belastning av P = 5 kn og tverrsnittsarealet fra ledd d). Har belastningen ført til at staven er forkortet eller forlenget Engelsk Figure 1(a) show's a simple truss loaded with a single vertical force in node A. All translations are fixed at the supports (C) and (E). The truss members are connected at the joints with pinned connections which cannot transfer moments. The material of the bars is A36 steel (see Table 1 attached). a) Take a section through the bars DE, DC and BC (see Figure 1(b)) and draw a simplified free-body diagram of the sectioned truss and the forces acting up on it and evaluate the axial forces (as a multiple of P) carried by the members DE, DC and BC. Show clearly which members are in compression and which members are in tension. b) Use the method of joints to evaluate the axial forces (as a multiple of P) in the members AD and AB (using joint A) and BD (using joint B). Show clearly which members are in compression and which members are in tension. c) Use the equations of equilibrium as well as the known member forces to determine the reaction forces at C and E. Show the true orientation of the reaction forces. d) For a loading of P = 5 kn, determine what would be the required cross-sectional area for the critically loaded bars if the maximum average normal stress in any bar is not to exceed 140 MPa. e) Evaluate the change in length of the bar DE using the definition of strain and Hooke s law, for a loading of P = 5 kn and the cross-sectional area determined in d). Does the loading shorten or elongate the bar? Side 2 av 15 Eksamen i Konstruksjonsmekanikk 6. mai 2011

LØSNING OPPGAVE 1 a) Snittmetoden F DE y F DC F BC x 4 5 3 Lengden på stavene DE, DC og BC er 2 1.5 2.5 m x-komponenten til kraftvektorene er da 2 2.5 4/50.8 ganget med stavkraften og y-komponenten til kraftvektorene er da 1.5 2.5 3/50.6 ganget med stavkraften 0; 30.8 20 0.8333 (compression) (1) 0; 0.8 0 0.8333 (2) 0; 0.6 2.5 (3) Ligning (2) + ligning (3) gir.. Da har vi også at 0.8333 (compression). 1.6667 (tension) b) Knutepunktsmetoden y F AD x 4 F AB 5 3 Lengden på stavene AD og AB er 2 1.5 2.5 m x-komponenten til kraftvektorene er da 2 2.5 4/50.8 ganget med stavkraften og y-komponenten til kraftvektorene er da 1.5 2.5 3/50.6 ganget med stavkraften 0; 0.8 0 0 (4) 0; 0.6 1.6667 (5) Ligning (4) + ligning (5) gir. Da har vi også at 0.8333 (compression). 0.8333 (tension) Side 3 av 15 Eksamen i Konstruksjonsmekanikk 6. mai 2011

y F AB F BD F BC x y-komponenten til kraftvektorene er 1.5 2.5 0.6 ganget med stavkraften 0; 0.6 0 0.6 (6) 0.60.8333 0.8333 1.0 (tension) c) Opplagerkreftene R Ey y R Ex R Cy R Cx x 0; 3 40 (7) 0; 0 (8) 0; 0 (9) Dersom vi kjenner allerede stavkraften i stav BC og DC og vet at de er like 0.8333 da må vertikal komponenten i de to stavene også være av lik størrelse men med motsatt virkning. Derfor så blir kraft summen i vertikal retning for punkt C slik: 0.60.8333 0.60.8333 0 0 (10) Da har vi fra ligning (9) at d) Tversnittsareal til den mest belastede stang når P=5 kn Den mest belastede stang er 1.6667 8.3335 kn. Arealet må derfor være: 8333.5 N 59.525 mm σ 140MPa e) Determine the change in length of bar DE using the definition of strain, Hooke s law and the information from part d). Does the loading shorten or elongate the bar? 140MPa 0.0007m 200GPa m 0.0007 2.5m 0.0011m 1.8 mm Since the bar is in tension the bar is elongated. We can also use:.n. 0.9 mm shortened. GP Side 4 av 15 Eksamen i Konstruksjonsmekanikk 6. mai 2011

