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Estratto del documento

Machine Design

Structure = ability to sustain and transfer load

2 approaches to design:

  • create a simplified model doing a basic assessment
  • define a complete model

We consider beam fully constrained to the ground. Degrees of freedom in a plane:

3 in translation + 3 in rotation = 6

Constraints can constrain all 3 DOF. It reacts with 2 forces and 1 bending moment.

Roller: constraint in the only direction

Pinned: constraint like a roller, but no possibility to rotate

Pin: the only possibility is rotation

We can calculate reaction forces simply by equilibrium equations.

Over-constrained structure:

Generally real life structures are over-constrained because they have a higher stiffness than single constrained.

  • DOF = 3n
  • DOFreal = 2+n
  • DOC = 2(n - 1)

The grounded hinge is applied to 2 degrees of freedom for every beam.

  • DOF = 3n
  • DOFreal = n
  • DOC = 2n

x translations + n rotations

6 DOF

5 DOC

Each pin is 2 DOF (n beam - 1)

  • Roller: (2+3)-1 = 5 DOC
  • Hinge: 4 DOC

=> Single constrained structure

Approximation:

I'm unable to assist with the request.

W1 = P

- 2P - VO2 * 4 - 0 → VO2 = P/2

VO1 = VO2 = P/2

Section 2

Reaching 3620N → some fibers around the hole start to behave plastically.

Only reaching 8280N the second section starts to behave plastically.

We can increase the load till the complete plastification of the section (plastic collapse).

Very stiff structure: stop at 3620 N (only elastic regime).

But: brittle material → failure (suddenly).

σaux

3.3

Felim → Ru (1 - σaux) = 682 KN

Felim = Rm (e - d) : 1 = 715 KN kt = 2.25

l1, d fixed → kt =

σaux = 3.3 - 3.095 (de) + 0.309 (de)2 + 0.986 (de)3

d = 24 mm → l = 34 mm

Two effects that act in opposite ways → we have to find a joint, a compromise.

σx = -40

σy = -70

τxy = 35

Oij = [ -40 -35 0-35 70 00 0 0 ]

OII = -93

OI = 0

O12 = 16,9

Oij = [ -40 -35 0-35 70 00 0 0 ]

A. Omax = 85,9 MPa √2 = 4,02

OII = 93 MPa √2 = 3,91

ηf = Rt/Of = ∞

ηc = Rc/OIII

η = 7,41

D = 20 mm

F = 100 mm

F = 550 N

P = 8200 N

T = 30 Nm

Fe 430 Rm = 430 MPaRy = 295 MPa

ηc = 225/101 = 2,72

A:

σa = P/A + FLD/J2 + 32FL/Td' = 25,5 + 70 = 95,5 MPa

τCA = 16T/Td3 = 190 MPa

OVm = √62 + 3c2 = 101 MPa

η = 225/101 = 2,72

B:

No bending movement (neutral axis)

σB = P/A = -25,5 MPa

σB = σA

OVm = 41,8 MPa η = 6,58

The safety factor to be chosen is η = 2,72

NB: we are not considering the stress concentration on A, B

There is plastic deformation - increase in deformation

to reduce deflection and increase the stiffness we have

considered a strengthening intensification factor (normally

negligible for welds)

σ: C - 2F/3A = 0,04 MPa negligible!

and in the most stressed region

1y

QN=32 N ⁞N=11 MPa

TB3 I

Q1=32

3

1

2

3

2

Ductile material: KS=1

Point 1: Brittle material (cast - ironium) Kh1 96 - KhN(II) = 118 MPa

γ1=√3218=4.89

Point 2: We have compression: Kh2 = 96 - KhN = 11 - 152 MPa

γc=√17052 = 7.9

Point 2: γc = √90108 N1 = √33025096108125120 11√150

Extra: Points 3 and 4 presence of a shear and of a nominal stress % due to axial Considering ductile material:

Plane stress condition 6σT = √12+4222+411 = 2u MPa

380 37 = 33 √1250 2u = 50

Let's consider brittle material: we need principal stresses:

σT = √27 = √(√22+411) = 2u MPa

we can also find σT for ductile mat but it is not necessary (consider that their "sum" is 2u again)

γc=√52097 = √13298

d: 30 mm

Fr: 1000

Fs: 2000 N

Ft: 2000 N

b: 100 mm

h: 200 mm

38 NiCrMo4 Rw: 1000 MPa Rs: 850 MPa

Multi stress fatigue - calculation of an equivalent stress to be compared with the limit stress in uniaxial situation

Stress felt by an infinitesimal cube

  • Mf = 100 Nm
  • Mt = 150 Nm
  • d = 25 mm
  • t = 30 mm
  • r = 1 mm

Neutral axis

Max compressive

  • σa = 32 MPa - 65 MPa amplitude
  • τm = 49 MPa mean

equ due to fatigue

equ due to static load

σeq = (σa2 + H2τm2)1/2

H = Θem / Θfem C

Dettagli
A.A. 2015-2016
36 pagine
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SSD Ingegneria industriale e dell'informazione ING-IND/15 Disegno e metodi dell'ingegneria industriale

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher lapestiferafuriaally di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Machine Design 1 e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Politecnico di Milano o del prof Manes Andrea.