ข้อสอบสามัญเครื่องกล main 1/2548

8/14/2019 Main 1/2548

http://slidepdf.com/reader/full/-main-12548 1/17

1

เฉลยขอสอบกลุ มวชิาบังคับ ครั ้งที ่ 1/2548

ขอสอบมีทั ้งหมด 10 ขอ ใหทํา 5 ขอ ดังนี ้

• ใหเลือกทํา THERMODYNAMICS ขอ 1 หรือ ขอ 2 , FLUID MECHANICS ขอ 3 หรือ ขอ 4 ,

DYNAMICS ขอ 5 หรือ ขอ 6 , STRENGTH OF MATERIAL ขอ 7 หรือ ขอ 8 และ

MANUFACTURING ขอ 9 หรือ ขอ 10

THERMODYNAMICS

ขอ 1. ขอยอยมีท ั้งหมด 10 ขอในแตละขอใหเลือกคําตอบที ่ถูกตองหรือใกลเคียงทีสุดเพียงขอเดียว โดยกากบาทหรอืวงกลมที ่หัวขอ (ขอละ 2 คะแนน รวม 20 คะแนน)

1.1 การวัดความดนัในระบบหนึ ่งไดคาตอไปนี ้ คาในขอใดที ่เปนไป ไมได ก. –110 kPa ข. 2000 kPa

ค. – 750 mm.Hg ง. ท ั้งขอ(ก)และ(ค)เปนไปไมได 1.2 ทอน ้ําในแนวราบอยู ระดับพื ้นดนิ ตดิเกจวัดความดนัโดยหนาปทมเกจสูงจากทอ 5 เมตร โดยใชสาย

ยางตอจากเกจมายังทอน ้ํา เกจอานความดนัได 100 kPa ความดันของน ้ําในทอประมาณเทาไร?

ก. 100 kPa ข. 105 kPa

ค. 51 kPa ง. 150 kPa

1.3 เครื ่องปรับอากาศตามบานมักใชสารทําความเยน็ R-22 ในฤดรูอนเวลากลางวนัในกรงุเทพฯ ไมไดใชงานความดนัของสารทําความเยน็จะประมาณเทาไร?

ก. 100 ถึง 500 kPa ข. 600 ถึง 900 kPa

ค. 1200ถึง 1400 kPa ง. ขอมลูไมพอหาไมได 1.4 ขอความตอไปนี ้ขอใด ไมถูกตอง

ก. สารบรสุิทธิ ์ทุกอยางที ่เปนของแข็ง ถาความดนัต่ ํากวาความดันตรงจุดสามเชิง(Triple point) จะไมสามารถกลายเปนของเหลวได

ข. สารบรสุิทธิ ์ทุกอยางที ่เปนไอ ถาความดนัสูงกวาความดนัวิกฤต(Critical Pressure)จะไมสามารถเปลี ย่นสถานะเปนของเหลวได

ค. สารบรสุิทธิ ์ทุกอยางถามขีองเหลวผสมกับไออยู ดวยกัน จะตองเปนจุดอิ ่มตัว(Saturation)

ง. H2O มอีุณหภูมิ 30

oC ความหนาแนนจะประมาณ 1000 kg/m

3

1.5 ขอความตอไปนี ้ขอใด ไมถกูตอง ก. ในบันไดหนีไฟซึ ่งมีปรมิาตร 1000 m

3 ประตปูดสนทิสมมตุไิมมกีารรั ว่ของอากาศเลย ตองการเพิ ่ม

ความดันขึ ้น 40 Pa ตองอัดอากาศเขาไปประมาณ 0.4 m3

ข. สารทุกอยางเชน ไอน ้ํา แอมโมเนีย เปนตน ที ่ความดันต่ ําๆ เปนไอรอนยวดย ิ่ง(Superheated vapor)

ความหนาแนนหาประมาณไดสูตรกาซสมบูรณคือ ρ= M.P/(8.3T)

8/14/2019 Main 1/2548


2


ค. ถังความดัน(Pressure tank)ที ่ใชกับระบบป มน ้ําตามบานและอาคารตางๆเพื ่อเก็บน ้ํา ขณะเดยีวกันที ่มีอากาศอยู ภายในถังก็เพื ่อปองกันการเกิดคลื ่นกระแทก(Water hammer)เทานั ้น

ง. ถังความดัน(Pressure tank)ที ใ่ชกับระบบป มน ้ําตามบานและอาคารตางๆ อากาศที ่อยู ภายในถังก็เพื ่อหนวงเวลาการทํางานของป ม โดยความดนัอากาศในถงัสามารถใชสูตรกาซสมบูรณได

1.6 ขอความตอไปนี ้ขอใด ไมถูกตอง ก. กฎการอนรุักษมวล คือมวลสรางขึ ้นมาไมไดทําลายก็ไมได ข. กฎขอที ่ 1 กฎการอนรุักษพลังงาน คือพลังงานสรางขึ ้นมาไมไดทําลายก็ไมได ค. วันหนึ ่งดวงอาทิตยก็จะดับพลังงานก็จะหายไป ซึ ่งเปนขอยกเวนสิ ่งเดยีวของกฎขอที ่ 1

ง. เครื ่องปรับอากาศเครื ่องหนึ ่ง ทํางานปกต ิเสนผาศูนยกลางทอดานดูดใหญเปน 2 เทาของทอสารทําความเยน็เหลว อัตราไหลผานทั ้งสองทอตางก็เทากับ 0.1 kg/s

1.7 ตมน ้ํา 1 kg ในหมอไอน้ ํา(Boiler) น ้ําไหลเขาดวยความดนั 800 kPa(8 บารสัมบูรณ) อณุหภูมิ 100OC

กลายเปนไออิ ่มตัวหมดพอดทีี ่ความดันเดิมคงที ่ พลังงานที ่น ้ําไดรับทั ้งหมด คาใกลเคียงที ่สุดคือ

