( ) σ v. Adam Bodnar: Wytrzymałość Materiałów. Analiza płaskiego stanu naprężenia.



Podobne dokumenty
Stan naprężenia. Przykład 1: Tarcza (płaski stan naprężenia) Określić siły masowe oraz obciążenie brzegu tarczy jeśli stan naprężenia wynosi:

Rozwiązywanie belek prostych i przegubowych wyznaczanie reakcji i wykresów sił przekrojowych 6

2. CHARAKTERYSTYKI GEOMETRYCZNE FIGUR PŁASKICH

Rozwiązywanie ram płaskich wyznaczanie reakcji i wykresów sił przekrojowych 7

f x f y f, jest 4, mianowicie f = f xx f xy f yx

12. FUNKCJE WIELU ZMIENNYCH. z = x + y jest R 2, natomiast jej

Programowanie nieliniowe optymalizacja funkcji wielu zmiennych

Rozwiązywanie belek prostych i przegubowych wyznaczanie reakcji i wykresów sił przekrojowych 4-5

PSO matematyka I gimnazjum Szczegółowe wymagania edukacyjne na poszczególne oceny

Wektory. P. F. Góra. rok akademicki

25. RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE PIERWSZEGO RZĘDU. y +y tgx=sinx

ZESTAW 1. A) 2 B) 3 C) 5 D) 7

Liniowy model decyzyjny Sytuacja decyzyjna: Firma produkuje dwa

nie wyraŝa zgody na inne wykorzystywanie wprowadzenia niŝ podane w jego przeznaczeniu występujące wybranym punkcie przekroju normalnego do osi z

Młodzieżowe Uniwersytety Matematyczne. Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego REGUŁA GULDINA

VIII. ZBIÓR PRZYKŁADOWYCH ZADAŃ MATURALNYCH

Drgania własne ramy wersja komputerowa, Wpływ dodatkowej podpory ( sprężyny ) na częstości drgań własnych i ich postacie

MATEMATYKA POZIOM ROZSZERZONY PRZYKŁADOWY ZESTAW ZADAŃ NR 1. Czas pracy 150 minut

RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE WYKŁAD 3

MATURA PRÓBNA 2 KLASA I LO

SKRYPT Z MATEMATYKI. Wstęp do matematyki. Rafał Filipów Piotr Szuca

Równania różniczkowe cząstkowe

Równania różniczkowe cząstkowe

PRÓBNY EGZAMIN MATURALNY

PROPAGACJA BŁĘDU. Dane: c = 1 ± 0,01 M S o = 7,3 ± 0,1 g Cl 2 /1000g H 2 O S = 6,1 ± 0,1 g Cl 2 /1000g H 2 O. Szukane : k = k =?

W. Guzicki Zadanie 30 z Informatora Maturalnego poziom rozszerzony 1

Warsztat pracy matematyka

Pierwiastki kwadratowe z liczby zespolonej

[L] Rysunek Łuk wolnopodparty, paraboliczny wymiary, obciążenie, oznaczenia.

Interpolacja. Układ. x exp. = y 1. = y 2. = y n

Elementy algebry i analizy matematycznej II

PRÓBNY EGZAMIN MATURALNY

Funkcje wielu zmiennych

T R Y G O N O M E T R I A

6. POWIERZCHNIOWE MOMENTY BEZWŁADNOŚCI

MES polega na wyznaczaniu interesujących nas parametrów w skończonej ilości punktów. A co leży pomiędzy tymi punktami?

Zadania do rozdziału 10.

EGZAMIN PRÓBNY CZAS PRACY: 180 MIN. SUMA PUNKTÓW: 50 ZADANIE 1 (1 PKT) ZADANIE 2 (1 PKT) ZADANIE 3 (1 PKT) ZADANIE 4 (1 PKT) ZADANIE 5 (1 PKT)

Ruch po równi pochyłej

Ć w i c z e n i e K 2 b

RÓWNANIA RÓŻNICZKOWE WYKŁAD 5

Rodzaje drgań na przykładzie układu o jednym stopniu swobody

PRÓBNY EGZAMIN MATURALNY

PRÓBNY EGZAMIN MATURALNY

Ekstrema funkcji dwóch zmiennych

TENSOMETRIA ZARYS TEORETYCZNY

CZAS ZDERZENIA KUL SPRAWDZENIE WZORU HERTZA

Planimetria, zakres podstawowy test wiedzy i kompetencji ZADANIA ZAMKNIĘTE. [ m] 2 cm dłuższa od. Nr pytania Odpowiedź