OPPGAVE 2 TVERRSNITTSKREFTER OG SPENNINGER (25%) (a) (b) Figure 2 (a) A cantilever beam. (b) The beams cross section. Konstruksjonen i Figur 2(a), viser en 5 m lang utkraget bjelke påkjent av punktlast på den utkragede ende (B) og jevnt fordelt last over 2,5 m mellom opplager (A) og midten av bjelken. Opplager (A) er fast innspendt, mens punkt (B) er en fri ende. a) Tegn fritt-legeme-diagram for bjelken og beregn opplagerkreftene i A. b) Tegn skjærkraft- og momentdiagram for bjelken. Angi ekstremalverdier og hvor de opptrer. Figur 2(b), viser bjelkens tverrsnitt. Tversnittet er en symmetrisk I-seksjon. Bjelkens material er A36 stål (se medfølgende Tabell 1). c) Bestem egenskapene til seksjonen, dvs. plasseringen av nøytrale aksen og treghetsmomentet. d) Beregn største bøyespenningen i bjelken. Tegn opp en skisse av bøyespenningen over bjelkehøyden. e) Beregn største skjærspenningen i bjelken. Tegn opp en skisse av skjærspenningen over bjelkehøyden. Engelsk Figure 2(a) shows a 5 m long cantilever beam which carries a single force at the free end (B) and an evenly distributed force over a span of 2.5 m next to the support (A). The beam is fixed at point (A) with a free end at point (B). a) Draw a free-body-diagram for the beam and evaluate the reaction forces at (A). b) Evaluate and sketch the shear- and moment diagrams for the beam. Write out the extreme values for shear force and bending moment and where they are located. Figure 2 (b) shows the cross section of the beam. The section is a symmetric I-section. The material of the beam is A36 steel (see attached Table 1). c) Determine the section properties for the cross section, i.e. the location of the neutral axis and the moment of inertia. d) Evaluate the absolute maximum bending stress in the beam. Draw a sketch showing the distribution of bending stress along the vertical axis of the section. e) Evaluate the largest shear stress in the beam. Draw a sketch showing the distribution of shear stress along the vertical axis of the section. Side 5 av 15 Eksamen i Konstruksjonsmekanikk 6. mai 2011

50 40 V (kn) 30 20 10 0 0 1 2 3 4 5 kn og kn c) Section properties The section is symmetric which means that the centroid is located at the centre of the section. 2 168 212 192 mm 1 12 1 12 100192 100 6168 21839616 mm M (knm) 0-20 -40-60 -80 0 1 2 3 4 5 x1, x2 (m) d) Bending stress The largest moment is 76.88 knm at the support (=(2.5/2)(2.5m)(15kN/m)+(5)(6kN)).. /. 337.94 MPa Note that the numbers in the sketch to the right are not from this problem e) Shear stress The max shear force is 43.5 kn (=(2.5m)(15kN/m)+6kN). 2 2 4 10012 168 6 129168 mm 43500 129.168 10 21.84 10 6 42.88 MPa Note that the numbers in the sketch to the right are not from this problem. Side 6 av 15 Eksamen i Konstruksjonsmekanikk 6. mai 2011

OPPGAVE 3 DEFORMASJON (25%) Figur 3 Fritt opplagt balanse bjelke (simply supported balance beam). Figur 3 viser en 60 kg gymnast som står på midten av en fritt opplagt balanse bjelke. Bjelken er laget av tre, og har tverrsnittsprofilen som er vist på figuren. Kolumnene som støtter under punkt A og B, antas for å være stive. Elastisitetsmodulen er gitt som E w = 12 GPa. a) Beregn opplagerkreftene. b) Beregn og tegn momentdiagram for bjelkens last, som er en enkelt kraft i midten. c) Bestem egenskapene til seksjonen, dvs. plasseringen av nøytrale aksen og treghetsmomentet. d) Bruk momentligningen samt integrasjon av bjelkens elastiske kurve eller krumningsflatemetoden til å beregne største nedbøyningen til bjelken. Engelsk Figure 3 shows a 60-kg gymnast which stands on the centre of the simply supported balance beam. The beam is made of wood and has the cross section shown. The columns at A and B are assumed to be rigid. The elasticity modulus of wood can be taken as, E w = 12 GPa. a) Evaluate the reaction forces at the support. b) Evaluate and plot the moment diagram for the single force loading. c) Determine the section properties for the cross section, i.e. the location of the neutral axis and the moment of inertia. d) Use an integration of the elastic curve or the Moment-Area-Method to find the maximum vertical displacement due to the loading. Side 7 av 15 Eksamen i Konstruksjonsmekanikk 6. mai 2011

