Bài t ập ĐHUD & PTHH PH ẦN Bài 1: (Bài 2_ GK 28/10/2010) Cho tensor ƯS điểm: 1 T 0 2 2 kN / cm - Xác định ƯS chính, phương mặt - Xác định tensor biến dạng, biết vật thể có hệ số poisson = 0.2 , mơ đun đàn hồi E = 2.5E4 MPa Giải: - Xác định ƯS chính, phương mặt chính: + X/đ ƯS chính: 0 1 det ( 1).[( -3).( -2)-2]=0 ( 1) ( 4)=0 ; =1 ( 1) ( 4)=0 ; =1 (trạng thái ƯS khối) + X/đ mặt chính: 1 = 4: 3 0 0 l l l m n m m n 1 n 2 l m2 n2 6 v1 0, , 3 2 = 1: 0 0 0 n2 n2 n m 3 l m m n n l m n l 2n n l 3n l n0 m v2 1, 0, Xác định v3 : v1.v3 m n l v v m n l l m n 2n n n m 3 LVH _ K.07 Bài t ập ĐHUD & PTHH 3 v3 0, , 3 3 , Vậy: v1 0, , ; v2 1, 0, ; v3 0, 3 3 - Xác định tensor biến dạng: + X/đ ƯS chính: 1 zx x xy 2 1 T xy y yz 2 1 zx yz z E E 5E Với: G 2(1 ) 2(1 0, 2) 12 1 x [ x ( y z )] [1 0, 2.(2 3)] E E 1 1, y [ y ( x z )] [2 0, 2.(1 3)] E E E 1 2, z [ z ( x y )] [3 0, 2.(1 2)] E E E xy xy G G 12 yz yz G 5E zx zx 0 G G 0 0 0 0 1, 1, 3 4 T 10 0 4,8 10 0 5E 2,5 5.2,5 E 0 2, 2, E 5E 5.2,5 2,5 2 Bài 2: Xác định ƯS chính, phương tensor ƯS: T , const Trạng thái ƯS ? Giải: - Xác định ƯS chính: I1 3 2 I 2 I 2 I1 I I 3 ( 3 ). 3 ; Trạng thái ƯS đơn - Xác định phương chính: LVH _ K.07 Bài t ập ĐHUD & PTHH 1 = 3: l 2 2 1 l 2 m 2 m , ( 0) 2 n 1 2 n h1 2h1 h2 1 l 1 m , h2 h2 h3 0 n h3 h1 h2 h3 lmn l m2 n2 3n2 l m n 1 v1 , , 3 3 2 = 0: l m l m n n l m n l m n 2n n 1 v2 0, , 2 1 m 2 Xác định v3 : 1 l m n0 v1.v3 l 2n 3 m n v2 v3 m n 2 l l m n 6n n m 1 v3 , , 6 6 1 1 1 Vậy: v1 , , ; v2 0, , , , ; v3 2 6 6 3 3 Bài 3: (Bài _ 25/10/2008) Cho tensor ƯS: 18 0 T 10 5 5 20 Xác định thành phần ƯS Xác định cosine hướng mặt LVH _ K.07 Bài t ập ĐHUD & PTHH Giải: X/đ thành phần ƯS chính: 0 18 det 10 5 ( 18).[( -10).( -20)-25]=0 20 5 ( 18).( -30 175)=0 15 , 18 , 15 2 Tìm cosine phương mặt chính: 1 15 : 3 l 0 5(1 2) 5 m 5 5(1 2) n 5(1 2) 5 0 5 5(1 2) l m ( 1).n 2 l m n [( 1) 1].n n m 2 v1 0, , 4 18 : 0 l 8 5 m 5 n 8 5 0 5 mn0 2 l m n l 1 v2 1, 0, 15 : 3 l 5( 1) 5 m 5 5( 1) n 5( 1) 5 0 5 5( 1) l m ( 1).n 0 2 l m n [( 1) 1].n n m LVH _ K.07 Bài t ập ĐHUD & PTHH v3 0, Vậy: v1 0, 2 , 4 2 2 , , ; v2 1, 0, ; v3 0, 4 4 Bài 4: (Bài _ 1999/2000) Cho tensor ƯS: 8 0 T 10 2 Xác định ƯS Xác định ƯS tiếp cực đại Giải: X/đ ƯS chính: 8 det 10 ( 8).