Scenariusz lekcji Zwierciadła i obrazy w zwierciadłach

PYTANIA KONTROLNE STAN NAPRĘŻENIA, ODKSZTAŁCENIA PRAWO HOOKE A

Zestaw 0. 1 sin 2 x ; k) (arctg x) 0 = 1 ; l) (arcctg x) x 2 m) (arcsin x) 0 = p 1

Całkowanie przez podstawianie i dwa zadania

FUNKCJA KWADRATOWA. 2. Rozwiąż nierówności: na przedziale x < 2; 3. Wyznacz wartość najmniejszą i największą funkcji f ( x)

Mieczysław Wilk Mielec, 2008

PRÓBNA MATURA. ZADANIE 1 (1 PKT) Wskaż liczbę, której 4% jest równe 8. A) 200 B) 100 C) 3,2 D) 32

Liczby, działania i procenty. Potęgi I pierwiastki

Projekt Era inżyniera pewna lokata na przyszłość jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

potrafi przybliżać liczby (np. ) K

KURS FUNKCJE WIELU ZMIENNYCH

Pomiar bezpośredni przyrządem wskazówkowym elektromechanicznym

ELEMENTY MECHANIKI TECHNICZNEJ, STATYKI I WYTRZYMAŁOŚĆ MATERIAŁÓW

3.3. UKŁADY RÓWNAŃ LINIOWYCH. Równanie liniowe z dwiema niewiadomymi. Równaniem liniowym z dwiema niewiadomymi x i y nazywamy równanie postaci

1.11. RÓWNANIE RÓŻNICZKOWE OSI UGIĘTEJ

ZADANIE 1 Poniżej znajduje się fragment wykresu funkcji y = f (x). ZADANIE 2 Na podstawie podanego wykresu funkcji f

EGZAMIN GIMNAZJALNY W ROKU SZKOLNYM 2011/2012

Rozwiązywanie układu równań metodą przeciwnych współczynników

CZERWIEC MATEMATYKA - poziom podstawowy. Czas pracy: 170 minut. Instrukcja dla zdającego

3.2. Podstawowe własności funkcji. Funkcje cyklometryczne, hiperboliczne. Definicję funkcji f o dziedzinie X i przeciwdziedzinie Y mamy w 3A5.

(rachunek różniczkowy dot. funkcji ciągłych)

Przykład 4.2. Sprawdzenie naprężeń normalnych

1. WSTĘP DO MECHANIKI

Ć w i c z e n i e K 1

Równania różniczkowe

Matematyka 1 (Wydziaª Architektury) Lista 1 - funkcje elmenetarne. 2. Rozwi za nast puj ce równania lub nierówno±ci:

Macierze normalne. D : Dowolną macierz kwadratową można zapisać w postaci A = B + ic gdzie ( ) B = A + A B = A + A = ( A + A)

Projekt Era inżyniera pewna lokata na przyszłość jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Badania zginanych belek

Zajęcia nr 1 (1h) Dwumian Newtona. Indukcja. Zajęcia nr 2 i 3 (4h) Trygonometria

L.Kowalski zadania z rachunku prawdopodobieństwa-zestaw 4 ZADANIA - ZESTAW 4

Dr inż. Janusz Dębiński

Pochodna funkcji wykład 5

Tra r n a s n fo f rm r a m c a ja a na n p a rę r ż ę eń e pomi m ę i d ę zy y uk u ł k a ł d a am a i m i obr b ó r cony n m y i m

Wartości i wektory własne

LABORATORIUM OBRÓBKI SKRAWANIEM

Charakterystyki geometryczne figur płaskich. dr hab. inż. Tadeusz Chyży Katedra Mechaniki Konstrukcji

POLITECHNIKA ŚLĄSKA. WYDZIAŁ ORGANIZACJI I ZARZĄDZANIA. Katedra Podstaw Systemów Technicznych - Mechanika Stosowana. y P 1. Śr 1 (x 1,y 1 ) P 2

14. Grupy, pierścienie i ciała.

Fizyka I (mechanika), ćwiczenia, seria 1

MOMENTY BEZWŁADNOŚCI FIGUR PŁASKICH

PRÓBNY EGZAMIN MATURALNY

Automatyka. Treść wykładów: Układ kombinacyjny AND. Układ sekwencyjny synchroniczny. Układ sekwencyjny asynchroniczny. Układ sekwencyjny synchroniczny

Metody Eulera i Eulera-Cauchy'ego rozwiązywania równań różniczkowych zwyczajnych. y 3 := x 2 (1) ( ) Rozwiązanie dokładne równania (1) (2)

) q przyłożona jest w punkcie o współrzędnej x = x + x. Przykład Łuk trójprzegubowy.

