Na zadanom trozglobnom okviru kinematičkim postupkom nacrtati utjecajne linije za reakciju u ležaju A i za sile u presjeku t.
Da bismo kinematičkim postupkom konstruirali utjecajnu liniju za horizontalnu komponentu reakcije u ležaju A, raskidamo ležajnu vezu koja tu komponentu prenosi: nepomični zglobni ležaj zamjenjujemo horizontalno pomičnim zglobnim ležajem. Dobiveni mehanizam s jednim stupnjem slobode sastavljen je od dva diska -- disk A- C označit ćemo sa I, a disk C- B sa II.
Nepomični je zglobni ležaj B apsolutni pol (2) diska II, a zglob C relativni je pol (1,2) za diskove I i II. Prema teoremu triju polova, apsolutni pol (2), relativni pol (1,2) i apsolutni pol (1) diska I leže na pravcu. S druge strane, apsolutni pol diska I mora ležati na pravcu okomitom na pravac mogućeg pomaka neke njegove točke. Kako je dopušteni pomak točke A translacija po horizontalnom pravcu, pol (1) ležat će na vertikali kroz tu točku, pa pol (1) nalazimo u sjecištu te vertikale u točki A i pravca određenog točkama (2) i (1,2).
Sada možemo na mjestu i na pravcu raskinute veze, a u smjeru suprotnom od pretpostavljenoga pozitivnog smjera reakcije Ah, zadati jedinični pomak te nacrtati odgovarajući plan pomaka. Dogovorno uzimamo da se pozitivan smjer sile Ah podudara s pozitivnim smjerom osi x.
Točki A diska I dajemo, stoga, jedinični pomak ulijevo, u negativnom smjeru osi x.
Disk
I zakreće se u smjeru vrtnje kazaljke na satu
oko apsolutnog pola za kut
:
Poznavajući kut, izračunavamo i horizontalnu komponentu pomaka
točke
C:
u =
. d (
C
,
(1)
) = 2/5
ulijevo, u smjeru - x; po analogiji s konvencijama u nacrtnoj
geometriji, sa
C
i
(1)
označili smo
projekcije zgloba
C i pola
(1) na vertikalnu os.
Podsjetimo ovdje na neke elemente teorije malih pomaka.
Pri zaokretu diska
I oko pola
(1) točka
C kreće se
po pravcu okomitom na spojnicu te točke s polom -- kružni luk
zamjenjujemo njegovom tangentom. Duljina
vektora
,
kojim je prikazan pomak točke
C, bit će
|
| = p
=
. d (
C,
(1)).
Ako spojnica
zatvara s horizontalom
kut
,9
tada će
biti i kut između vektora
i
vertikale (nacrtajte skicu), pa će duljina horizontalne komponente
pomaka biti
u
= p
. sin
=
. [d (
C,
(1)) . sin
]. No, kako je
izraz u uglatoj zagradi duljina projekcije dužine
na os y, dobivamo
u
=
. d (
C
,
(1)
).
Plan horizontalnih komponenti pomaka (ili, kraće: horizontalnih pomaka) diska I nacrtan je lijevo od nosača.
Zglob
C relativni je pol
(1,2), što znači da je poznat i
horizontalni
pomak jedne točke diska
II, pa možemo odrediti i kut zaokreta
tog diska oko pola
(2):
=
= 1/10,
u smjeru suprotnom od smjera vrtnje kazaljke na satu.
Plan horizontalnih pomaka diska
II prikazan je, preglednosti
radi, odvojeno od plana pomaka diska
I, desno od nosača.
Uz poznate kutove zaokreta diskova možemo nacrtati (ispod nosača) i plan vertikalnih komponenti pomaka. Vertikalni je pomak točke C
Plan horizontalnih pomaka utjecajna je linija
za horizontalnu komponentu reakcije
za horizontalno, dok je plan
vertikalnih pomaka utjecajna linija
za tu komponentu za vertikalno opterećenje.
Za konstrukciju utjecajne linije za vertikalnu komponentu reakcije
raskidanjem odgovarajuće veze, odnosno, zamjenom
nepomičnog zglobnog ležaja
vertikalno pomičnim zglobnim ležajem, omogućavamo
vertikalni pomak u ležaju
A, čime nastaje mehanizam s jednim
stupnjem slobode, sastavljen od dva diska:
A-
C,
označen sa
I, i
C-
B, označen sa
II.