[( -10).( 2)-25]=0 2 ( 8).( -8 45)=0 61 , , 61 X/đ ƯS tiếp lớn nhất: max 61 Bài 5: (Bài 2.7) X/đ ƯS chính: 5 det 0 6 12 12 ( 5).[( +6).( -1)-144]=0 ( 5).( +5 -150)=0 10 , , 15 ƯS tiếp lớn nhất: 25 max 2 Bài 6: (Bài 2.8) Xác định lực thể tích để pt cân vật thể: x yx zx X (2 xy xy 0) x y z xy y zy 2 Y [(1 y ) ( y 1) 0] y z x Z xz yz z (0 z ) 4 z y z x Xác định ƯS điểm P ( a, 0, a ) : Tensor ƯS điểm P: 0 a T a 0 0 8a LVH _ K.07 Bài t ập ĐHUD & PTHH a det a (8a ) a (8a ) 0 8a (8a ).( a ) 8a , a , a , ( a 0) ƯS tiếp max điểm P ( a, 0, a ) : max 8a a 4,5a 2 Bài 7: (Bài _ 1999/2000) X/đ thành phần X, Y, Z lực thể tích: x yx zx X (2 y 10 y 0) 12 y y z x xy y zy Y (0 z 3) (6 z 3) y z x Z xz yz z (0 x ) 4 x y z x Bài 8: Cho tensor ƯS điểm: 0 15 T 10 5 5 X/đ ƯS chính: 15 det 0 10 5 5 ( 15).[( 10).( 6)-25]=0 ( 15).( 4 85)=0 15 , 2 89 , 2 89 X/đ ƯS lớn nhất: max 17 89 2 X/đ thành phần ƯS mặt bát diện: 12 22 32 137 11 bd 3 845 bd ( ) ( ) ( ) 3 pbd Bài 9: Cho tensor ƯS điểm: x xy xz 12 T yx y yz 4 zx zy z 0 20 X/đ ƯS chính: I1 x y z 12 20 28 2 2 I x y y z z x xy yz zx 12.(4) (4).20 20.12 87 2 I x y z 2 xy yz zx x yz y zx z xy 12.( 4).20 20.5 1460 ƯS nghiệm pt: LVH _ K.07 Bài t ập ĐHUD & PTHH I1 I I 28. 87. 1460 ( 20).( 8 73) 20 , 89 , 89 X/đ ƯS lớn nhất: max 16 89 2 X/đ thành phần ƯS mặt bát diện: 12 22 32 610 pbd 3 1 28 bd 3 779 bd ( ) ( ) ( ) 3 Bài 10: (Bài 2.4) Trạng thái ƯS điểm cho tensor ƯS: a. b. T a. c. b. c. X/đ a,b,c cho ƯS = mặt nghiêng với trục tọa độ Giải: ƯS = mặt nghiêng với trục tọa độ: a. b. 1 a. b. 1 a b a. c. 1 a. c. a c a b c b. c. 1 b. c. b c Bài 11: (Bài 2.6) Để ƯS = mặt nghiêng: 0 det 0 1.(0 2) 2.(1 2 ) X/đ cosine: l 0 l 0 0 l 1 1 m 0 1 2 m 0 1 2 m l n m 2 n n 2 n n l l m n n 4n n n m Vậy: 1, 2,1 / 1, 2, 1 / Bài 12: Trạng thái ƯS điểm VT cho tensor ƯS: c.x3 T c.x3 c.x1 , c const c.x1 LVH _ K.07 Bài t ập ĐHUD & PTHH Chứng tỏ ƯS cân khơng có lực khối Giải: Khi khơng có lực khối: X = Y = Z = x yx zx x y z X xy y zy Y 0 x y z yz z Z 0000 xz y z x Thỏa mãn pt vi cân Bài 