Mechanics of Materialschaosuan.me.engr.tu.ac.th/chaosuan2/Handouts_ME210... ·...

Post on 03-Apr-2020

1 views 0 download

Transcript of Mechanics of Materialschaosuan.me.engr.tu.ac.th/chaosuan2/Handouts_ME210... ·...

กลศาสตรวัสดุMechanics of Materials

รองศาสตราจารย์ ดร. ชาวสวน กาญจโนมัยภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร์

มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์

1

Thursday, February 27, 14

2

สัปดาหที่ เนื้อหา เอกสาร (หนา)

8 ความเคนและความเครียดของโครงสรางรับโมเมนตดัด 1 1 - 14

9 ความเคนและความเครียดของโครงสรางรับโมเมนตดัด 2 15 - 28

10 ความเคนและความเครียดของโครงสรางรับโมเมนตดัด 3 29 - 48

11ความเคนและความเครียดของโครงสรางรับภาระผสม การวิเคราะหตำแหนงวิกฤติ

49 - 78

12การวิเคราะหขนาดและทิศทางของความเคนตั้งฉากสูงสุดและความเคนเฉือนสูงสุด

49 - 78

13 ทฤษฎีความเสียหายเบ้ืองตน 49 - 78

14 การวัดความเคนและความเครียด 49 - 78

15 สอบปลายภาค

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

แผนการบรรยาย

Thursday, February 27, 14

3

ความเคนและความเครียดของโครงสรางรับภาระผสม การวิเคราะหตำแหนงวิกฤติ

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

Thursday, February 27, 14

• ความเคนแบบระนาบ (plane stress)

• ความเคนหลัก (principal stress)

• ความเคนเฉือนสูงสุด (maximum shear stress)

• วงกลมมอรกรณีความเคนแบบระนาบ (Mohr’s circle for plane stress)

• ภาระรวมแบบระนาบความเคน (combined loadings - plane stress)

• กฎของฮุกกรณีความเคนสามแกน (Hooke’s law for triaxial stress)

4

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

หัวขอบรรยาย

Thursday, February 27, 14

5

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• เราสามารถคำนวณหาความเคนที่เกิดบนหนาตัดเนื่องจากภาระประเภทตางๆ ที่เกิดบนโครงสรางได เชน แรงตามแนวแกน (axial loading), แรงบิด (torsion), แรงเฉือน (shear force), และโมเมนตดัด (bending moment)

• แตถาตองการทราบความเคนที่เกิดบนระนาบใดๆ จำเปนที่จะตองเปล่ียนความเคนบนหนาตัดใหเปล่ียนไปตามทิศทางที่ตองการ ซึ่งเรียกวิธีนี้วา “การเปล่ียนรูปความเคน (stress transformation)”

Thursday, February 27, 14

6

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• ความเคนระนาบ (plane stress) เปนกรณีที่ชิ้นสวนความเคน (stress element) มีความเคนเกิดขึ้นที่หนา x และ y เทานั้น โดยที่หนา z จะไมมีความเคน

Thursday, February 27, 14

7

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• ความเคนเฉือน (shear stress) และความเคนตั้งฉาก (normal stress) บน stress element เปน

• จากสมการสมดุลพบวา หรือ

Thursday, February 27, 14

8

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• ถาตัดชิ้นสวนความเคนดวยระนาบเอียง (inclined section) เราสามารถแสดงความเคนที่เกิดบนระนาบเอียงไดโดย

• x1 คือ ความเคนตั้งฉากที่กระทำบนแกน x1 ที่ทำมุม θ กับแกน x

• x1y1 คือ ความเคนตั้งฉากที่กระทำบนหนา x1 ที่ทำมุม θ กับแกน x

• x1y1 = y1x1

Thursday, February 27, 14

9

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• กำหนดพื้นที่บนหนา -x เปน Ao, หนา -y เปน Ao tanθ, และ บนระนาบเอียงเปน Ao secθ จากสมการสมดุล สามารถคำนวณแรงบนระนาบเอียงเปน

Thursday, February 27, 14

10

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• พิจารณาสมการสมดุลในทิศทาง x1

Thursday, February 27, 14

11

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• พิจารณาสมการสมดุลในทิศทาง y1

Thursday, February 27, 14

12

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• การเปล่ียนรูปความเคนแบบระนาบ (transformation of plane stress)