ก. 2350 kJ ข. 2048

ค. 2769 kJ ค. 1857

1.8 น ้ําที ่เปนของเหลวความดนับรรยากาศ อุณหภูมทิั ่วไป (30OC -100

OC) คาความรอนจําเพาะประมาณ

4.2 kJ/kg.K แตถาเปนของเหลวที ่ความดนั 800 kPa(8 บารสัมบูรณ) อุณหภูมใินชวง (160OC -170

OC)

คาที ่ใกลเคียงกวาคือ

ก. 4.0 kJ/kg.K ข. 4.2 kJ/kg.K(ยังใกลเคียงคาเดมิ)

ค. 4.4 kJ/kg.K ค. ค. 4.6 kJ/kg.K

1.9 เขื ่อนที ่มรีะดับน ้ําสูงประมาณ 200 เมตร ถาปลอยน ้ําใหไหล 40,000 ลิตร/วินาที ถาประสิทธิภาพกังหัน(Turbine)และเครื ่องกําเนิดไฟฟา(Generator)100% กําลังไฟฟาทีผลิตไดจะมคีาประมาณ

ก. 800 MW ข. 80 MW

ค. 40 MW ค. 8 MW

1.10 โรงจักรไอน ้ําแหงหนึ ่งของ ก.ฟ.ผ. สมมตุวิาการทํางานเปนไปตามวฏัจักรคารโนต(Carnot cycle) มีประสิทธิภาพ 70% ขอความตอไปนี ้เปนการวิจารณขอความดังกลาว ขอความใดถกูตองที ่สุด

ก. เปนไปไมได เพราะวัฏจักรคารโนตสมบูรณที ่สุด ประสิทธิภาพตองถงึ 100%

ข. การที ่วัฏจักรคารโนต ไมถงึ 100% เพราะตองมคีวามเสียดทานบางเปนธรรมดา ค. พูดมาลอย ๆไมมีขอมลูเพียงพอเปนไปไมไดแนนอน

ง. ที ่วิจารณมาทั ้งหมด วิจารณผิดหมด

8/14/2019 Main 1/2548


3


ตอบ

1.1 ก. –110 kPa

1.2 ง. 150 kPa

1.3 ค. 1200 ถึง 1400 kPa

1.4 ง. H2O มอีุณหภูมิ 30oC ความหนาแนนจะประมาณ 1000 kg/m

3

1.5 ค. ถังความดัน(Pressure tank)ที ่ใชกับระบบป มน้ ําตามบานและอาคารตางๆเพื ่อเก็บน ้ํา ขณะเดยีวกันที ่มีอากาศอยู ภายในถงัก็เพื ่อปองกันการเกิดคลื ่นกระแทก(Water hammer)เทานั ้น

1.6 ค. วันหนึ ่งดวงอาทิตยก็จะดับพลังงานก็จะหายไป ซึ ่งเปนขอยกเวนสิ ่งเดยีวของกฎขอที ่ 11.7 ก. 2350 kJ

1.8 ค. 4.4 kJ/kg.K ค.

1.9 ข. 80 MW

1.10 ง. ที ่วิจารณมาทั ้งหมด วิจารณผิดหมด

ขอ 2. ขอยอยมีทั ้งหมด 5 ขอในแตละขอใหแสดงวิธีทํายอๆ หรอือธิบายยอๆใหเขาใจ

(ขอละ 4 คะแนนรวม 20 คะแนน)

2.1 อาคารสูง 80 เมตร ความดันบรรยากาศชั ้นลางสุดและช ั้นบนสุดตางกันประมาณกี ่ Pa ? ชั ้นใดสูงกวา?ถังเก็บน ้ําใชตั ้งบนดาดฟา จายลงมาเพื ่อใหชั ้นตางๆใชงาน ความดันน ้ําชั ้นลางสุดและช ั้นบนสุดตางกันประมาณกี ่ Pa ?

ตอบ อากาศ ความดันชั ้นลางสุดจะสูงกวา = ρgh = 1.2x9.81x80 = 941.8 Pa

น ้ํา ความดันชั ้นลางสุดจะสูงกวา = ρgh = 1000x9.81x80 = 784800 Pa

2.2 ใหความดันบรรยากาศเปน 101.3 kPa ถังน ้ํารอนอุณหภูมิ 100OC ระดับน ้ําสูงจากดานดูดของป มน ้ํา 5

เมตร โดยประมาณแลว ความเสียดทานดานดูดของป มจะตองไมเกินกี ่ kPa จึงจะไมทําใหการกลายเปนไอ

ตอบ น ้ํา 100OC ความดันทีจะเปลี ่ยนเปนไอคือ 101.3 kPa

ความดันที ่ดานดดูคือ = 101.3+(9.81 /0.001044)x5/100 = 101.3+47 = 148.3 kPa

ความเสียดทานตองไมเกิน = 148.3-101.3 = 47 kPa

2.3 ถังความดัน (Pressure tank) ที ่ใชกับระบบป มน ้ําตามบาน มอีากาศอยู ภายในถัง 1 ลิตรความดนั 4 เทาบรรยากาศ สวนที ่เปนน ้ํา 3 ลิตร ถาความดันในถังลดลงเหลอื 2 เทาบรรยากาศแสดงวาใชน ้ําไปกี ่ลิตร?

8/14/2019 Main 1/2548


4


ตอบ จากสูตรกาซสมบูรณV2= P

1V

1/P

2= 4x1/2 = 2 ลิตร

อากาศขยายตวัเพิ ่มขึ ้น = 2-1 = 1 ลิตร

นั ้นคือใชน ้ําไป 1 ลิตร

2.4 เครื ่องปรับอากาศที ่ใชในบานทั ่วไปมักเปนแบบระบายความรอนดวยอากาศ ในเวลากลางคืน สมมตุิไมมีคนอยู ไฟฟาแสงสวางก็ไมไดเปด แตเปดเครื ่องปรับอากาศซึ ่งทําความเยน็ได 4 kW ใชไฟฟา 1

kW อากาศภายนอกโดยเฉลี ย่ถอืวาพลังงานเพิ ่มขึ ้นหรือลดลงเทาไร?

