Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
6.1 Desenhar os diagramas de força cortante e momento para o eixo. Os mancais em A e B exercem apenas reações verticais sobre o eixo. Solução: A C 24 kN 250 mm B VA VB x 800 mm • Utilizando as equações de equilíbrio, calculam-se as reações de apoio. = 0Fx Não será utilizada pois o enunciado afirma que os apoios exercem apenas reações verticais. • Em seguida pode-se resolver a equação: = 0Mz , assim, tomando um eixo z que passa pelo ponto B temos: kN5,31V0105024800V0M AAz ==−= • usando a equação: = 0Fy , temos: kN5,7V024VV0F BBAy −==−+= Equações de esforços para cada um dos trechos. (Os esforços normais são iguais a zero ,Nx=0) C 24 kN x Mx Nx Vx Trecho CA x24M 0Mx240M 24V 0V240F mm250x0 x xz x xy −= =+= −= =−−= C 31,5 kN x Mx Nx Vx Trecho AB A 24 kN 7875x5,7M 0M)250x(5,31x240M 5,7V 05,31V240F mm1050x250 x xz x xy −= =+−−= = =+−−= Resposta: Com as equações (acima) podemos traçar os diagramas (abaixo). Note que os momentos negativos foram traçados para cima. -24 7,5 V -6000 M 6.2 O eixo está submetido às cargas provocadas pelas correias que passam sobre as duas polias. Desenhar os diagramas de força cortante e momento. Os mancais em A e B exercem apenas reações verticais sobre o eixo. Solução: A C 400 lbf 18 pol B VA VB x 24 pol 300 lbf D 12 pol • Utilizando as equações de equilíbrio, calculam-se as reações de apoio. = 0Fx Não será utilizada pois o enunciado afirma que os apoios exercem apenas reações verticais. • Em seguida pode-se resolver a equação: = 0Mz , assim, tomando um eixo z que passa pelo ponto B temos: lbf550V0123004240024V0M AAz ==+−= • usando a equação: = 0Fy , temos: lbf150V0300400VV0F BBAy ==−−+= Equações de esforços para cada um dos trechos. (Os esforços normais são iguais a zero ,Nx=0) C 400 lbf x Mx Nx Vx Trecho CA x400M 0Mx4000M 400V 0V4000F pol18x0 x xz x xy −= =+= −= =−−= C 550 lbf x Mx Nx Vx Trecho AB A 400 lbf 9900x150M 0M)18x(550x4000M 150V 0550V4000F pol42x18 x xz x xy −= =+−−= = =+−−= C 550 lbf x Mx Nx Vx Trecho BD A 400 lbf B 150 lbf 16200x300M 0M)42x(150)18x(550x400 0M 300V 0150550V4000F pol54x42 x x z x xy −= =+−−−− = = =++−−= Resposta: Com as equações (acima) podemos traçar os diagramas (abaixo). Note que os momentos negativos foram traçados para cima. -400 150 V 300 -7200 M -3600 6.3 Os três semáforos têm, cada um, massa de 10 kg e o tubo em balanço AB tem massa de 1,5 kg/m. Desenhar os diagramas de força cortante e momento para o tubo. Desprezar a massa da placa. Solução: 98,1 N 98,1 N 98,1 N 14,7 N/m A B 1,75 m 1,75 m 3,00 m C D Equações de esforços para cada um dos trechos. (Os esforços normais são iguais a zero ,Nx=0) A x Mx Nx Vx Trecho AC 98,1 N x1,98x35,7M 0M 2 x x7,14x1,980M 1,98x7,14V 0Vx7,141,980F m75,1x0 2 x xz x xy −−= =++= −−= =−−−= A x Mx Nx Vx Trecho CD 98,1 N 98,1 N C 171,675x2,196x35,7M 0M 2 x x7,14)75,1x(1,98x1,98 0M 2,196x7,14V 0Vx7,141,981,980F m5,3x75,1 2 x x z x xy +−−= =++−+ = −−= =−−−−= A x Mx Nx Vx Trecho DB 98,1 N 98,1 N C 98,1 N D 515,025x294,3x35,7M 0M 2 x x7,14)5,3x(1,98)75,1x(1,98x1,98 0M 294,3x7,14V 0Vx7,141,981,981,980F m5,6x5,3 2 x x z x xy +−−= =++−+−+ = −−= =−−−−−= Resposta: Com as equações (acima) podemos traçar os diagramas (abaixo). Note que os momentos negativos foram traçados para cima. -98,1 -123,825 V -221,925 -247,65 -345,75 -389,85 -194,184375 M -605,1125 -1708,4625 6.5 O encontro de concreto armado é usado para apoiar as longarinas da plataforma de uma