τ x1y1 = −σ x −σ y

2sin2θ +τ xy cos2θ

Thursday, February 27, 14

13

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• ความเคนตั้งฉากที่กระทำบนหนา y1 บนระนาบเอียง สามารถแทน θ ดวย θ + /2 ดังนั้น

τ x1y1 = −σ x −σ y

2sin2θ +τ xy cos2θ

Thursday, February 27, 14

14

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• พบวา σx + σy = σx1 + σy1 หรือ ผลรวมของความเคนตั้งฉากที่กระทำบนหนาคูใดๆ ที่ตั้งฉากกันในชิ้นสวนความเคนแบบระนาบจะคงที่ โดยไมขึ้นกับมุม θ

τ x1y1 = −σ x −σ y

2sin2θ +τ xy cos2θ

Thursday, February 27, 14

15

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• กรณีแรงในแนวแกน (uniaxial stress)

• σy = 0, xy = 0

τ x1y1 = −σ x −σ y

2sin2θ +τ xy cos2θ

Thursday, February 27, 14

16

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• กรณีแรงเฉือน (pure shear)

• σx = 0, σy = 0

τ x1y1 = −σ x −σ y

2sin2θ +τ xy cos2θ

Thursday, February 27, 14

17

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

ตัวอยางที่ 6.1 ชิ้นสวนความเคนแบบระนาบ ซึ่งทำมุม θ = 30o กับแกน x โดยมีภาระมากระทำดังรูป จงหาความเคนตั้งฉากและความเคนเฉือนที่เกิดขึ้น เม่ือหนาทั้งคูของชิ้นสวนความเคนแบบระนาบอยูในทิศทางขนานกับแกน x และแกน y

 

Thursday, February 27, 14

18

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

 

Thursday, February 27, 14

• ความเคนแบบระนาบ (plane stress)

• ความเคนหลัก (principal stress)

• ความเคนเฉือนสูงสุด (maximum shear stress)

• วงกลมมอรกรณีความเคนแบบระนาบ (Mohr’s circle for plane stress)

• ภาระรวมแบบระนาบความเคน (combined loadings - plane stress)

• กฎของฮุกกรณีความเคนสามแกน (Hooke’s law for triaxial stress)

19

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

หัวขอบรรยาย

Thursday, February 27, 14

20

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• เนื่องจากขนาดของ σx1, σy1, x1y1 มีการเปล่ียนแปลงตามแกนที่หมุนไปเปนมุม θ ตางๆ

• ขนาดที่มากที่สุดของความเคนตั้งฉาก (normal stress) และความเคนเฉือน (shear stress) เปนคาที่ใชในการออกแบบหรือใชวิเคราะหโครงสรางที่ถูกใชงาน

• โดยสามารถเรียกคาสูงสุดและต่ำสุดของความเคนตั้งฉากนี้วา “ความเคนหลัก (principal stress)”

Thursday, February 27, 14

21

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• ความเคนหลักเกิดขึ้นเม่ือ

• มุม θp คือมุมที่ระนาบซึ่งเกิดความเคนหลัก (principal stress) กระทำกับแกน x โดยเรียกระนาบนี้วาระนาบหลัก (principal plane)

τ x1y1 = −σ x −σ y

2sin2θ +τ xy cos2θ

Thursday, February 27, 14

22

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• คาของ 2θp มี 2 คา โดยมีความแตกตางกัน 90 องศา

Thursday, February 27, 14

23

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• ดังนั้น θp ทั้งสองคามีความแตกตางกัน π/2

Thursday, February 27, 14

24

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• มุม θp คาหนึ่งจะทำใหเกิดความเคนหลักสูงสุด (maximum principal stress) และอีกคาหนึ่งจะทำใหเกิดความเคนหลักต่ำสุด (minimum principal stress)

• ความเคนหลักทั้งสองจะเกิดบนระนาบซึ่งตั้งฉากซึ่งกันและกัน

• คาของความเคนหลักสามารถคำนวณไดโดยแทน θp ทั้งสองในสมการการเปล่ียนรูปความเคนแบบระนาบ (transformation of plane stress)

Thursday, February 27, 14

25

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

Thursday, February 27, 14

26

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• แทนคา cos 2θp และ sin 2θp ในสมการการเปล่ียนรูปความเคนแบบระนาบ (transformation of plane stress)