ตอบ

จากรปูจะเห็นวา อากาศภายนอกไดรับพลังงาน = QL+WC = 4+1 = 5 kW

เสียพลังงานกลับเขาบาน QIN

= 4 kW

โดยเฉลี ย่ถอืวาพลังงานของอากาศภายนอกเพิ ่มขึ ้น 5-4 = 1 kW

2.5 ถังหุ มฉนวนอยางสมบูรณที สุ่ด ภายในบรรจุสารทําความเยน็ R-22 อณุหภูมิ 30OC ทั ้งหมดเปนของ

เหลวอิ ่มตัว 1 กก. ถาเปดวาลวระบายทิ ้งสู บรรยากาศ(ความดัน 101.3 kPa) สุดทายนาจะเหลอืสารฯในถังหรือไม ถาเหลือจะเหลอืของเหลวประมาณเทาไร? และอณุหภูมจิะเปนเทาไร?

ตอบ ที ่ 30OCh1 = hf = 81.25 kJ/kg ความดัน 1191.9 kPa

ความดันลดลงเน ื่องจากความเสียดทาน h = คงที ่ นั ่นคือ h2

= h1

= 81.25 kJ/kg ที ่ความดัน 101.3 kPa

อุณหภูมิจะเปน –40.8OC h2g = 232.85 kJ/kg, h2fg = 233.65 kJ/kg

h2 = h2g - yh2fg

y = (h2g

- h)/h2fg

= (232.85 - 81.25)/233.65 = 0.649

นั ่นคือสวนที ่เปนของเหลวจะเหลอืในถัง 0.649 กก.

8/14/2019 Main 1/2548


5


FLUID MECHANICS

ขอ 3. จงสายพานลําเลียงที ่ถูกติดตั ้งอยู ในแนวนอนเพื ่อใชในการลําเลียงปุ ยที ่ผลิตเสร็จ และถูกปลอยลงมาจากกะบะดังรูป สายพานเคล ื่อนที ่ดวยความเร็ว 1 เมตร/วินาที ปุ ยถูกปลอยออกจากกะบะหลนลงสู สายพานลําเลียงดวยความเร็ว 2 เมตร/วินาที และมีอัตราการไหลของมวลเทากับ 250 กิโลกรัม /

วินาที ตอนเร ิ่มเดินเคร ื่องสายพานจะยังไมมีปุ ยอย ู ปุ ยจะเร ิ่มหลนลงมากองอย ูบนสายพาน และเคล ื่อนไปพรอมสายพานดังรูป จงหาคาแรงดึงของสายพาน โดยใหแสดงรายละเอียด หลักการ วิธีการหาคา สมการพื ้นฐาน และขอสมมตฐิานที ่เกี ่ยวของอยางครบถวน (20 คะแนน)

ปุ ย

ปุ ย

ตอบ

ปุ ย

ปุ ย

y

x

CV

กําหนดให ความเรว็สายพาน 1bV = เมตร/วินาท ี

ปุ ยรวงลงจากกะบะดวยอัตราของมวล 250m =& กิโลกรัม/วินาท ี และดวย

ความเรว็ 2 เมตร/วินาที

8/14/2019 Main 1/2548


6


สมการพื ้นฐาน

B Scv cs

F F F V d V V dAt

ρ ρ ∂

= + = ∀ + ⋅∂ ∫ ∫

vv v v v v v

0cv cs

d V dAt

ρ ρ ∂

∀ + ⋅ =∂ ∫ ∫

vv

ขอสมมุติ ฐาน 1. ปุ ยหลนลงมาบนสายพานแลวเคลื ่อนที ่ไปพรอมสายพานดวยควาเรว็ bV

2. ละทิ ้งแรงจากมวลในแนวนอน 0 Bx

F =

3. ความหนาแนนของปุ ยมีคาคงท ่ี 4. แรงตึงของสายพานกระทาํในแนว b x T = และแรงจากอากาศรอบ

ปรมิาตรควบคุมในแนว x หักลางกันหมด

จากเงื ่อนไขสมการอนรุักษมวล 0CS

M V dA

t ρ

∂+ ⋅ =

∂ ∫ rr

เมื ่อ M คือคามวลในปรมิาตรควบคุม

เนื ่องจากมีมวลของปุ ยไหลเขาผนังปรมิาตรควบคุมท ่ีตําแหนงเดียว

ดังนั ้น 0 M

mt

∂− =

∂&

M m

t

∂=

∂&

ซึ ่งอานไดวา อัตราการเปลี ่ยนแปลงของมวล (ปุ ย) ในปรมิาตรควบคุม มีคาเทากับ อัตราการไหลเขาของมวลปุ ยที ่หลนจากกะบะ

เมื ่อมาพิจารณาเรื ่องแรง นาํสมการโมเมนตัมในแนวนอนมาใช และเนื ่องจากปุ ยหลนเขาส ูปรมิาตรควบคุมท ่ีตําแหนงเดียว โดยมีความเร็วอยู ในแนวดิ ่ง เทากับ 2 เมตร/วินาท ี ดังนั ้นท ่ีตําแหนงดังกลาวคาความเรว็ในแนวนอนของปุ ยท ่ีไหลเขาส ูปรมิาตรควบคุมมีคาเปน 0 1( 0) xV = และจากขอสมมุติ ฐานขอที ่ 1 2 และ 4 จะได