13: Trạng thái ƯS điểm P biểu diễn bởi: 5 T 5 2 Hãy xác định vectơ ƯS, ƯS pháp ƯS tiếp mặt nghiêng qua P song song với mặt phẳng 3x+6y+2z = 12 Giải: Vectơ pháp tuyến đơn vị v l , m, n mặt nghiêng: 3 l 2 6 2 v , , m 7 7 n Vectơ ƯS (ƯS toàn phần) mặt nghiêng p X , Y , Z : Vậy: X 7 5 0 Y 5 1 7 7 10 Z 1 10 p , , 7 7 206 10 pv 49 7 7 10 23 ƯS pháp: v p.v 7 7 7 49 2 2 Vậy: v pv v 2 206 23 9565 49 49 2401 2 Bài 14: (Bài 2.5) LVH _ K.07 Bài t ập ĐHUD & PTHH x yx zx X 0 x y z 3 y 10 y X X 13 y xy y zy Y 0 Y Y 2 y z x 0 Z Z z yz xz Z y z x Bài 15: Cho ƯS điểm nhau: 1 = 2 = 3 = Chứng minh phương phương x/đ ƯS mặt nghiêng Bài 16: Một trường chuyển vị cho bởi: u x y , v xy , w X/đ tensor biến dạng: u x x xy v xy y y x2 y2 xy w z z z x y T xy xy u v x y x y x y 2 yz v w x z y zx w u y x z Kiểm tra điều kiện tương thích theo CT: 2 xy 2 x 2 y z xy y 2 x 2 3z x xy y 2 2 2 yz 2y 2z z y yz 2 zx z x zx x z 2 x yz zx xy yz x x y z y yz zx xy 2 zx y x y z z yz zx xy 2 y z xy x x Bài 17: (Bài 3.3) u x x A v B y y w 0 z z LVH _ K.07 Bài t ập ĐHUD & PTHH Biến dạng thể tích = 0: x y z A B Bài 18: Cho trường chuyển vị: u ax y , v 3x by , w y bz Viết thành phần biến dạng , hệ tọa độ ĐÊCAC: u x x a v b y y a w b a 0 z z T b T b u v xy 33 b y x 0 yz v w z y zx w u x z 0 5 2 b Tìm quan hệ a & b để biến dạng thể tích = 0: Biến dạng thể tích = tb x y z a 2b a 2b Bài 19: Một trường chuyển vị: u x , v x y , w z X/đ tensor biến dạng: u 2 x x v y y y x w 2z z 5 z T x y 2 xy u v x x y x z w v yz 05 5 z y zx w u x z X/đ biến dạng điểm A(0,1,1): Tensor ƯS điểm A: Cách 1: LVH _ K.07 2 T 0 0 5 2 2 10 Bài t ập ĐHUD & PTHH Biểu đồ nội lực: Bài 6: Giải: Ma trận độ cứng: 0 u1 12 L 12 L L2 6 L L2 EI EI ; K 2 K 1 12 6 L L L L u1 u1 u2 EI 8L 6 L u1 EI L2 3L K L 6 L 12 u2 L 3L Véc tơ tải: 0 0 P1 0 0 0 u1 ; P2 qL / qL2 / 12 qL / qL2 / 12 u1 u2 u1 12 L L2 u2 12 6L 6 L L2 12 6 L L2 u1 u2 qL2 /12 u1 P qL / u2 qL3 u EI L2 3L u1 qL2 / 12 15 EI u L3 3L qL / 3qL4 u 40 EI Mô men uốn: + Phần tử 1: EI 6 L 4 L2 M 1 L 6L L2 2 L 2 L qL 60 16 6 L L2 qL 15EI + Phần tử 2: LVH _ K.07 70 Bài t ập ĐHUD & PTHH M 2 EI 6 L 4 L2 L 6L L2 Biểu đồ nội lực: qL3 L 2 L2 15 EI qL2 11 6 L L2 3qL4 60 19 40 EI Bài 7: Giải: Ma trận độ cứng: 0 12 L L2 EI K 1 L K 3 Véc tơ tải: u1 12 L 6 L L2 12 6 L L2 u2 0 12 L 12 L L2 6 L L2 EI 12 6 L L L2 P1 M u U 1 u2 LVH _ K.07 0 0 u1 ; P2 0 0 0 M 0 ; u1 K 2 u2 0 u1 u2 u1 12 L L2 EI L u 12 L 6 L L2 12 6 L L2 u1 u2 u1 u 2 EI u1 K L 4 u2 ; P3 0 0 u M u1 P M u2 0 0 71 Bài t ập ĐHUD & PTHH ML u1 u M EI EI ML L u M u2 EI Mô men uốn: + Phần tử 1: M 1 EI 6 L 4 L2 L3 L L2 M L 2 L 6 L L2 M ML EI EI 6 L 4 L2 L3 L L2 ML M L 2 L2 EI 6 L L2 M ML EI + Phần tử 2: M 2 + Phần tử 3: M 3 EI 6 L 4 L2 L 6L L2 Biểu đồ nội lực: ML M L 2 L2 EI M 6 L L2 Bài 8: Giải: Ma trận độ cứng: LVH _ K.07 72 Bài t ập ĐHUD & PTHH 0 u1 u2 u1 u2 0 12 L 12 L 12 L 12 L L2 6 L L2 L2 6 L L2 EI EI ; K 2 K 1 12 6 L u1 12 6 L L L L u2 L2 u1 u2 EI 36 6 L u1 EI 36 6 L K L 6 L 12 L2 u2 L3 6 L 12 L2 Véc tơ tải: U ; u2 u1 u2 0 R1 u1 u2 P u2 L R 36 1 EI 2L 2 33EI L 6 L 12 L u2 R1 L3 Mô men uốn: + Phần tử 1: M 1 EI 6 L 4 L2 L3 L L2 + Phần tử 2: M 2 EI 6 L 4 L2 L 6L L2 Biểu đồ nội lực: L 2 L2 EI 10 L 6 L L2 L L 2 L EI 2L L 6 L L2 7 Bài 9: Giải: LVH _ K.07 73 Bài t ập ĐHUD & PTHH Ma trận độ cứng: 0 12 L L2 EI K 1 L u4 K 3 Véc tơ tải: u2 12 L L2 EI L 0 0 P R3 R4 u1 u2 u3 u4 u3 u1 12 L 6 L L2 12 6 L L2 u3 0 ; u3 u1 12 L 6 L L2 12 6 L L2 K 2 u1 12 L L2 EI L u1 u4 12 L 6 L L2 12 6 L L2 u2 L2 L2 EI L2 L2 K L 6L 6 L u4 u2 0 u2 u3 u3 u1 u4 u2 u4 6 L 24 12 12 24 6L u1 u2 u3 u4 u1 u ; U 2 8 L2 u1 L2 u2 L. (1) L2 L2 6 L u1 2 L2 u L2 u L.() (2) u2 EI L2 8L2 L EI (3) L3 L 24 12 R3 R3 L3 [6 L.u2 24.() 12.] 6 L 12 24 R4 R EI [6 L.u 12.() 24.] (4) L3 3 (1, 2) u1 u2 5L 162 EI R3 5L3 (3, 4) R 162 EI L3 Mô men uốn: + Phần tử 1: M 1 EI 6 L 4 L L3 L L2 0 L 2 L EI 36 6 L L2 L 42 u1 + Phần tử 2: LVH _ K.07 74 Bài t ập ĐHUD & PTHH M 2 EI 6 L 4 L L3 L L2 L 2 L u1 EI 42 6 L L2 5L 42 u2 EI 6 L 4 L L3 L L2 L 2 L u2 EI 42 6 L L2 L 36 + Phần tử 3: M 3 Biểu đồ nội lực: 2 Bài 10: Cho = ML2/(2EI) Giải: Ma trận độ cứng: 0 12 L L2 EI K 1 L K 3 Véc tơ tải: LVH _ K.07 u 12 L L2 EI L u3 u1 12 L 6 L L2 12 6 L L2 12 6 L 12 u3 0 ; u3 u1 6L L2 6 L L2 u2 0 K 2 u1 12 L L2 EI L u1 8L EI K 2L L u2 12 L 