• พบวาความเคนหลัก (1) เปน

Thursday, February 27, 14

27

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• แตเนื่องจากความเคนหลักสูงสุดและต่ำสุดเกิดบนระนาบที่ตั้งฉากกันสงผลใหผลรวมของความเคนหลักสูงสุดและต่ำสุดจะคงที่ ดังนั้น

• 1 คือ ความเคนหลักสูงสุด

• 2 คือ ความเคนหลักต่ำสุด

และ

Thursday, February 27, 14

28

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• แทนคา cos 2θp และ sin 2θp ในสมการการเปล่ียนรูปความเคนแบบระนาบ (transformation of plane stress)

• พบวาความเคนเฉือน (x1y1) เปนศูนย,

• ความเคนเฉือนมีขนาดเปนศูนยที่ระนาบหลัก (principal plane)

τ x1y1 = −σ x −σ y

2sin2θ +τ xy cos2θ

Thursday, February 27, 14

29

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• กรณีความเคนในแนวแกน (uniaxial stress)

• σy = 0, xy = 0

σ1 =σ x

σ2 = 0

tan2θp =2τ xy

σ x −σ y

= 0

θp1 = 0, θp2 =π2

Thursday, February 27, 14

30

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• กรณีความเคนในแนวแกน (uniaxial stress)

• σy = 0, xy = 0

σ1 =σ x

σ2 = 0τ x1y1 = 0

tan2θp =2τ xy

σ x −σ y

= 0

θp1 = 0, θp2 =π2

τ x1y1 = −σ x −σ y

2sin2θ +τ xy cos2θ

Thursday, February 27, 14

31

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• กรณีความเคนในระนาบ (biaxial stress)

• xy = 0

tan2θp =2τ xy

σ x −σ y

= 0

θp1 = 0, θp2 =π2

Thursday, February 27, 14

32

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• กรณีความเคนในระนาบ (biaxial stress)

• xy = 0

tan2θp =2τ xy

σ x −σ y

= 0

θp1 = 0, θp2 =π2

σ1 =σ x

σ2 =σ y

τ x1y1 = 0τ x1y1 = −σ x −σ y

2sin2θ +τ xy cos2θ

Thursday, February 27, 14

33

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• กรณีความเคนเฉือนลวน (pure shear)

• σx = σy = 0

tan2θp =2τ xy

σ x −σ y

= ∞

θp1 =π4

, θp2 =π2+ π

4= 3π

4

σ1 = τ xyσ2 = −τ xy

Thursday, February 27, 14

34

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• กรณีความเคนเฉือนลวน (pure shear)

• σx = σy = 0

tan2θp =2τ xy

σ x −σ y

= ∞

θp1 =π4

, θp2 =π2+ π

4= 3π

4

σ1 = τ xyσ2 = −τ xyτ x1y1 = 0

τ x1y1 = −σ x −σ y

2sin2θ +τ xy cos2θ

Thursday, February 27, 14

35

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

ตัวอยางที่ 6.2 ชิ้นสวนความเคนแบบระนาบ ดังรูป มี σx = -81 MPa, σy = 129 MPa, และ xy = -36 MPa จงหาขนาดและทิศทางของความเคนหลัก

Thursday, February 27, 14

36

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

Thursday, February 27, 14

37

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

Thursday, February 27, 14

38

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

Thursday, February 27, 14

• ความเคนแบบระนาบ (plane stress)

• ความเคนหลัก (principal stress)

• ความเคนเฉือนสูงสุด (maximum shear stress)

• วงกลมมอรกรณีความเคนแบบระนาบ (Mohr’s circle for plane stress)

• ภาระรวมแบบระนาบความเคน (combined loadings - plane stress)

• กฎของฮุกกรณีความเคนสามแกน (Hooke’s law for triaxial stress)

39

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

หัวขอบรรยาย

Thursday, February 27, 14

40

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• ความเคนเฉือนสูงสุดเกิดขึ้นเม่ือ

• มุม θs คือ มุมที่ระนาบซึ่งเกิดความเคนเฉือนสูงสุดกระทำกับแกน x โดยเรียกระนาบนี้วาระนาบความเคนเฉือนสูงสุด (plane of maximum shear stress)

τ x1y1 = −σ x −σ y

2sin2θ +τ xy cos2θ

Thursday, February 27, 14

41

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• มุม θs ที่ไดมีสองคาเชนเดียวกับ θp และมีความแตกตางกัน 90o เชนกัน