Apsolutni je pol (2) u nepomičnom zglobnom ležaju B, a relativni je pol (1,2) u zglobu C. Apsolutni pol (1) ležat će u sjecištu pravca kroz polove (2) i (1,2) (prema teoremu triju polova) i horizontalnoga pravca kroz točku A (taj je pravac okomit na omogućeni pomak točke A).
Dogovorno zadajemo pozitivni smjer sile Av u pozitivnom smjeru
osi y, pa će jedinični pomak točke
A,
v = 1, kojim započinjemo
konstrukciju vertikalnog plana pomaka, biti prema dolje,
u negativnom smjeru osi y. Pritom se disk
I zakreće
oko apsolutnoga pola
(1) u smjeru suprotnom od smjera kretanja
kazaljke na satu za kut
=
=
= 1/5.
Relativni pol (1,2) zajednička je točka diskova I i II, pa je plan vertikalnih pomaka diska II spojnica one točke na planu pomaka diska I kojom je prikazan pomak pola (1,2) s projekcijom apsolutnog pola (2) na nultu liniju plana pomaka. Da pojednostavimo i sažmemo opis, umjesto o `projekciji apsolutnoga pola na nultu liniju plana pomaka' govorit ćemo, u kontekstu u kojem ne može doći do zabune, jednostavno o `apsolutnom polu'. Isto tako, `točku kojom je prikazan pomak neke točke nosača' nazivat ćemo kratko `točkom nosača (nakon pomaka)' ili `pomaknutom točkom'. Možemo, dakle, reći: plan vertikalnih pomaka diska II spojnica je apsolutnog pola (1) i (pomaknutoga) pola (1,2). Katkad ćemo umjesto `plan pomaka nekog diska' reći `pomaknuti disk' pa i samo `disk'.
Iz zadanih
geometrijskih odnosa izračunavamo vertikalni pomak pola
(1,2),
v(1, 2) = . d (
(1, 2)
,
(1)
) = 3/5, i, potom,
kut zaokreta diska
II,
=
= 3/20.
Cijeli nacrtani plan vertikalnih komponenti pomaka oba diska
utjecajna je linija
za komponentu Av za vertikalno opterećenje.
Da bismo nacrtali plan horizontalnih pomaka, izračunat ćemo prvo horizontalni pomak pola (1,2):
[Zadatak: Nacrtajte utjecajne linije za komponente reakcije u ležaju B.]
Za konstrukciju utjecajne linije za moment u presjeku t zadani nosač pretvaramo u mehanizam s jednim stupnjem slobode `ugrađivanjem' zgloba u presjek. Nastali je mehanizam sastavljen od tri diska: A- t, s oznakom I, t- C, s oznakom II, te C- B, s oznakom III.
Nepomični zglobni ležajevi
A i
B polovi su
(1)
i
(3). Umetnuti zglob u presjeku
t pol je
(1,2),
a zglob
C pol
(2,3). Apsolutni pol diska
II nalazimo
primjenom teorema triju polova: polovi
(1),
(1,2),
(2)
moraju ležati na pravcu; isto tako, na pravcu moraju ležati i
(3),
(2,3),
(2). Dakle, pol
(2) leži u sjecištu
pravca kroz
(1) i
(1,2) i pravca kroz
(3) i
(2,3).
Pomoću tangensa kutova nagiba tih dvaju pravaca i koordinata zadanih
točaka možemo izračunati10
d (
(1),
(2)
) = 10/7 [m] i
d (
(1, 2)
,
(2)
) = 3/7 [m].
Zadamo li u umetnutom zglobu inicijalni jedinični zaokret između
diskova
I i
II, u smjeru suprotnom od pozitivnoga
smjera momenta
u presjeku, rezultirajući će plan pomaka biti
utjecajna linija
.
No, kako zadajemo relativni zaokret
između diskova, apsolutni su zaokreti oko apsolutnih polova
nepoznati.
U takvom je slučaju često teško izravno nacrtati plan
pomaka, pa ćemo to uraditi u dva koraka.
Prvi korak. Uvodimo pomoćni mehanizam u kojem je disk I kruto vezan za podlogu.11 Relativni pol (1,2) izvornoga mehanizma postaje u pomoćnom mehanizmu apsolutnim polom diska II, a relativni zaokret diska II u odnosu na disk I apsolutnim zaokretom diska II.
Nacrtat ćemo plan vertikalnih pomaka dijela pomoćnog mehanizma.
Kako je disk
I nepomičan, njegov se plan pomaka
poklapa na odgovarajućem segmentu s nultom linijom plana pomaka.