ponte. Desenhar seus diagramas de força cortante e momento quando ele é submetido às cargas da longarina mostradas. Supor que as colunas A e B exercem apenas reações verticais sobre o encontro. Solução: A 60 kN 1 m B VA VB x 35 kN 1 m 1,5 m 1 m 1 m 1,5 m 60 kN 35 kN 35 kN C D E F G • Utilizando as equações de equilíbrio, calculam-se as reações de apoio. = 0Fx Não será utilizada pois o enunciado afirma que os apoios exercem apenas reações verticais. • Em seguida pode-se resolver a equação: = 0Mz , assim, tomando um eixo z que passa pelo ponto B temos: kN5,112V01601355,2354356605V0M AAz ==+−−−−= • usando a equação: = 0Fy , temos: kN5,112V06035353560VV0F BBAy ==−−−−−+= Equações de esforços para cada um dos trechos. (Os esforços normais são iguais a zero ,Nx=0) C x Mx Nx Vx Trecho CA 60 kN x60M 0Mx600M 60V 0V600F m1x0 x xz x xy −= =−−= −= =−−= C 112,5 kN x Mx Nx Vx Trecho AD 60 kN 5,112x5,52M 0M)1x(5,112x600M 5,52V 0V5,112600F m2x1 x xz x xy −= =−−+−= = =−+−= C 112,5 kN x Mx Nx Vx Trecho DE 60 kN 35 kN D 5,42x5,17M 0M)2x(35)1x(5,112x60 0M 5,17V 0V355,112600F m5,3x2 x x z x xy −= =−−−−+− = = =−−+−= C 112,5 kN x Mx Nx Vx Trecho EF 60 kN 35 kN D 35 kN E 80x5,17M )5,3x(355,42x5,17M0M 5,17V 0V35355,11260 0F m5x5,3 x xz x x y +−= −−−== −= =−−−+− = C 112,5 kN x Mx Nx Vx Trecho FB 60 kN 35 kN D 35 kN E 35 kN F 255x5,52M )5x(3580x5,17M0M 5,52V 0V3535355,11260 0F m6x5 x xz x x y +−= −−+−== −= =−−−−+− = C 112,5 kN x Mx Nx Vx Trecho BG 60 kN 35 kN D 35 kN E 35 kN F 112,5 kN 420x60M )6x(5,112255x5,52M0M 60V 0V5,1123535355,11260 0F m7x6 x xz x x y −= −++−== = =−+−−−+− = Resposta: Com as equações (acima) podemos traçar os diagramas de forças cortantes em kN e diagrama de momentos em kN.m (logo abaixo). Note que os momentos negativos foram traçados para cima. –60 +52,5 V +17,5 +60 –52,5 –17,5 M –7,5 –60 –60 +18,75 6.6. Desenhar os diagramas de força cortante e momento para o eixo. Os mancais em A e B exercem apenas reações verticais sobre ele. Expressar também a força cortante e o momento em função de x na região 125 mm < x < 725 mm. Solução: A C 800 N 125 mm B VA VB x 600 mm 1500 N D 75 mm • Utilizando as equaçõesde equilíbrio, calculam-se as reações de apoio. = 0Fx Não será utilizada pois o enunciado afirma que os apoios exercem apenas reações verticais. • Em seguida pode-se resolver a equação: = 0Mz , assim, tomando um eixo z que passa pelo ponto B temos: N625,815V0751500675800800V0M AAz ==−−= • usando a equação: = 0Fy , temos: N375,1484V01500800VV0F BBAy ==−−+= Equações de esforços para cada um dos trechos. (Os esforços normais são iguais a zero ,Nx=0) A 815,625 x Mx Nx Vx Trecho AC x625,815M 0Mx625,8150M 625,815V 0V625,8150F mm125x0 x xz x xy = =−= = =−= A x Mx Nx Vx Trecho CD C 800N 815,625 100000x625,15M M)125x(800x625,8150M 625,15V 0V800625,8150F mm725x125 x xz x xy += =−−= = =−−= A x Mx Nx Vx Trecho DB C 800N 815,625 D 1500N 1187500x375,1484M M)725x(1500)125x(800x625,815 0M 375,1484V 0V1500800625,8150F mm800x725 x x z x xy +−= =−−−− = −= =−−−= Resposta: Com as equações (acima) podemos traçar os diagramas de forças cortantes em N e diagrama de momentos em N.mm (abaixo). Note que os momentos negativos foram traçados para cima. 815,625 15,625 V –1484,375 M 111328,125 101953,125 6.32. Desenhar os diagramas de força cortante e momento da viga de madeira e determinar a força cortante e o momento em toda a viga em função de x. Solução: A C 250 lbf 4 pés B VA VB x 6 pés 250 lbf D 4 pés 150 lbf/pé • Utilizando as equações de equilíbrio, calculam-se as reações de apoio. = 0Fx Não será utilizada pois o enunciado afirma que os apoios exercem apenas reações verticais. • Em seguida pode-se resolver a equação: = 0Mz , assim, tomando um eixo z que passa pelo ponto B temos: ( ) lbf700V0425036150102506V0M AAz ==+−−= • usando a equação: = 0Fy , temos: lbf700V06150250250VV0F BBAy ==−−−+= Equações de esforços para cada um dos trechos. (Os esforços normais são iguais a zero ,Nx=0) C 250 lbf x Mx Nx Vx Trecho CA x250M 0Mx2500M 250V 0V2500F pés4x0 x xz x xy −= =+= −= =−−= C 700 lbf x Mx Nx Vx Trecho AB A 250 lbf 150 lbf/pé 2 x x 2 z x xy x75x10504000M 0M 2 )4x( 150)4x(700x250 0M x1501050V 0V700)4x(1502500F pés10x4 −+−= =+ − +−− = −= =−+−−−= C 700 lbf x Mx Nx Vx Trecho BD A 250 lbf 150 lbf/pé 700 lbf B 3500x250M 0M)10x(700 )7x(6150)4x(700x250 0M 250V 0V7007006150250 0F pés14x10 x x z x x y −= =+−− +−+−− = = =−++−− = Resposta: Com as equações (acima) podemos traçar os diagramas de forças cortantes em lbf e diagrama de momentos em lbf.pé (abaixo). Note que os momentos negativos foram traçados para cima. –250 450 V 250 –450 –1000 M –1000 –325 6.39. Determinar o momento M que deve ser aplicado à viga a fim de criar um esforço de compressão de D=30 MPa no ponto D. Desenhar também a distribuição de tensão que atua sobre a seção transversal e calcular a tensão máxima desenvolvida na viga. Solução: Momento de inércia da seção transversal em relação à linha neutra (medidas em cm). ➢ ou usando 4 retângulos (somados): Ix = [ 20 × 2,53 12 + (20 × 2,5) × 8,752] × 2 + ( 2,5 × 153 12 ) × 2 = 9114,58333 cm4 ➢ ou usando 2 retângulos (maior subtraindo o menor): Ix = 20 × 203 12 − 15 × 153 12 = 9114,58333 cm4 A tensão de flexão no ponto D: σx = M Ix y ⇔ M = σx Ix y = 3 kN cm2 × 9114,58333 cm4 7,5 cm = 3645,8 kN. cm ∴ 𝐌 = 𝟑𝟔, 𝟓 𝐤𝐍. 𝐦 A tensão máxima de flexão desenvolvida na viga: σmax = M Ix y = 3645,8 kN. cm 9114,58333 cm4 × 10 cm = 4 kN cm2 ∴ 𝛔𝐦𝐚𝐱 = 𝟒𝟎 𝐌𝐏𝐚 A=40 MPa D=36,5 MPa 6.42 Foram propostas duas soluções para o projeto de uma viga. Determinar qual delas suportará um momento M = 150 kN.m com a menor tensão normal de flexão. Qual é essa menor tensão? Com que porcentagem ele é mais eficiente? Solução: M = 150 kN.m = 150106 N.mm O momento de Inércia: Seção (a) MPa114 165 216450000 10150 c I M mm216450000I 0)30030( 12 30030 25,157)15200( 12 15200 I a 6 a a max a 4 a 2 3 2 3 a = == = + + + = Seção (b) MPa7,74 180 361350000 10150 c I M mm361350000I 0)30015( 12 30015 2165)30200( 12 30200 I b 6 b b max b 4 b 2 3 2 3 b = == = + + + = Eficiência = %53100 7,74 7,74114 = − Resposta: A menor tensão normal é do perfil b e é de 74,7 MPa com eficiência de 53%. 6.47 A peça de máquina de alumínio está sujeita a um momento M = 75 N.m. Determinar a tensão normal de flexão nos pontos B e C da seção transversal. Desenhar os resultados em um elemento de volume localizado em cada um desses pontos. Solução: Centro de gravidade da seção transversal tomando como base inferior como referência: + + + = = ++ ++ = 2 3 2 3 x 5,12)1080( 12 1080 25,12)4010( 12 4010 I mm5,32y )1080()4010()4010( 45)1080(20)4010(20)4010( y MPa548,15,7 3 1090000 75000 y I M MPa612,35,17 3 1090000 75000 y I M mm 3 1090000 I C x max C B x max B 4 x === === = Resposta: As tensões normais de flexão nos pontos B e C da seção transversal são, respectivamente, 3,612 MPa e 1,548 MPa. =1,548 MPa =3,612 MPa 6.48 A peça de máquina de alumínio está sujeita a um momento M = 75 