โดยทำใหเกิด max และ min ที่มีขนาดเทากัน แตมีทิศทางแตกตางกัน

• ระนาบของความเคนเฉือนสูงสุดทำมุม 45o เม่ือเทียบกับระนาบหลัก θs1 =θp1 −

π4

, θs2 =θp1 +π4

Thursday, February 27, 14

42

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

sin2θs1 =−σ x +σ y

2R

Thursday, February 27, 14

43

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• แทนคา cos 2θs และ sin 2θs ในสมการการเปล่ียนรูปความเคนแบบระนาบ (transformation of plane stress)

• โดย

sin2θs1 =−σ x +σ y

2R

Thursday, February 27, 14

44

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• ความเคนเฉือนสูงสุดมีคาเปนคร่ึงหนึ่งของผลรวมระหวางความเคนหลักสูงสุดและต่ำสุด

Thursday, February 27, 14

45

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• ระนาบความเคนเฉือนสูงสุด (θs) มีความเคนตั้งฉากเฉล่ีย (ave) เกิดขึ้นเสมอ

sin2θs1 =−σ x +σ y

2R

Thursday, February 27, 14

46

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• กรณีความเคนในแนวแกน (uniaxial stress)

• σy = 0, xy = 0

tan2θs = −σ x −σ y

2τ xy= ∞

θs1 =π4

, θs2 =3π4

τmax =σ x

2

τmin = −σ x

2

σave =σ x

2

Thursday, February 27, 14

47

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• กรณีความเคนเฉือนลวน (pure shear)

• σx = σy = 0

τmax = τ xyτmin = −τ xyσave = 0

tan 2θs = −σ x −σ y

2τ xy= 0

θs1 = 0, θs2 =π2

Thursday, February 27, 14

48

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

ตัวอยางที่ 6.3 ชิ้นสวนความเคนแบบระนาบ ดังรูป มี σx = -81 MPa, σy = 129 MPa, และ xy = -36 MPa จงหาขนาดและทิศทางของความเคนเฉือนสูงสุด

Thursday, February 27, 14

49

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

Thursday, February 27, 14

50

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

Thursday, February 27, 14

• ความเคนแบบระนาบ (plane stress)

• ความเคนหลัก (principal stress)

• ความเคนเฉือนสูงสุด (maximum shear stress)

• วงกลมมอรกรณีความเคนแบบระนาบ (Mohr’s circle for plane stress)

• ภาระรวมแบบระนาบความเคน (combined loadings - plane stress)

• กฎของฮุกกรณีความเคนสามแกน (Hooke’s law for triaxial stress)

51

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

หัวขอบรรยาย

Thursday, February 27, 14

52

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• จากสมการการเปล่ียนรูปความเคนแบบระนาบ

• ยกกำลังสองและรวมกัน

Thursday, February 27, 14

53

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• ซึ่งก็คือวงกลมรัศมี R โดยมีจุดศูนยกลางที่ (ave, 0) หรือ วงกลมของ มอรกรณีความเคนแบบระนาบ (Mohr’s circle for plane stress)

• กำหนดให และ

Thursday, February 27, 14

54

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• กำหนดให x1 เปนแกนนอน และ x1y1 เปนแกนตั้ง (ทิศลงเปนบวก)

• กำหนดจุดศูนยกลางที่ x1 = ave และ x1y1 = 0

• กำหนดจุด A ซึ่งก็คือหนา x โดย θ = 0 ซึ่ง x1 = x และ x1y1 = xy

• กำหนดจุด B ซึ่งก็คือหนา y โดย θ = 90o ซึ่ง x1 = y และ x1y1 = -xy

• ลากเสน AB จะผานจุดศูนยกลาง (C) เพื่อแสดงถึงระนาบที่ตั้งฉากกัน และวาดวงกลมโดยใหมีรัศมี R

การสรางวงกลมของมอร A B

Thursday, February 27, 14

55

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

A

B

R

 

(tension)

Thursday, February 27, 14

56

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

R

σ1 =σave +Rσ2 =σave − R

 

(tension)

Thursday, February 27, 14

57

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

R

τmax = Rτmin = −R

 

(tension)

Thursday, February 27, 14

58

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

DD’

R

 

(tension)

Thursday, February 27, 14

59

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

A

B

R

 

(tension)