6 L L2 12 6 L L2 u2 u3 u1 u2 u3 2L L2 6L u1 L u2 24 u3 75 Bài t ập ĐHUD & PTHH u1 P M u R u 3 8L2 EI 2L L3 L2 8L2 6L u1 ; U u2 u1 8 L2 u1 L2 u2 L u2 M ML3 L u L u L 24 R3 EI 2ML u1 4u1 u2 44M 15 EI ; R3 ML 3 2ML 5L u1 4u2 EI L EI u 8ML 15EI Mô men uốn: + Phần tử 1: M 1 EI 6 L 4 L2 L3 L L2 + Phần tử 2: M 2 M 41 L 2 L2 6 L L 15 37 2ML 15 EI EI 6 L 4 L2 L 6L L2 ML L 2 L2 15EI M 37 6 L L2 15 17 8ML 15EI EI 6 L 4 L2 L3 L L2 8ML L 2 L2 M 32 15 EI 15 16 6 L L + Phần tử 3: M 3 Biểu đồ nội lực: Bài 11: LVH _ K.07 76 Bài t ập ĐHUD & PTHH Giải: Ma trận độ cứng: u1 12 L L2 EI K 1 L u1 L2 EI K 6 L L L2 Véc tơ tải: L U ; u 3 u2 u3 12 L 6 L L2 12 6 L L2 u2 6 L 36 6L u2 u1 ; u2 u3 K 2 u3 12 L L2 EI L 0 12 L 6 L L2 12 6 L L2 u2 u3 0 u3 L2 u1 L u2 12 L2 u3 R1 u1 P R2 u2 0u L2 6 L L2 L R1 EI 2 6 L 36 L R2 L2 L.() 12 L u3 u3 L 3L L L 12 L2 u3 2L 10 EI 26 EI ; R2 R1 L3 3L Mô men uốn: + Phần tử 1: M 1 EI 6 L 4 L2 L3 L L2 L 2 L2 L EI 5 3L2 10 6 L L2 2 3L + Phần tử 2: LVH _ K.07 77 Bài t ập ĐHUD & PTHH M 2 2 L 2 L2 EI 10 3L 3L2 14 6 L L2 EI 6 L 4 L2 L3 L L2 Biểu đồ nội lực: Bài 12: Giải: Ma trận độ cứng: K 1 K 3 Véc tơ tải: K 2 u2 EA 1 u2 a 1 u1 u2 EA 1 u1 a 1 u2 u u EA 2 u1 K a 2 u2 P u1 u2 P 3Pa u1 u P 1 EA 5EA Pa a 2 u2 u2 EA N AB LVH _ K.07 u1 EA 1 ; a 1 u1 u U 1 ; u2 Lực dọc: (Chuyển vị) EA 3P [ 1] 3Pa a 5EA 78 Bài t ập ĐHUD & PTHH N BC NCD 3Pa EA P EA [ 1] a Pa EA Pa EA 2P [ 1] 5EA a Bài 13: Giải: Ma trận độ cứng: K 1 K 3 Véc tơ tải: u1 EA 1 ; a 1 u1 K 2 u2 EA 1 u2 a 1 u U 1 ; u2 Lực dọc: u1 u2 EA 1 u1 a 1 u2 u u EA 1 u1 K L 1 u2 2 P u1 P u2 P 5PL u1 u 2 P 1 EA 3EA PL L 1 u2 P u2 3EA (Chuyển vị) EA 5P N1 [ 1] 5PL L 3EA 5PL 3EA EA P [ 1] N2 L PL 3EA PL EA 4P N3 [ 1] 3EA L LVH _ K.07 79 Bài t ập ĐHUD & PTHH Bài 14: Giải: Ma trận độ cứng: K 1 K 3 Véc tơ tải: u1 EA 1 ; L 1 u1 u2 u3 EA 1 u2 L 1 u3 u1 U u2 ; PL EA Lực dọc: K 2 u1 u2 EA 1 u1 L 1 u2 u1 u u 1 u1 EA K 1 4 u2 2L 4 u3 P u1 P 2P u2 P u 3 u1 P u1 PL 1 EA EA u P 2 11PL 2L 4 PL P3 u2 EA EA (Chuyển vị) EA P [ 1] PL N1 2L EA PL EA P EA N2 [ 1] 2L 11PL EA 11PL EA EA 8P N3 [ 1] L PL EA Bài 15: LVH _ K.07 80 Bài t ập ĐHUD & PTHH Giải: Phần tử 1: 1 0; c1 