Bx Sx x x

cv cs

F F V d V V dA

t

ρ ρ ∂

+ = ∀ + ⋅∂ ∫ ∫

vv

0b b

cv

T V d t

ρ ∂

= ∀ +∂ ∫

และเนื ่องจาก bV มีคาคงท ่ีในปรมิาตรควบคุม

b b b

cv

M T V d V

t t ρ

∂ ∂= ∀ =

∂ ∂∫

b bT V m= &

1(250) 250bT = = นิวตัน

ดังนั ้นแรงดึงในสายพานมีคาเทากับ 250 นิวตัน และมีทิศไปทางขวามือ Ans

8/14/2019 Main 1/2548


7


ขอ 4. ในการสงน ้ํามันโดยทางทอจากโรงกล ั่นไปยังสถานพีักหรือถังเก็บขนาดใหญเพื ่อนําไปใชงานตอไปนั ้น มักจะตองมีการต ั้งสถานีเพื ่อเพิ ่มแรงดันเปนชวง ๆ เพื ่อใหสามารถสงถายน้ ํามันไปยังจุดหมายปลายทางได หากน ้ํามันที ่ตองการสงถายเปนชนิดที ่มีคาความหนาแนนเทากับ 810 กิโลกรัม/เมตร3

และมีคาความหนืดคิเนเมติกเทากับ 4.5 x 10-6 เมตร2

/วินาที จงหาวาการสงน้ ํามันใหมีอัตราการไหลเทากับ 0.8 ลูกบาศกเมตร /วินาที ผานทอ commercial steel ที ่มีเสนผานศูนยกลางภายในเทากับ 0.6

เมตร จําเปนตองตั ้งสถานีเพิ ่มแรงดันใหมีระยะหางกันไดสูงสุดเทากับเทาใด ถาตองกําหนดใหความดันต่ ําสุดของน ้ํามันในการขนถายมีคาเทากับ 300 กิโลปาสกาล (ถาต่ ํากวานั ้นอาจเกิดการแตกตัวของกาซบางชนิดในน ้ํามัน) และความสามารถในการรบัความดันสูงสุดของทอมีคาเทากับ 8 เมกะ-ปาสกาล และจงหากําลังงานที ่ตองใชในการสูบเพิ ่มความดันในการไหลดงักลาวดวย(20 คะแนน)

ตอบ

1CV 2CV

3 1 2

กําหนดให 0.6 D = เมตร ทอเหลก็ commercial steel 0.8Q = เมตร3/วินาท ี

64.5 10ν −= × เมตร2/วินาที 810 ρ = กิโลกรัม/เมตร3

6

18 10 p = × ปาสกาล

5

23 10 p = × ปาสกาล

จงหา จงหาคาระยะหางสูงสุดระหวางสถานสีงน ํ้ามันสองสถาน ี และจงหาคากําลังงานที ่ตองใชในการสงน้ ํามันจากสถานหีน ่ึงไปยังอีกสถานหีนึ ่ง

สมการพื ้นฐาน 2 2

1 1 2 21 1 2 2

2 2 T

p V p V gz gz hα α

ρ ρ

⎛ ⎞ ⎛ ⎞+ + − + + =⎜ ⎟ ⎜ ⎟

⎝ ⎠ ⎝ ⎠l

2 2 2

,2 2 2T m

e L L V V V h f h K f

D D= = =

l l

2

( )2

shaft shear other

cv cs

Q W W W p V e d u gz V d

dt dt dt dt t

δ δ δ δ ρ ρ

ρ

∂− − − = ∀ + + + + ⋅ Α

∂ ∫ ∫ r r

เมื ่อ

2

2

V

e u gz= + +

8/14/2019 Main 1/2548


8


สําหรับปรมิาตรควบคุมท ่ี 1 ( 1)CV

ขอสมมตุิฐาน 1. เปนการไหลแบบพฒันาเต็มที ่แลว

2.

22

1 21 2

2 2

V V α α = เนื ่องจากทอไมไดเปลี ่ยนขนาด

3. ทออยู ในแนวนอน 1 2 z z=

4. ความหนดืมีคาคงที ่ 5. เปนการไหลแบบคงตัว

6. มีแตการสญูเสยีหลัก

คาการสูญเสยีรวมเทากับ 2

2T

L V h f

D=

l

2 2(0.6) 0.2834 4

A Dπ π

= = = m2

0.82.83

0.283

QV

A= = = m/s

เนื ่องจาก ( ), D f f Re e D=

5

6

2.83 0.63.772 104.5 10

D

VD VD Re

ρ

µ ν −

×= = = = ××

จากคาความขรขุระของทอเหลก็ commercial steel 0.046e = มม.

35

3

0.046 107.67 10

600 10

e

D

−−

−

×= = ×

×

เมื ่อนาํคา D Re และคา e D ไปหาคา f จากแผนภาพ Moody จะได 0.0145 f =

ดังนั ้น จากขอสมมุติ ฐานท ่ี 2 3 และ 6 สมการพลังงานท ่ีใชกับปรมิาตรควบคุมท ่ี 1 ( 1)CV จะลดรปู

เหลอืเปน

2

1 2

2

p p L V f

D ρ

−=

1 2

2

2 p p D L

f V ρ

−=

6 5

2

(8 10 3 10 ) 2(0.6)

810(0.0145) 2.83 L

× − ×=

L = 98230 เมตร

8/14/2019 Main 1/2548


9


คาระยะหางสงูสุดระหวางสถานสีงน้ ํามันสองสถานี เทากับ 98.23 กิโลเมตร Ans

และหากนาํสมการกฎขอท ่ีหน ่ึงของเทอรโมไดนามิกสใชกับเครื ่องสูบ (ปรมิาตรควบคุมท ่ี 2 ( 2)CV )โดยมีขอสมมุติ ฐานดังตอไปนี ้

ขอสมมตุิฐาน 1.