Thursday, February 27, 14

60

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• คูณทั้งสองสมการแรกดวย cos 2θ และสมการที่สองดวย sin 2θ:

Thursday, February 27, 14

61

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• บวกและลบทั้งสองสมการเขาดวยกัน

(1)

(2)

(1) + (2)

(1) - (2)

Thursday, February 27, 14

62

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• ผลที่ได คือ สมการการเปล่ียนรูปความเคนแบบระนาบ

Thursday, February 27, 14

63

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

ตัวอยางที่ 6.4 ชิ้นสวนความเคนแบบระนาบ ดังรูป มี σx = -81 MPa, σy = 129 MPa, และ xy = -36 MPa จงหาขนาดและทิศทางของความเคนเฉือนสูงสุด โดยใชวงกลมของมอร

Thursday, February 27, 14

64

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

 

(tension)

Thursday, February 27, 14

65

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

 

(tension)

Thursday, February 27, 14

66

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

 

(tension)

Thursday, February 27, 14

• ความเคนแบบระนาบ (plane stress)

• ความเคนหลัก (principal stress)

• ความเคนเฉือนสูงสุด (maximum shear stress)

• วงกลมมอรกรณีความเคนแบบระนาบ (Mohr’s circle for plane stress)

• ภาระรวมแบบระนาบความเคน (combined loadings - plane stress)

• กฎของฮุกกรณีความเคนสามแกน (Hooke’s law for triaxial stress)

67

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

หัวขอบรรยาย

Thursday, February 27, 14

68

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• ชิ้นสวนความเคน A มีความเคนเกิดขึ้นดังนี้

ความเคนดัดของจุด A มีคามากที่สุด ที่จุดยึดหรือปลายดานซายสุดของโครงสราง

ความเคนเฉือนของจุด A จะมีคามากที่สุดที่ผิวของโครงสราง

Thursday, February 27, 14

69

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• ชิ้นสวนความเคน B มีความเคนเกิดขึ้นดังนี้

ความเคนเฉือนจากแรงเฉือน

ความเคนเฉือนจากแรงบิด

ความเคนเฉือนจากแรงบิด

Thursday, February 27, 14

70

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• เนื่องจากไมสามารถเลือกทุกจุดบนโครงสรางมาคำนวณหาความเคนหลักและ

ความเคนเฉือนสูงสุดได

• ดังนั้นจึงควรเลือกจุดที่นาจะมีความเคนสูงที่สุดหรือจุดวิกฤต (critical point)

โดยอาศัยพื้นฐานความรูดานโครงสรางที่รับแรงในแนวแกน โครงสรางรับแรง

บิด และโครงสรางรับโมเมนตดัด

Thursday, February 27, 14

71

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

ตัวอยางที่ 6.5 โครงสรางรูปตัวแอลทำจากอลูมิเนียมผสม 6061-T651 โดยรูปรางและภาระที่มากระทำแสดงดังรูป ถาอลูมิเนียมผสมนี้มีความเคนคราก (σY ) เปน 275 MPa อยากทราบวาโครงสรางนี้จะเกิดความเสียหายหรือไม

Thursday, February 27, 14

72

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• บริเวณที่มีความเคนมากระทำอยางรุนแรงหรือจุดวิกฤติ (critical point)

คือ บริเวณสวนลางสุดของโครงสราง ดังนั้นจึงแยกพิจารณาแรง P ที่ทำใน

แนว y (Py) และแรง P ที่ทำในแนว z (Pz)

Thursday, February 27, 14

73

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

1) ความเคนจากแรง Py = Pcos30o = 0.866 kN เปน

Thursday, February 27, 14

74

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

Thursday, February 27, 14

75

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

2) ความเคนจาก Pz = Psin30o = 0.5 kN เปน

Thursday, February 27, 14

76

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

Thursday, February 27, 14

77

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

รวมชิ้นสวนความเคน

จากแรง Py และ Pz

Thursday, February 27, 14

78

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

Thursday, February 27, 14

79

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

ตัวอยางที่ 6.6 โครงสรางรูปตัว L ดังรูป มีระยะ AB 0.5 ม. และระยะ BC 0.75 ม. ถาไมคิดน้ำหนักของโครงสราง จงคำนวณหาความเคนเคนดึงสูงสุด (σt), ความเคนอัดสูงสุด (σc) และความเคนเฉือนสูงสุด (max) ที่จุด A

 

Thursday, February 27, 14

80

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

 