Smjer vrtnje pozitivnog momenta u presjeku
t
pri djelovanju na disk
II smjer je kretanja kazaljke na satu.
Disku
II dajemo jedinični zaokret u smjeru suprotnom
od smjera vrtnje pozitivnog momenta, dakle, u smjeru suprotnom od
smjera vrtnje kazaljke
-- kako su posrijedi mali kutovi, konstruiramo
u stvari kut za kojega je
tg
= 1.
Točka koja odgovora polu
(2) izvornog
mehanizma dobiva pritom vertikalni pomak
= 3/7. Kako taj pomak
mora u izvornom mehanizmu biti jednak nuli, zaključnom ćemo linijom
zadovoljiti rubne uvjete izvornoga
mehanizma: povučemo li zaključnu liniju kroz točke koje
na pomoćnom mehanizmu odgovaraju
polovima
(1) i
(2), u odnosu na nju
će pomaci tih točaka biti jednaki nuli, pa će zaključna
linija odgovarati nultoj liniji u planu pomaka izvornog mehanizma.
Kut između zaključne linije i nacrtanog plana pomaka diska
I
apsolutni je kut zaokreta diska
I u izvornom mehanizmu:
=
= 3/10, pri čemu je
zaokret u smjeru kretanja kazaljke na satu.
Udaljenost od zaključne linije do točke
(1,2)
vertikalni je pomak tog pola u izvornom mehanizmu:
v(1, 2) =
. 1 = 3/10; pomak je
prema dolje.
Drugi korak.
Poznavajući apsolutni kut zaokreta jednog diska, u ovom primjeru
, odnosno, poznavajući apsolutni vertikalni pomak neke njegove
točke, ovdje v(1, 2), možemo konstruirati plan
vertikalnih pomaka izvornog mehanizma.
Disk
I zakreće se oko pola
(1) za kut
;
taj zaokret konstruiramo, kao uvijek, pomoću njegovoga tangensa:
I na kraju, spojnica pomaknutoga
relativnog pola
(2,3) i apsolutnog pola
(3)
plan je vertikalnih pomaka diska
III. Taj se
disk oko pola
(3) zakreće za kut
=
= 1/10 u smjeru vrtnje kazaljke na satu.
Dobiveni plan vertikalnih pomaka cijeloga nosača utjecajna je linija
za Mt za vertikalno
opterećenje, a plan horizontalnih pomaka bit će utjecajna linija
za horizontalno opterećenje.
Kako su poznati apsolutni kutovi zaokreta diskova
I
i
III, lako je izračunati horizontalne pomake
polova
(1,2) i
(2,3):
u(1, 2) = . d (
(1, 2)
,
(1)
) = 3/4 i
u(2, 3) =
. d (
(2, 3)
,
(3)
) = 2/5,
te, potom, nacrtati planove horizontalnih pomaka tih diskova
(za disk
I slijeva, a za disk
III zdesna).
Plan pomaka diska
II (nacrtan slijeva) spojnica
je pomaknutog pola
(1,2) i pola
(2), a
prolazi, naravno, i kroz pol
(2,3).
Mehanizam za konstrukciju utjecajne linije za poprečnu silu u presjeku t kinematičkim postupkom nastaje `ugradnjom' veze koja prenosi moment i uzdužnu, ali ne i poprečnu silu, u presjek t. Takva veza omogućava samo međusobni relativni translatorni pomak diskova A- t i t- C, označenih sa I i II, po pravcu okomitom na os kose grede na kojoj je presjek, pa je relativni pol (1,2) beskonačno daleka točka pravca okomitog na pravac mogućeg pomaka, dakle, beskonačno daleka točka osi grede.
Apsolutni su polovi diskova I i III (sa III označavamo disk C- B) u nepomičnim zglobnim ležajevima A i B, dok je relativni pol za diskove II i III u zglobu C. Primjenom teorema triju polova nalazimo apsolutni pol diska II u sjecištu pravaca kroz polove (1) i (1,2) te (3) i (2,3).
Inicijalni jedinični pomak
pin okomit je na os grede u
presjeku
t, koja s horizontalom zatvara
kut , pa je taj pomak pod kutem
u odnosu na
vertikalu. Vertikalna je komponenta pomaka stoga
vin = cos
=
,
a horizontalna
uin = sin
=
;
kontrola:
vin2 + uin2 = cos2
+ sin2
= 12 = pin2.
Kako je i sada riječ o relativnom pomaku između
diskova
I i
II, uvodimo pomoćni mehanizam u kojem je
disk
I nepomičan, pa je pomak diska
II u odnosu na
njega apsolutni pomak (nacrtajte skicu).
Disk
II ne može se zakrenuti u
odnosu na disk
I, pa u pomoćnom mehanizmu mora
os diska
II nakon pomaka ostati paralelna s osi prije pomaka,
što znači da će njegov plan pomaka biti paralelan s nultom linijom.
Crtamo plan vertikalnih pomaka: disk
II translatira se za
vin = cos prema gore -- naime, dogovorni je
pozitivni smjer poprečne sile u presjeku
t takav da disk na
kojeg djeluje zakreće oko pola u smjeru suprotnom od smjera kretanja
kazaljke na satu, što znači da vertikalna komponenta poprečne sile
djeluje na disk
II prema dolje.
Zaključna linija, kojom zadovoljavamo rubne uvjete izvornoga
mehanizma, prolazi kroz one točke plana pomaka
(dijela) pomoćnog mehanizma koje odgovaraju
polovima
(1) i
(2), tako da su pomaci tih polova u odnosu na
zaključnu liniju jednaki nuli.
Kut između nepomičnog diska
I i zaključne linije njegov je
apsolutni kut zaokreta
u izvornom mehanizmu,
dok je kut između pomaknutoga diska
II i zaključne linije
apsolutni kut zaokreta
tog diska.
Ta su dva kuta, naravno, jednaka,
=
=
=
=
u smjeru vrtnje kazaljke na satu,
jer je, naglasimo to ponovo, relativni pomak diskova
I
i
II poprečna translacija bez (uzajamne) rotacije.
Vertikalni je pomak težišta presjeka
t na disku
I
vtI =
. 1 =
prema dolje, a težišta presjeka
na disku
II
vtII =
.
=
prema gore;
naravno,
vtI + vtII =
= cos
.
Sada možemo nacrtati planove horizontalnih i vertikalnih pomaka
izvornoga mehanizma, odnosno utjecajne linije
i
za silu Tt za vertikalno
i horizontalno opterećenje.
Disk
I zakrećemo oko pola
(1) u smjeru vrtnje kazaljke na
satu za kut
. Kut
u oba je plana najjednostavnije
konstruirati pomoću njegovog tangensa (za horizontalni plan pomaka
možemo izračunati, primjerice, horizontalni pomak težišta
presjeka
t:
utI =
. 2, 5 =
).
Disk
II ostaje paralelan s diskom
I, a prolazi kroz
pol
(2). U planu vertikalnih pomaka na mjestu presjeka
t
relativni je pomak diskova
I i
II prikazan skokom za
cos =
, dok je u planu
horizontalnih pomaka skok za
sin
=
.
Komponente pomaka pola
(2,3) su
v(2, 3) = u(2, 3) =
.
=
.
I na kraju, disk
III prolazi polovima
(2,3) i
(3).
Za konstrukciju utjecajne linije za uzdužnu silu u presjeku t raskidamo u tom presjeku vezu koja prenosi uzdužnu silu, čime nastaje mehanizam sastavljen ponovo od tri diska: sa I i sada označavamo disk A- t, sa II disk t- C, a sa III disk C- B. Mogući relativni translatorni pomak diskova I i II sada je po osi kose grede na kojoj je presjek t, pa će relativni pol (1,2) biti beskonačno daleka točka pravca okomitog na tu os, odnosno, kao što je iz projektivne geometrije poznato, beskonačno daleki vrh pramena pravaca okomitih na os.
Pol (2) nalazi se u sjecištu pravca kroz ležaj B, u kojem je pol (3), i zglob C, u kojem je pol (2,3), s pravcem kroz ležaj A, odnosno pol (1), okomitim na os grede s presjekom t, što znači da prolazi beskonačno dalekim polom (1,2).
Dogovorno, pozitivna je uzdužna sila u presjeku vlačna, što znači
da `nastoji' diskove
I i
II povući jednoga
na drugi. Inicijalni će pomak za konstrukciju utjecajne
linije biti stoga `razmicanje' tih diskova.
Za crtanje planova pomaka rastavljamo
inicijalni jedinični pomak u njegovu horizontalnu i
vertikalnu komponentu:
uin = cos =
i
vin = sin
=
.
Zadržimo li disk
I nepomičnim (nacrtajte skicu),
disk
II će se u planu horizontalnih pomaka translatirati
udesno za
uin = cos. Zaključna linija i sada
prolazi kroz točke koje na nacrtanom planu pomaka odgovaraju
polovima
(1) i
(2). A dalje možete i sami...