22

311 3

2 2

V V α α = กําหนดใหทอเขาและออกของเครื ่องสูบมีขนาดเทากัน

2. ทอเขาออกเครื ่องสบูอยู ในแนวนอนมีระดับเทากัน 1 3 z z= 3. เปนการไหลแบบคงตัว

4. ใหความดันท ่ีออกจากเครื ่องสบูเทากับ 1 p และความดันท ่ีเขาเครื ่องสูบ ( 3 p )เทากับ 2 p

5. ใหเครื ่องสูบมีประสทิธภิาพ 100 % หรือ 2 1( ) 0Q

m u udt

δ − − =&

311 2( ) ( )

p pW m VA p p

dt

δ

ρ ρ − = − = −&

23(.6)

(2.83) 7700 104

W

dt

δ π − = ×

36161.2 10= × วัตต

กําลังงานที ่ตองใชในการสงน ํ้ามันจากสถานหีน ่ึงไปยังอกีสถานีหนึ ่งมีคาเทากับ 6.16 เมกะวัตต Ans

DYNAMICS

ขอ 5. รถยนตคันหน ึ่งวิ ่งเขาทางโคงที ่มีรัศมีความโคง 30 เมตร ถนนทางโคงดังกลาวถูกสรางใหลาดเอียง

เปนมุม θ = 30O ตําแหนงจุดศูนยถวงของรถคันดังกลาวอยู ที ่ระยะกึ ่งกลางระหวางลอ b (b = 1.6

เมตร) และอยู สูงจากพื ้นถนน 0.8 เมตร จงหาความเร็วสูงสุดที ่รถสามารถวิ ่งเขาโคงไดอยางปลอดภัย กําหนดใหรถคันดังกลาวมมีวล 1,800 กิโลกรัม (20 คะแนน)

θ

8/14/2019 Main 1/2548


10


ตอบ Centrifugal force FC = mV

2/R

Resultant force angle α = V2/R

The wheel angle about CGα atan 1( ):= α 45deg= Slope of road θ 30deg:=

Then critical angleβ α θ+:=

Road radius of curvatureRr 30m:=

For safe drive Vv Rr g⋅ tan β( )⋅:= Vv 119.288km

hr=

ขอ 6. จงหาระยะเคลื ่อนที ่สูงสุดของมวล 50 กิโลกรัม เมื ่อไมกั ้นถูกดึงออกโดยฉับพลัน สปริงมีคานิจ 25

นวิตันตอมลิลิเมตร และมคีวามยาวอสิระ 80 มิลลิเมตร (20 คะแนน)

8 0 m m

50 kg

ตอบ

The distance δ travel by mass mm 50kg:= on the spring of k 25N

mm:=

δ2mm g⋅

k

:= δ 39.227 mm=

α

8/14/2019 Main 1/2548


11


STRENGTH OF MATERIAL

ขอ 7. จงใชหลักการทางดานวิศวกรรมศาสตรตอบคําถามตอไปนี ้ (ขอละ 2 คะแนน รวม 20 คะแนน)

7.1 เมื ่อมแีรงภายนอกกระทํากับวัตถ ุและวัตถอุยู ในสภาวะสมดลุ จะมแีรงปฏิกิริยาเกิดขึ ้นในเน ื้อวัตถ ุทําใหเกิดความเคนขึ ้น การคํานวณความเคนโดยใชโหลดหารดวยพื ้นที ่มีสมมตฐิานที ่สําคัญอยางไร?

ตอบ สมมตฐิานที ่ใชคือ

แรงกระทําในแนวแกน

เนื ้อวัตถเุปนเนื ้อเอกพันธ (homogeneous)

แรงภายในเนื ้อวัตถกุระจายอยางสม่ ําเสมอทั ่วทั ้งพื ้นที ่หนาตัด

7.2 วัสดทีุ ่เรยีกวา “วัสดุยดืหยุ น” คือวัสดทีุ ่มคุีณลักษณะอยางไร และจะพิจารณาไดอยางไรวาวัสดมุีความยดืหยุ นมากหรอืนอย

ตอบ วัสดุที ่สามารถกลับคืนสู รูปรางเดิมได เมื ่อเอาโหลดที ก่ระทําตอวัสดนุั ้นออก

พิจารณาจากคามอดลุัสของยัง (Young’s modulus)

7.3 ความเคนพิสูจน (proof stress) คือความเคนชนิดใด และมคีวามหมายทางดานวิศวกรรมอยางไร?

ตอบ ความเคนที ่แสดงจุดเริ ่มตนและเกิดความเครยีดถาวร และใชแทนคาความเคนที ่จุดคราก

7.4 สมการที ่ใชในการคํานวณการดดั (bending equation) สําหรับคานที ่เดมิไมมีความเคน คืออะไร

ตอบ สมการที ่ใชคือ y R

E

I

M σ ==

7.5 สมการที ่ใชในการคํานวณการบิด (torsion equation) สําหรับเพลาตันหรอืเพลากลวง คืออะไร

ตอบ สมการที ่ใชคือ r L

G

J

T τ φ ==

7.6 วัสดทีุ ่มคีวามเหนยีว (ductility) มาก คือวัสดุที ่มคุีณลักษณะอยางไร และจะพิจารณาอยางไรวาวัสดุมีความเหนยีวมากหรอืนอย

ตอบ วัสดุเหนียวคือวัสดทีุ ่ดงึยืดไดมากในชวงพลาสตกิ วัดไดจาก เปอรเซนตการยดืตัว (percentage

elongation) หรือเปอรเซ็นตการลดทอนพื ้นที ่ (percentage reduction of area)

7.7 ความเคนกับความเครยีดมีความสัมพันธกันอยางไร และความสมัพันธนี ้จะใชไมไดเมื ่อไร?