O MACIERZACH I UKŁADACH RÓWNAŃ

Imperfekcje globalne i lokalne

ZADANIA Z MATEMATYKI DLA WYDZIAŁU IMIR

Definicja wartości bezwzględnej. x < x y. x =

Projekt Era inżyniera pewna lokata na przyszłość jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

19. Wybrane układy regulacji Korekcja nieliniowa układów. Przykład K s 2. Rys Schemat blokowy układu oryginalnego

ZAGADNIENIA ZALICZENIOWE i PRZYKŁADY PYTAŃ z METOD KOMPUTEROWYCH w TSiP

Transkrypt:

Adam Bdnar: Wtrzmałść Materiałów Analiza płaskieg stanu naprężenia 5 ANALIZA PŁASKIEGO STANU NAPRĘŻENIA 5 Naprężenia na dwlnej płaszczźnie Jak pamiętam płaski stan naprężenia w punkcie cechuje t że wektr naprężeń przprządkwane wszstkim płaszczznm przecięcia brł w danm punkcie leżą w jednej płaszczźnie zwanej płaszczzną stanu naprężenia Wówczas w macierz naprężeń wszstkie jej element w jednm wierszu (klumnie) mają zerwe wartści Taki stan naprężenia wstępuje np w płaskich tarczach Rzważm zatem płaską tarczę kreślną w układzie współrzędnch () i bciążną dwlnm ale będącm w równwadze układem sił zewnętrznch p C ( m l) ( ) s ( l m) ( α ) Rs 5 Wbierzm dwln punkt C w pkazanej na rs 5 płaskiej tarcz i przjmijm że znam w nim współrzędne macierz naprężeń Pnieważ panuje w nim płaski stan naprężenia t macierz naprężeń będzie miała w gólnm przpadku czter różne d zera element: x T = x Współrzędne wektra naprężenia p ( p p ) nrmalnm ( l m) p p x są równe: = l m x = l m x a naprężenia nrmalne i stczne na tej płaszczźnie wnszą: x w tm punkcie na płaszczźnie wersrze ( x l m ) l ( x l m ) m= x l m l m ( l m )( m ) ( l m ) l = l m l m ( l m ) = p = = p s = x x gdzie: s ( m l) wersr stczn d płaszczzn (patrz rs 5) i prstpadł d wersra ( l m) Uwzględniając że l = csα a m = sinα gdzie: α t kąt międz kierunkiem wersra ν i sią raz znane z trgnmetrii zależnści x 40

Adam Bdnar: Wtrzmałść Materiałów Analiza płaskieg stanu naprężenia cs α = cs α sin α sin α = sin α cs α cs α cs α cs α = sin α = p przekształceniach trzmujem wzr : x x = cs α sin α (5) ( x = sin α cs α (5) pdające wartści naprężeń nrmalnch i stcznch na płaszczźnie przekrju wersrze nrmalnm nachlnm pd kątem α d si Ddatnim wartścią tch naprężeń dpwiadają zwrt zgdne ze zwrtami wersrów raz s gdż są t miar rzutów wektra naprężenia p ( p p ) x na sie wznaczne tmi wersrami Pliczm ile wnsi suma naprężeń nrmalnch na dwóch dwlnch ale wzajemnie prstpadłch płaszczznach przekrju Krzstając ze wzru (5) trzmujem: x x α α 90 = cs α sin α x x 0 0 cs α 90 sin α 90 = ( ) ( ) x dwdząc w ten spsób iż: w płaskim stanie naprężenia suma naprężeń nrmalnch na dwóch d siebie prstpadłch płaszczznach jest wielkścią stałą lub inaczej że suma naprężeń na przekątnej macierz naprężeń jest niezmiennikiem tzn nie zmienia swej wartści prz zmianie układu w którm jest kreślana Twierdzenie t dnsi się również d przestrzenneg stanu naprężenia 5 Ekstremalne naprężenia nrmalne i stczne Inżniera analizująceg stan naprężenia w danm punkcie interesują przede wszstkim wstępujące w nim ekstremalne wartści naprężeń nrmalnch i stcznch Pstawm więc dwa bardz ważne zagadnienia d rzwiązania: na jakiej płaszczźnie przekrju wstępują i ile wnszą ekstremalne naprężenia nrmalne na jakiej płaszczźnie przekrju wstępują i ile wnszą ekstremalne naprężenia stczne Ab rzwiązać te ba zagadnienia należ wznaczć ekstremalne wartści funkcji = ( α ) raz = ( α ) Zaczniem d naprężeń nrmalnch Pchdna funkcji = ( α ) przrównana d zera d x = sin α cs α = 0 dα 4