Thursday, February 27, 14

81

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

 

Thursday, February 27, 14

• ความเคนแบบระนาบ (plane stress)

• ความเคนหลัก (principal stress)

• ความเคนเฉือนสูงสุด (maximum shear stress)

• วงกลมมอรกรณีความเคนแบบระนาบ (Mohr’s circle for plane stress)

• ภาระรวมแบบระนาบความเคน (combined loadings - plane stress)

• กฎของฮุกกรณีความเคนสามแกน (Hooke’s law for triaxial stress)

82

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

หัวขอบรรยาย

Thursday, February 27, 14

83

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• กำหนดใหชิ้นสวนความเคนมีขนาดเล็กมากๆ ดังนั้น

Thursday, February 27, 14

84

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• ถาวัสดุแสดงพฤติกรรมแบบอิลาสติกเชิงเสน เราสามารถหาความเคน (stress) จากความเครียด (strain) จากกฎของฮุก:

• กฎของฮุกในกรณีความเคนแบบระนาบ (Hooke’s law for plane stress)

Thursday, February 27, 14

85

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

ตัวอยางที่ 6.7 อุปกรณวัดความเครียด (strain gage) A และ B ถูกติดตั้งอยูบนแผนโลหะบางซึ่งรับความเคน ดังรูป ถา x = 480x10-6, y = 130x10-6

และ E = 200 GPa, = 0.3 จงคำนวณหา σx และ σy

 

Thursday, February 27, 14

86

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

 

 

Thursday, February 27, 14

87

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• กฎของฮุกในกรณีความเคนสามแกน

Thursday, February 27, 14

88

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• กำหนดใหชิ้นสวนความเคนมีความยาวดานละหนึ่งหนวย

• การเปล่ียนแปลงปริมาตรหนึ่งหนวย (e)

~0~0~0~0

• e คือ ความเครียดโดยปริมาตร (volumetric strain) หรือ dilatation

Thursday, February 27, 14

89

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

ตัวอยางที่ 6.8 แผนโลหะหนา t รับความเคน σx = 90 MPa และ σy = -20 MPa จงคำนวณหา (a) ความเคนเฉือนสูงสุด (max) และ (b) การเปล่ียนแปลงความ

หนา (t) และการเปล่ียนแปลงปริมาตร (V) ถา t = 20 มม., b = 800 มม., h

= 400 มม., E = 200 GPa, และ = 0.3

Thursday, February 27, 14

90

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

Thursday, February 27, 14

91

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

Thursday, February 27, 14

92

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

Thursday, February 27, 14

93

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• ความเคนหลักในกรณีความเคนใน

สามมิติ (1, 2, 3) สามารถหาไดจากรากทั้งสามของสมการ

• โดย stress invariants (A, B, C)

Thursday, February 27, 14

94

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

• ความเคนเฉือนสูงสุดคำนวณจากความเคนหลัก

• คาที่มากที่สุดของทั้ง 3 คานี้ คือความเคนเฉือนสูงสุดสัมบูรณ

1

2

3

1

2

3

Thursday, February 27, 14

95

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

การบาน 17

1) แผนโลหะบางซึ่งมีขนาดและรับภาระ ดังรูป จงหาความเคนตังฉาก (w)

และความเคนเฉือน (w) ที่เกิดบนรอยเชื่อม (weld)

 

Thursday, February 27, 14

96

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

2) ชิ้นสวนความเคนแบบระนาบ ทำมุม = 30o กับแกน x โดยมีภาระ

มากระทำ ดังรูป จงหาความเคนตั้งฉากและความเคนเฉือนที่เกิดขึ้น เม่ือ

หนาทั้งคูของชิ้นสวนความเคนแบบระนาบอยูในทิศทางขนานกับแกน x

และแกน y

 

Thursday, February 27, 14

97

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

3) ที่จุดหนึ่งของโครงสรางในกรณีความเคนแบบระนาบ ทิศทางและขนาด

ของความเคนตั้งฉากและความเคนเฉือนสามารถแสดง ดังรูป (a) โดยเม่ือ

หมุนระนาบไปเปนมุม ทิศทางและขนาดของความเคนตั้งฉากและ

ความเคนเฉือนเปล่ียนไปเปนรูป (b) จงคำนวณหามุม

 

Thursday, February 27, 14

98

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

5) ชิ้นสวนความเคนแบบระนาบซึ่งตัดมาจากชิ้นสวนเคร่ืองจักรกล มีทิศทาง

และขนาดของความเคน ดังรูป จงหา (a) ขนาดและทิศทางของความเคนหลัก

และ (b) ขนาดและทิศทางของความเคนเฉือนสูงสุด รวมถึงขนาดของ

ความเคนตั้งฉากที่เกิดขึ้น

 

Thursday, February 27, 14

99

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

การบาน 18

6) ชิ้นสวนความเคนแบบระนาบ ดังรูป มี x = 52 MPa, xy = -20 MPa โดย

ความเคนหลักคาหนึ่งเปน 58 MPa (แรงดึง) จงหา (a) ความเคนตั้งฉากในแนว

แกน y (y) และ (b) ขนาดและทิศทางของความเคนหลักทั้งหมด (1,2)

กำหนดใหแกปญหาโดยใชวงกลมของมอร

Thursday, February 27, 14

100

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

7) ชิ้นสวนความเคนแบบระนาบ ดังรูป มี xy = -20 MPa, y เปนความเคน

อัด, ความเคนหลักคาหนึ่งเปน 52 MPa (แรงดึง) และ ความเคนเฉือนสูงสุด

เปน 38 MPa จงหา (a) x และ y และ (b) ขนาดและทิศทางของความเคน

หลักทั้งหมด กำหนดใหแกปญหาโดยใชวงกลมของมอร

Thursday, February 27, 14

101

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

8) แผนโลหะบางซึ่งมีขนาดและรับภาระ ดังรูป จงหาความเคนตังฉาก (w)

และความเคนเฉือน (w) ที่เกิดบนรอยเชื่อม (weld) กำหนดใหแกปญหาโดย

ใชวงกลมของมอร

 

Thursday, February 27, 14

102

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

9) ชิ้นสวนความเคนแบบระนาบ ทำมุม = 30o กับแกน x โดยมีภาระมาก

ระทำ ดังรูป จงหาความเคนตั้งฉากและความเคนเฉือนที่เกิดขึ้น เม่ือหนาทั้งคู

ของชิ้นสวนความเคนแบบระนาบอยูในทิศทางขนานกับแกน x และแกน y

กำหนดใหแกปญหาโดยใชวงกลมของมอร

 

Thursday, February 27, 14

 

103

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

การบาน 1919) ปายและทอซึ่งมีเสนผาศูนยกลางภายใน 80 มม. เม่ือมีแรงดันลม

P = 1.8 kPa มากระทำบนปาย จงคำนวณหาความเคนเฉือนสูงสุด

ที่มากระทำที่จุด A, B และ C

Thursday, February 27, 14

104

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

21) เพลาขนาด d = 63 มม. ยึดติดกับจานโลหะหนัก 2 kN ซึ่งคลองกับ

สายพานซึ่งมีแรงดึง 5.3 kN และ 0.9 kN ดังรูป จงคำนวณหาความเคนเคนดึง

สูงสุด (max) และความเคนเฉือนสูงสุด (max) ในเพลาที่ต่ำแหนงของแบร่ิงตัว

แรก 150 มม. จากจานหมุน

 

Thursday, February 27, 14

105

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

22) ถังความดันรับแรงบิดและแรงดึง ดังรูป ถารัศมีของถัง r = 50 มม. ความ

หนาของถัง t = 3 มม. ความดันภายใน p = 5.3 MPa ความเคนสูงสุดที่วัสดุ

สามารถรับได all = 72 MPa และแรงบิด T = 450 N.m จงคำนวณหาแรง P

สูงสุดที่ไมทำใหถังความดันเสียหาย

 

Thursday, February 27, 14

106

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

23) ทอคร่ึงวงกลมเสนผาศูนยกลาง d มีน้ำหนักตอหนึ่งหนวยความยาว q

และมีจุดศูนยกลางมวลที่จุด C ซึ่งหางจากจุด O เปนระยะ c = 2R/ ดังรูป

จงหาความเคนเคนดึงสูงสุด (t), ความเคนอัดสูงสุด (c) และความเคน

เฉือนสูงสุด (max) ที่จุด B

 

Thursday, February 27, 14

จบการบรรยาย

107

รศ.ดร. ชาวสวน กาญจโนมัย ภาควิชาวิศวกรรมเคร่ืองกล มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร

Thursday, February 27, 14