ตอบ ความเคนกับความเครยีดสัมพันธกันตามกฎของฮุก ซึ ่งกลาววาความเคนเปนสัดสวนกับความเครยีด ความสัมพันธนี ้ใชไดภายในขีดจํากัดของความเคนที ่เรียกวา ขีดจํากัดความเปนสัดสวน (limit of proportionality) ถาเกินกวาจุดนี ้จะใชกฎของฮุกไมได

7.8 มอดุลัสยดืหยุ น (modulus of elasticity) มอดลุัสเฉอืน (shear modulus) และ อัตราสวนของปวสซอง (Poisson’s ratio) มีความสัมพันธกันอยางไร

8/14/2019 Main 1/2548


12


ตอบ มอดุลัสยืดหยุ น (modulus of elasticity) มอดุลัสเฉอืน (shear modulus) และ อัตราสวนของปวสซอง (Poisson’s ratio) มีความสัมพันธกันดังนี ้คือ

)1(2 υ += G E

7.9 ความเคนที ่เกิดจากความรอนเกิดขึ ้นไดอยางไร และจะคํานวณหาความเคนนี ้ไดอยางไร?

ตอบ เมื ่อวัตถไุดรับความรอนจะขยายตัวตามสัมประสิทธิ ์การขยายตวัตามเสน α mm/mmoC ถาวัตถไุม

สามารถขยายตวัไดอยางอิสระจะเกิดความเคนเนื ่องจากความรอนขึ ้น ความเคนนี ้คํานวณไดจากสมการ σ = α E t

7.10 ปญหาทางดาน strength of materials ที ่เปนปญหาประเภท statically indeterminated problem คือปญหาลักษณะใด และมแีนวทางในการแกปญหาอยางไร

ตอบ ปญหาประเภท statically indeterminated problem เปนปญหาที ่ไมสามารถหาแรงที ่กระทํากับวัตถุได ทั ้งนี ้เพราะมีแรงที ไ่มทราบคามากกวาจํานวนสมการที ่เขียนไดโดยอาศยัหลักการสมดลุทางดาน static แนวทางในการแกปญหาประเภทนี ้ตองพิจารณา deformation ที ่เกิดขึ ้นดวย

ขอ 8. จงใชหลักการทางดานวิศวกรรมศาสตรตอบคําถามตอไปนี ้ (ขอละ 2 คะแนน รวม 20 คะแนน)

8.1 Simply or Freely supported beam คืออะไร และมลีักษณะเฉพาะอยางไร?

ตอบ Simply supported beam คือคานที ่วางอยู บนฐานรองรบัแบบ knife edge คือฐานรองรบัที ่ออกแรงในแนวดิ ่งเทานั ้น เพื ่อทําใหโหลดบนคานสมดลุ ฐานรองรบัแบบนี ้ไมสามารถปองกัน rotating ที ่จุดรองรับ

8.2 จงอธิบายความหมายของ shearing force และ bending moment บนคาน

ตอบ shearing force ที ่หนาตัดใดๆ ของคานคือ ผลรวมทางพีชคณิตของแรงทางดานซายหรอืดานขวาของหนาตัดที ่พิจารณา

bending moment ที ่หนาตัดใดๆ ของคานคือ ผลรวมทางพีชคณิตของโมเมนตของแรงทางดานซาย

หรือดานขวาของหนาตัดที ่พิจารณา 8.3 Cantilever คืออะไร และสมดลุไดอยางไร

ตอบ cantilever คือ คานที ่มีการรองรบัที ่ปลายเพียงขางเดยีวเทานั ้น ฐานรองรบัไมใชเปนแบบ knife

edge เพราะนอกจากตองรับแรงในแนวดิ ่งแลว ยังตองรับโมเมนตที ่มคีาเทากับผลรวมของโมเมนตจากแรงภายนอกทั ้งหมดรอบปลายรองรบั

8.4 จงอธิบายหลักการของการ superposition ที ่ใชในการคํานวณเกี ่ยวกับการดัดของคาน

8/14/2019 Main 1/2548


13


ตอบ การคํานวณเกี ย่วกับคาน ถาคานรับโหลดหลายระบบแลว shearing force รวมหรอื bending

moment รวมที ่หนาตัดใดๆ เทากับผลรวมทางพีชคณิตของคาที ่หนาตัดนั ้น ซึ ่งเกิดจากโหลดแตละระบบกระทําแยกกนั เรยีกวา superposition

8.5 จงอธิบายความหมายของ neutral axis

ตอบ ถาคานรับโหลด ชั ้นดานบนของคานจะอยู ภายใตการกด และชั ้นดานลางจะอยู ภายใตการดงึ แตจะมีอยู ชั ้นหนึ ่งระหวางกลางที ไ่มมีการกดหรือการดึงเรียกวา neutral surface เสนตัดระหวาง neutral

surface กับ หนาตัดคานเรยีกวา neutral axis ของหนาตัดนั ้น และมักผานจุดศูนยถวงของหนาตัดนั ้น

8.6 ทฤษฎกีารดัดอยางงาย (simple theory of bending) มีสมมตฐิานอยางไร

ตอบ สมมตฐิานสําหรับทฤษฎีการดัดอยางงายมดีังนี ้ 1. ในตอนตนคานมีความตรงและไมมคีวามเคน

2. วัสดคุานมเีนื ้อเอกพันธุ และไอโซทรอปก

3. ความเคนที ่เกิดขึ ้นบนคานอยู ในชวงยดืหยุ น

4. ระนาบของภาคตดัยังคงเปนระนาบกอนและหลงัการดัด

5. ภาคตัดคานมีความสมมาตรกบัระนาบการดดั

6. แรงกระทํากับคานในระนาบการดดั

7. แรงลัพธตั ้งฉากกับภาคตัดคานเปนศูนย 8.7 Section modulus คืออะไร และบงบอกถงึสมบัตพิิเศษอยางไร

ตอบ ที ่ภาคตัดใดๆ ของคาน โมเมนตดัด M สัมพันธกับความเคนสูงสุด σmax ตามสมการ

max

max

σ y

I M = อัตราสวน I/ymax เรียกวา section modulus ซึ ่งเปนสมบัตเิชิงเรขาคณิตของภาคตดั

มีหนวยวัดเปนความยาวกําลังสาม ถาภาคตัดใดมี section modulus มากกวา แสดงวาสามารถรบั

โมเมนตดัดไดมากกวา โดยที ่ความเคนดัดสูงสุดมคีาเทากัน

8.8 จุดศูนยกลางการเฉอืน (shear centre) คืออะไร และมปีระโยชนอยางไร?