1; s1 0 1 1 AE 0 K 1 L Phần tử 2: K 2 0 ; c2 s2 0 1/ 1/ 1/ 1/ 1/ 1/ 1/ AE 1/ 1/ L 1/ Phần tử 3: K 3 0 0 0 0 ; c3 0; s3 0 0 0 AE L K e 0 1 0 1 0 2 AE 3 / 1/ L 1/ / Chuyển vị nút tải trọng nút: u U 1 ; v1 LVH _ K.07 P P Pe 81 Bài t ập ĐHUD & PTHH K e U Pe Độ giãn dài lực dọc: 3 AE L 1 1 u1 P u v PL (Chuyển vị) 1 v1 P AE PL AE PL P PL PL l1 00 1 N1 L AE 2 AE AE AE PL PL AE PL P PL l2 0 0 N2 AE AE L AE AE PL AE PL P PL PL l3 1 0 N3 L AE 2 AE AE AE Bài 16: (Bài 10.2) Giải: Phần tử 1: 1 1200 ; c1 ; s1 2a ; L1 1/ / AE 3/ K 1 2a 3/4 / 3 / 1/ / / 0 1/ Phần tử 2: 900 ; c2 0; s2 K 3 0 AE a 0 0 1 0 1 Phần tử 3: 450 ; c3 s3 LVH _ K.07 0 ; L3 a 2 82 Bài t ập ĐHUD & PTHH K 3 0 1/ 1/ 1/ 1/ 1/ 1/ 1/ AE 1/ 1/ a 2 1/ K e 2 3 AE 2 8a 2 16 2 3 Chuyển vị nút tải trọng nút: u U 1 ; v1 3P / 2 P / Pe K e U Pe u1 3P / 2 3 AE 2 8a 2 16 2 3 v1 P / 2(28 17 6) Pa 1,5133.Pa u1 AE AE 56 19 (Chuyển vị) v 2( 6) Pa 0,1557.Pa 11 AE AE Độ giãn dài lực dọc: Pa AE 3 l1 (0 u1 ) ( ) (0 v1 ) 0,8915 N1 l1 0, 772.P 2 AE 2a Pa AE l2 (0 u1 ) (0 v1 ) 0,1557 N2 l2 0,3114.P AE a l3 (0 u1 ) 2 Pa AE (0 v1 ) 0, 96 N3 l3 0, 6788.P 2 AE a Bài 17: Giải: LVH _ K.07 83 Bài t ập ĐHUD & PTHH Phần tử 1: 1 1350 ; c1 2 ; s1 ; L1 a 2 2 0 1/ 1/ 1/ 1/ 1/ 1/ 1/ AE K 1 1/ 1/ a 2 1/ Phần tử 2: 900 ; c2 0; s2 K 2 0 0 0 0 AE 1 0 a 1 Phần tử 3: 450 ; c3 s3 K 3 ; L3 a 2 1/ 1/ 1/ 1/ 1/ AE 1/ a 2 K e AE 2a 1/ 1/ 1/ 1/ 0 2 Chuyển vị nút tải trọng nút: u U 1 ; v1 3P / 2 P / Pe K e U Pe Độ giãn dài lực dọc: AE 2a Pa u u1 3P / AE (Chuyển vị) v P / Pa(2 2) v1 AE 2 Pa ) (0 v1 ) 2 AE 1 AE N1 l1 P a 2 l1 (0 u1 ) ( Pa 2 AE l2 (0 u1 ) (0 v1 ) N2 l2 P AE a l3 (0 u1 ) 1 2 Pa AE (0 v1 ) N3 l3 P AE 2 a 2 // -LVH _ K.07 84 ... xy x x Bài 17: (Bài 3.3) u x x A v B y y w 0 z z LVH _ K.07 Bài t ập ĐHUD & PTHH Biến dạng thể tích = 0: x y z A B Bài 18: Cho trường... ( 2).(4 -24 7) 1 29 29 , 2 , 3 2 Chứng minh phương biến dạng phương ƯS: Bài 20: (Bài 3.4) LVH _ K.07 11 Bài t ập ĐHUD & PTHH u x x v y y ... xy (cos ) y sin xy cos y sin Bài 26: LVH _ K.07 14 Bài t ập ĐHUD & PTHH Một vật thể chịu lực tác dụng biên hình vẽ (bài toán phẳng) Viết điều kiện biên cạnh Ox, Oy Giải: