例題集

ねじり(2)

理解レベル   難易度: ★★
段つき中空丸棒の一端が固定され,他端にねじりモーメント$T$が作用するとき,各部の最大せん断応力と荷重端のねじれ角を求めよ. ただし,$d_1=40 \rm{mm}$,$d_2=20 \rm{mm}$,$d_3=10 \rm{mm}$,$l_1=50 \rm{mm}$,$l_2=60 \rm{mm}$,$G=80 \rm{GPa}$,$T=1.0×10^2 \rm{N・m}$とする. %=image:/media/2015/01/22/142192562945552700.png:
$\rm{AB}$区間 \begin{align} \tau_{AB}&=\frac{T}{Z_P}\\ &=\frac{16d_1T}{\pi\left(d_1^4-d_3^4\right)}\\ &=\frac{16\times0.04\times1.0\times10^2}{\pi\left(0.04^4-0.01^4\right)}\\ &=7.988\\ &=7.99\ \rm{MPa} \end{align} $\rm{BC}$区間 \begin{align} \tau_{BC}&=\frac{T}{Z_P}\\ &=\frac{16d_2T}{\pi\left(d_2^4-d_3^4\right)}\\ &=\frac{16\times0.02\times1.0\times10^2}{\pi\left(0.02^4-0.01^4\right)}\\ &=67.906\\ &=6.79\times10^1\ \rm{MPa} \end{align} ねじれ角 \begin{align} \theta&=\theta_{AB}+\theta_{BC}\\ &=\frac{Tl_1}{GI_{PAB}}+\frac{Tl_2}{GI_{PBC}}\\ &=\frac{32T}{G\pi}\left(\frac{l_1}{d_1^4-d_3^4}+\frac{l_2}{d_2^4-d_3^4}\right)\\ &=\frac{32\times1.0\times10^2}{80\times10^9\times\pi}\left(\frac{0.05}{0.04^4-0.01^4}+\frac{0.06}{0.02^4-0.01^4}\right)\\ &=5.3462\times10^{-3}\\ &=5.34\times10^{-3}\ \rm{rad}\\ &=5.3462\times10^{-3}\times\frac{180}{\pi}\\ &=0.306109\\ &=3.06\times10^{-1}\ \rm{deg} \end{align}