ตอบ จุดศูนยกลางการเฉอืนมีนยิามวา จุดซึ ่งเมื ่อโหลดกระทําผานจุดนี ้แลว ภาคตัดคานจะไมเกิดการบิด

ถาโหลดกระทําที ่จุดศูนยกลางการเฉอืนของภาคตดัคาน ความเคนที ่เกิดขึ ้นบนภาคตดั จึงมีแตความเคนดัดเพียงอยางเดยีว

8.9 คานภาคตดัรปูตัว I ขนาด 100 mm x 200 mm มคีวามหนา 12 mm มโีมเมนตความเฉื ่อยรอบแกนสะเทินของภาคตดัเทาไร

ตอบ โมเมนตความเฉื ่อยเทากับ 46

.. 1069.26 mm I A N ×=

8/14/2019 Main 1/2548


14


8.10 ความเคนเฉอืนบนภาคตดัคานเกิดขึ ้นไดอยางไร

ตอบ บนภาคตัดคานที ่อยู ภายใตการดดั จะมแีรงเฉอืนในแนวดิ ง่กระทําบนภาคตดัเสมอ แรงเฉอืนนี ้พยายามทําใหเกิดการ slide ระหวางภาคตัดในแนวด ิ่งที ่อยู ตดิกันบนคาน และขณะเดยีวกันก็จะทําใหเกิด complementary shear stresses ขึ ้นในแนวระดับ เพื ่อปองกันไมใหภาคตัดหมุน

MANUFACTURING

ขอ 9. ใหอธิบายวิธีการและองคประกอบที ่สําคัญเกี ่ยวกับการตรวจสอบทางวิศวกรรม พรอมทั ้งยกตัวอยางประกอบ (20 คะแนน)

ตอบ การตรวจสอบ หมายถงึ การคนหาหรอืการพิจารณาตดัสินวา คาที ่ไดจากกการวดัหรอืการ

ทดสอบเปนไปตามมาตรฐานที ่กําหนดไวหรือไม รวมถงึการคนหาจุดบกพรองหรอืแนวโนมที จ่ะเกิดขึ ้น

พรอมทั ้งหาแนวทางในการแกไข ผู ตรวจสอบตองสามารถสรปุ และอธิบายผลจาการตรวจสอบได องคประกอบที ่สําคัญ รวมทั ้งวิธีการที ่เกี ย่วกับการตรวจสอบทางวิศวกรรมมดีังนี ้ 1) การวัด หมายถงึ การวัดขนาดรปูรางสัดสวน รูปทรง ตําแหนงของชิ ้นงานโดยใชเครื ่องมอื

วัดแบบตางๆ หาคาตามความตองการ คาที ่วัดไดสามารถบงบอกไดดวยตัวเลข รูปภาพ หรือกราฟ สวนใหญจะนิยมใชตัวเลข ตัวอยางของเครื ่องมือวัดเชน

- เวอรเนยีคาลิปเปอร ใชวัดขนาดไดทั ้งวามโตภายใน ภายนอก

- ไมโครมเิตอร มคีาละเอยีดในการควดัมากกวา เวอรเนยีร มคีาความละเอยีดในการวดั

0.01 มม. และละเอยีดมากถงึ 0.002 มม.

- เครื ่องวัดดวยลาํแสงเลเซอร สามารถวดัไดอยางรวดเรว็และเที ่ยงตรง สามารถวดัไดละเอยีดถึง 0.125 ไมโครเมตร

- เครื ่องวัดแบบแกนรวม 3 มิติ (Coordinate Measuring Machine : CMM)

2) การทดสอบ หมายถงึ ความตองการหาคาตางๆ การทดสอบแยกเปน 2 ประเภทคือ

2.1 การทดสอบแบบทําลาย (Destructive test) เปนการทดสอบคุณสมบัตทิางกลของวัสด ุ

โดยการสุ มตัวอยางชิ ้นงาน (Sample) หรือทําชิ ้นสวนทดสอบ (Specimen) แลวทําการทดสอบหาคาตามความตองการ ชิ ้นงานที ่ทําการทดสอบจะเกิดความเสียหาย จนไมสามารถนาํกลับมาใชงานได ตัวอยางของการทดสอบแบบทําลาย เชน

- การทดสอบแรงดงึ (Tensile Test)

- การทดสอบความแข็ง (Hardness Test)

8/14/2019 Main 1/2548


15


- การทดสอบความลา (Fatigue Test)

- การทดสอบแรงกระแทก (Impact Test)

2.2 การทดสอบแบบไมทําลาย (Non-Destructive Test) เปนการทดสอบหรอืตรวจสอบลักษณะสมบัตสิมรรถภาพชิ ้นงานโดยไมกอใหเกิดรอยขีดขวน การแยกสวนหรอืแตกหักเสียหาย ตัวอยางของการทดสอบแบบไมทําลายเชน

- การตรวจสอบดวยสายตา (Visual Inspection)

- การตรวจสอบดวยคลื ่นเสียงอลุตราโซนคิ

- การทดสอบดวยผงแมเหล็ก (Magnetic Particle Testing)

- การทดสอบดวยน ้าํยาแทรกซึม (Liquid Penetrate Testing)

- การทดสอบดวยรังสี (Radiographic Testing)