N.m. Determinar as tensões normais de flexão máximas de tração e de compressão na peça. Solução: Centro de gravidade da seção transversal tomando como base inferior como referência: mm5,32y )1080()4010()4010( 45)1080(20)4010(20)4010( y = ++ ++ = MPa709,65,32 3 1090000 75000 y I M MPa612,35,17 3 1090000 75000 y I M mm 3 1090000 I 5,12)1080( 12 1080 25,12)4010( 12 4010 I base x max max B x max max 4 x 2 3 2 3 x +=== −=−== = + + + = + − Resposta: As tensões normais de flexão máximas são: 3,612 MPa de compressão e 6,709 MPa de tração. 6.55 A viga está sujeita a um momento de 15 kip.pés. Determinar a força resultante que a tensão produz nos flanges superior A e inferior B. Calcular também a tensão máxima desenvolvida na viga. Solução: M = 15 kip.pés = 151000 lbf × 12 pol = 180000 lbf.pol Centro de gravidade da seção transversal tomando como base inferior como referência: pol5,5625y )13()81()15( 5,0)13(5)81(5,9)15( y = ++ ++ = Momento de inércia da seção transversal em relaçãoà linha neutra: 4 x 2 3 2 3 2 3 x pol3200,270833I )5,05625,5()13( 12 13 )55625,5()81( 12 81 )5,95625,5()15( 12 15 I = −+ +−+ +−+ = As tensões na parte superior e inferior do flange superior são: ( ) ( ) lbf176953539)15(F AF psi353930903988 2 1 2 1 psi3090)5,5625-(9 3200,270833 180000 y I M psi3988)5,5625-(10 3200,270833 180000 y I M mesa médmesamesa méd infsupméd inf x max inf sup x max sup == = =+= += === === As tensões na parte superior e inferior do flange inferior são: ( ) ( ) lbf3,136501,4550)13(F AF psi1,45505,49997,4100 2 1 2 1 psi5,49995,5625 3200,270833 180000 y I M psi7,4100)1-(5,5625 3200,270833 180000 y I M mesa médmesamesa méd infsupméd maxinf x max inf sup x max sup == = =+= += ==== === Resposta: A força resultante que as tensões produzem no flange superior é de 17,7 kip de compressão. A força resultante que as tensões produzem no flange inferior é de 13,7 kip de tração. A tensão máxima na seção é de 5 ksi de compressão na parte inferior do flange inferior (tração). 6.68 A seção transversal de uma viga está sujeita a um momento de 12 kip . pés. Determinar a força resultante que a tensão produz na mesa (6 pol × 1 pol). Calcular também a tensão máxima desenvolvida nesta seção transversal da viga. Linha Neutra y sup inf max Solução: M = 12 kip.pé = 121000 lbf × 12 pol = 144000 lbf.pol Centro de gravidade da seção transversal tomando como base inferior como referência: pol0625,7y )16()101( 5,10)16(5)101( y = + + = Momento de inércia da seção transversal em relação a linha neutra: 4 x 2 3 2 3 x pol271,197I)0625,75,10()16( 12 16 )50625,7()101( 12 101 I =−+ +−+ = As tensões na parte superior e inferior da mesa são: psi51550625,7 271,197 144000 y I M psi21449375,2 271,197 144000 y I M psi28749375,3 271,197 144000 y I M x max max inf x max inf sup x max sup === === === ( ) ( ) lbf150552509)16(F AF psi250921442874 2 1 2 1 mesa médmesamesa méd infsupméd == = =+= += Resposta: A força resultante que a tensão produz na mesa é de 15,1 kip. A tensão máxima na seção é de 5,2 ksi de compressão na parte inferior da alma. 6.71 Determinar a tensão normal de flexão máxima absoluta no eixo de 30 mm de diâmetro que está submetido a forças concentradas. As buchas nos apoios A e B suportam apenas forças verticais. Solução: A tensão normal numa seção transversal de uma viga é: c I Mmax max = I= momento de inércia da seção (no caso, um círculo). O centróide, c, da seção situa-se no centro da altura. Na questão, o momento máximo, Mmax, ocorre no apoio A. Com os dados fornecidos na questão: mm15c 64 30 I mm.N480000m.N480m8,0N600aPM 4 1max = = ==== Assim: MPa181 mm N 08,18115 64 30 480000 c I M max 24max max max = = = = Resposta: A tensão normal de flexão máxima absoluta é de max = 181 MPa. 6.72 Determinar o menor diâmetro admissível do eixo submetido a forças concentradas. As buchas nos apoios A e B suportam apenas forças verticais e a tensão de flexão admissível é adm = 160 MPa. Solução: A tensão normal numa seção transversal de uma viga é: c I Mmax max = I= momento de inércia da seção (no caso, um círculo). O centróide, c, da seção situa-se no centro da altura. Na questão, o momento máximo, Mmax, ocorre no apoio A. Com os dados fornecidos na questão: 32 d 2 d 64 d c I Z 2 d c 64 d I mm.N480000m.N480m8,0N600aPM 3 4 4 1max = == = = ==== Assim: mm3,31d 300032 d 32 d mm3000 160 480000 Z M Z Z M c I M 3 3 3 nec adm max nec nec maxmax adm = = === === Resposta: O menor diâmetro admissível é de d = 31,3 mm. 6.73 A viga tem seção transversal retangular como mostrado. Determinar a maior carga P que pode ser suportada em suas extremidades em balanço, de modo que a tensão normal de flexão na viga não exceda adm = 10MPa. Solução: A tensão normal numa seção transversal de uma viga é: c I Mmax max = I= momento de inércia da seção (no caso, um retângulo). O centróide, c, da seção situa-se no centro da altura. Na questão, o momento máximo, Mmax, ocorre igualmente nos apoios. Com os dados fornecidos na questão: mm50c 12 10050 I mmP500m5,0PaPM 3 max = = === Assim: N67,1666P 50500 10 12 10050 P50 12 10050 P500 10 c I M c I M 3 3 max adm max max = = = == Resposta: A maior carga P que pode ser suportada nas extremidades em balanço é de P = 1,67 kN. 6.77. A viga está submetida ao carregamento mostrado. Determinar a dimensão a requerida da seção transversal se a tensão de flexão do material for adm = 150 MPa. Solução: Diagrama de momentos: M –60 kN.m 1,25 kN.m 0,25 m Mmax = 60 kN.m = 60000000 N.mm = 60×10 6 N.mm (tração nas fibras superiores) Centro de gravidade da seção transversal tomando como base inferior como referência: a 12 5 y )a 3 2 a 2 1 ()a 3 1 a( a 3 2 )a 3 2 a 2 1 (a 6 1 )a 3 1 a( y = + + = Momento de inércia da seção transversal em relação à linha neutra: 4 x 2 3 2 3 x a 648 37 I a 3 2 a 12 5 a 3 2 a 2 1 12 a 3 2 a 2 1 a 6 1 a 12 5 a 3 1 a 12 a 3 1 a I = − + + − + = A tensão normal máxima ocorre na parte superior da seção transversal: mm876,159 37 700 60a150a 12 5 a a 648 37 1060 y I M 3 4 6 sup x max sup === − == Resposta: A dimensão requerida deve ser a = 160 mm 6.79. Determinar a intensidade da carga máxima P que pode ser aplicada à viga, supondo que ela seja feita de material com tensão de flexão admissível (adm)c = 16 ksi na compressão e (adm)t = 18 ksi na tração. Solução: Diagrama de momentos: M 60P Mmax = 5×12 P = 60 P (tração nas fibras inferiores) em lbf.pol Centro de gravidade da seção transversal tomando como base inferior como referência: pol25,6y )81()18( 4)81(5,8)18( y = + + = Momento de inércia da seção transversal em relação à linha neutra: ( ) ( ) ( ) ( ) 4 x 2 3 2 3 x pol33,124I 425,681 12 81 25,65,818 12 18 I = −+ +−+ = As tensões normais máximas ocorrem na parte superior (compressão) e na parte inferior (tração) da seção transversal: lbf5968P1800025,6 33,124 P60 y I M lbf12056P1600075,2 33,124 P60 y I M sup x max inf sup x max sup ==== ==== Resposta: Amáxima carga P deve ser 5,968 kip.
Compartilhar