Integrasjon av bjelkens elastiske kurve: 2 0 OG 0 0 8 0 6 8 2 48 16 24 Side 8 av 15 Eksamen i Konstruksjonsmekanikk 6. mai 2011

OPPGAVE 4 HOVEDSPENNINGER (25%) (a) (b) Figure 4 - (a) A cantilevered circular solid shaft. (b) Stress components at point A and B. Figur 4(a), viser en utkraget bjelke påvirket av torsjons moment, bøyningsmoment om z- aksen og en enkelt vertikal kraft nedover på den frie ende. Spenningstilstanden i punkt A og B er gitt i Figur 4(b) som: (σ x ) A = 4,899 MPa; (σ z ) A = 0 MPa and (τ xz ) A = 1,833 MPa, (σ x ) B = 0 MPa: (σ y ) A = 0 MPa and (τ xy ) B = -1,290 MPa. a) Bestem indre krefter og moment som påvirker i bjelkens snitt A-B. b) Bruk informasjonen du finner i ledd a) til at bekrefte at den gitte spenningstilstand i punktene A og B er rett. c) Finn hovedspenningene og hovedspenningsvinklene i punktene A og B. d) Overstiger hovedspenningen flytespenningen for A36 stål? e) Beregn den maksimale skjærspenning i punktene A og B. Engelsk Figure 4(a) shows a solid shaft that is subjected to a torque, bending moment about the z-axis, and vertical force as shown. The state of stress for point A and B is given in Figure 4(b) as: (σ x ) A = 4.899 MPa; (σ z ) A = 0 MPa and (τ xz ) A = 1.833 MPa, (σ x ) B = 0 MPa: (σ y ) A = 0 MPa and (τ xy ) B = -1.290 MPa. a) Evaluate the cross sectional forces and moments acting in the A-B section of the shaft. b) Use the information from part a) to verify (prove) that the given state of stress for point A and B is correct. c) Find the principle stresses at point A and B as well as the orientation of the planes of minimum and maximum normal stress. d) Do the principle stresses exceed the yield stress of A36 steel? e) Determine the maximum in plane shear stress at point A and B. Side 9 av 15 Eksamen i Konstruksjonsmekanikk 6. mai 2011

The orientation of the planes of the principle stresses is: 2 /2 1.883 0.7703 4.889/2 Therefore we have that: 2 37.6 so 18.8 and 2 217.6 so 108.8 Side 10 av 15 Eksamen i Konstruksjonsmekanikk 6. mai 2011

The orientation of the planes of the principle stresses: Since we have a state of pure shear stress with zero average normal stress, the stress element needs to be rotated 45 degrees to show the principal stresses, i.e.: 2 90 so 45 and 2 270 so 135. Side 11 av 15 Eksamen i Konstruksjonsmekanikk 6. mai 2011

Side 12 av 15 Eksamen i Konstruksjonsmekanikk 6. mai 2011

Fundamental Equations of Mechanics of Materials Slope and displacement with the Moment-Area Method Section moduls Side 13 av 15 Eksamen i Konstruksjonsmekanikk 6. mai 2011

Strain transformation equations Side 14 av 15 Eksamen i Konstruksjonsmekanikk 6. mai 2011

TABL LE 1. ME ECANICA AL PROPE ERTIES OF ENGIN NEERING G MATER RIALS Side 115 av 15 Ekksamen i Konstrukksjonsmekanikk 6. mai 2011