3) คามาตรฐาน คือ สิ ่งที ่ใชประกอบการพิจารณาเพื ่อตัดสินผลการตรวจสอบทางวิศวกรรม

วายอมรับไดหรือถกูตองตามเกณฑ ตัวอยางของคามาตรฐาน เชน

- คาตางๆ ที ่ระบุในแบบ (Drawing) หรือคาที ่กําหนดในแบบตรวจสอบคุณภาพ

(Inspection Standard)

- ตารางแสดงคามาตรฐานของโลหะ เชน Yield Strength / Tensile strength

- ภาพแสดง Micro structure ของโลหะประเภทตางๆ

- ตารางแสดงคุณสมบัตขิองเซรามคิชนดิตางๆ ที ่อุณหภูมหิอง - กราฟ Strength-Number of Cycle (S-N curve) แสดง Endurance Limit ของโลหะ

ขอ 10. การเพิ ่มประสิทธิภาพของการผลติหมายความวาอยางไร หากทานตองดแูลสายการผลติ ทานจะควบคุมคุณภาพในการผลติอยางไร (20 คะแนน)

ตอบ การเพิ ่มประสิทธิภาพของการผลติ หมายถงึ การเพิ ่มอัตราสวน (Input) ระหวางปจจัยการผลติที ่

เราใช เชน แรงงาน วัตถดุบิ พลังงาน เครื ่องมือ เครื อ่งจักร เงินทุน ฯลฯ กับผลผลติ (Output) ที ่ไดจากกระบวนการเชน โทรทัศน พัดลม รถยนต การขนสง งานบรกิาร ฯลฯ ดังแสดงเปนสมการไดดังนี ้

การเพิ ่มผลผลติ (Productivity) = ผลิตผล (Output)

ปจจัยการผลติ (Input)

8/14/2019 Main 1/2548


16


ดังนั ้นการเพิ ่มผลผลติ จึงมหีลักการใหญๆ 2 อยางคือ เพิ ่มปรมิาณผลผลติ และลดปจจัยการผลติ

กรณีตองดแูลสายการผลติจะควบคุมคุณภาพในการผลติดังนี ้ 1. กําหนดระดับคุณภาพใหชัดเจน ซึ ่งจะไดมาซึ ่งระดับความตองการของลกูคา และนโยบาย

คุณภาพของผู บรหิาร

2. กําหนดบทบาทหนาที ่ดานคุณภาพทั ้งของหนวยงานและบุคคลใหชัดเจน ซึ ่งไดแก - หนวยตรวจสอบวตัถดุิบ/อปุกรณ กอนนําเขามาใชในการผลติทั ้งที ่ซื ้อมาและทํามาจาก

สวนผลติของสวนงานอื ่น

- หนวยควบคุมคุณภาพในการกระบวนการผลติ ทําหนาที ่ตรวจสอบคุณภาพผลติภัณฑ

สําเรจ็รปู รวมทั ้งสุ มตรวจจุดสําคัญๆ ในกระบวนการผลติ

3. การจัดทํามาตรฐานในการปฏิบัติงานทั ้งการผลติและการตรวจสอบมาตรฐานจะชวยใหเกิดความสม่ ําเสมอในการทํางาน / จัดการอบรมใหเขาใจและปฏิบัติตามมาตรฐานอยางถกูตอง รวมทั ้งมกีารทบทวนและปรบัปรงุแกไขมาตรฐานใหเปนปจจุบันอยู เสมอ เพื ่อใหไดมาตรฐานที ่ดแีละเหมาะสม มาตรฐานที ่สําคัญไดแก มาตรฐานดานวัตถดุบิ/ มาตรฐานดานการผลิต/ประกอบ มาตรฐานดานสินคาสําเรจ็รูป เปนตน

4. มีการควบคุมการผลติโดยการ

- ตรวจหาปจจัยตาง ๆ ที ่สงผลกระทบตอคุณภาพ เชน 4M 1E

- ควบคุมปจจัยตางๆ ใหอยู ในมาตรฐานที กํ่าหนดตามขอ 3

- เก็บรวบรวมขอมลู

- ตรวจสอบความสม่ ําเสมอของกระบวนการโดยใชแผนภูมคิวบคุมหรอื ฮีสโตแกรม

- กรณีพบสาเหตผิุดปกตก็ิใชเครื ่องมอืการวิเคราะห กางปลา Why-Why Analysis, อื ่นๆ

ตลอดจน DOE, FMEA มาชวยในการแกไข

- กลับไปทบทวนแกไขมาตรฐานเพื ่อไมใหเกิดปญหาซ้ ํา 5. จัดใหมีการพัฒนาคุณภาพที ทุ่กคนมสีวนรวมโดยการสงเสริมใหมีกิจกรรม

- 5ส

- ขอเสนอแนะเพื ่อการปรบัปรุงดานคุณภาพ

- มีการประกาศขอเสนอแนะดเีดน

6. การกําหนดคุณภาพในระดบันโยบายจะตองประกาศใหชัดเจนเกี ่ยวกับคุณภาพนาํไปสู แนวทางการปฏิบัตใินสายการผลติทุกขั ้นตอน

7. การออกแบบผลติภัณฑใหไดมาตรฐานที ่กําหนดขึ ้น

8/14/2019 Main 1/2548


17


8. การควบคุมคุณภาพในการผลติดาํเนินตอจากขอ 6 และ 7 เมื ่อนโยบายไดรปูแบบแนนอนก็ดาํเนนิการผลติในกระบวนการใหเปนตามกําหนด

9. การควบคุมคุณภาพกอนสงจําหนาย ตองระมัดระวัง เชน การตรวจสอบคุณภาพ การคัดเลือกผลติภัณฑสําเรจ็รปู การบรรจุ การขนสง

10. วางแผนและดาํเนนิการเพื ่อใหไดรับการรับรองระบบคุณภาพ เชน ระบบ ISO-9001/ISO-

9002 หรอื TS 16949 เปนตน

ข้อสอบสามัญเครื่องกล main 1/2548

Documents