Sisäiset voimat ja rasitukset

Johdanto

• Tarkastellaan sisäisiä voimia (rasituksia) ja oletetaan, että ulkoiset voimat ja momentit ovat nolla.
• Rakenne on tasapainossa.

Kappaleen osat

• Tarkastellaan kappaleen osia, keskittyen kaksidimensionaalisiin tilanteisiin.
  • Normaalivoima
  • Leikkausvoima
  • Taivutusmomentti

Akselit

• X-akseli: normaalivoima
• Kohtisuora voima: leikkausvoima
• Z-akseli: taivutusmomentti
• Kolmiulotteisessa tilanteessa olisi enemmän akseleita.

Normaalivoima

• Merkitään N:llä tai B:llä.
• Estää osia liikkumasta toisiinsa nähden (veto/puristus).
  • Positiivinen normaalivoima = veto (osat haluavat eristyä)
  • Negatiivinen normaalivoima = puristus (osat haluavat painaa toisiaan läpi)

Leikkausvoima

• Kohtisuora voima, joka estää osia liikkumasta toisiinsa nähden.
• Positiivinen leikkausvoima = estää vasemman puolen nousemasta ylös ja oikean menemästä alas.
• Kolmiulotteisessa tilanteessa voi olla toisen suuntaista leikkausvoimaa.

Taivutusmomentti

• Estää leikkauksen eri puolella olevia osia pyörimästä Z-akselin ympäri.
• Positiivinen taivutusmomentti = estää vasemman puolen pyörimästä myötäpäivään.

Rakenteen tyypit

• Köysi: kestää vain vetovoimaa.
• Sauva: kestää vetoa ja puristusta.
• Palkki: kestää leikkausvoimaa ja taivutusta.
• Ristikko: koostuu kitkattomilla nivellillä yhdistetyistä sauvoista.
• Palkkirakenne: sisältää enemmän kuin vain sauvoja.

Tehtävien ratkaisu

1. Piirretään rakennelman vapaakappale.
2. Ratkaistaan ulkoiset voimat varmistaen, että koko rakennelma on tasapainossa.
3. Leikataan rakennelma osiin.
4. Osien on pysyttävä paikallaan, vaikka koko rakennelma pysyy paikallaan.
5. Ratkaistaan kiinnostavat kohteet.
6. Piirretään normaalivoimakuvio, leikkausvoimakuvio ja taivutusmomenttikuvio.