Adam Bdnar: Wtrzmałść Materiałów Analiza płaskieg stanu naprężenia pkazuje że na tch płaszczznach przekrju na którch naprężenia nrmalne są ekstremalne naprężenia stczne są równe zeru i daje równanie z któreg mżem wznaczć tg α = α = arc tg n π (53) x x kąt pd jakim nachln jest d si wersr nrmaln płaszczzn lub płaszczzn na którch wstępują ekstremalne naprężenia nrmalne Zależnści (53) pkazują że ekstremalne naprężenia nrmalne wstępują na dwóch wzajemnie d siebie prstpadłch płaszczznach Płaszczzn te nazwam płaszczznami głównmi a naprężenia nrmalne na nich naprężeniami głównmi Kierunki wersrów nrmalnch d płaszczzn głównch czli kierunki naprężeń głównch nazwam kierunkami głównmi Zatem: naprężenia główne w danm punkcie t ekstremalne wartści naprężeń nrmalnch które w nim wstępują Działają ne na dwóch d siebie prstpadłch płaszczznach (płaszczznach głównch) na którch naprężenia stczne są równe zeru W celu wznaczenia wartści naprężeń głównch w płaskim stanie naprężenia krzstam z pniższch wzrów trgnmetrcznch: tg α sin α = ± tg α które wstawiam d równania (5): cs α = ± tg α x = x tg α tg α tg α = = x = x tg α tg α tg α ab następnie p wkrzstaniu zależnści (53) trzmać kńcwe rezultat w pstaci: x = = x (54) = x = x Wzór (53) pdaje jednie kąt transfrmacji wjściweg układu współrzędnch d układu kierunków naprężeń głównch nie kreślając kierunku i kierunku Kierunki tch naprężeń kreślają pniższe zależnści: 4

Adam Bdnar: Wtrzmałść Materiałów Analiza płaskieg stanu naprężenia = (55) = = = We wzrach (55) α znacza kąt jaki należ brócić ś d pkrcia się z kierunkiem maksmalneg naprężenia nrmalneg Analgicznie definiujem kąt α W celu wznaczania ekstremalnch naprężeń stcznch i płaszczzn ich wstępwania pstępujem pdbnie jak w przpadku ekstremalnch naprężeń nrmalnch Przrównanie d zera pchdnej funkcji = ( α ) : d x = cs α sin α = 0 dα daje zależnść z której wznaczam kierunki nrmalnch d płaszczzn ekstremalnch naprężeń stcznch x tg α = x α tg π = arc n (56) Wzór (56) pkazuje że ekstremalne naprężenia stczne też wstępują na dwóch wzajemnie d siebie prstpadłch płaszczznach a α t kąt transfrmacji układu współrzędnch d układu wznaczneg przez nrmalne d tch płaszczzn Wstawiając (56) d (5) prz wkrzstaniu analgicznch jak pprzedni zależnści trgnmetrcznch trzmujem wartści ekstremalnch naprężeń stcznch: α > 0 umwa znaków x = = (57) = x = Prównanie wzrów (53) i (56) daje zależnść: π π tg α = ctg α α = α α = α 4 c dwdzi twierdzenia że płaszczzn ekstremalnch naprężeń stcznch płwią kąt międz płaszczznami naprężeń głównch (ekstremalnch naprężeń nrmalnch) Na kniec pwiem że w przpadku przestrzennch stanów naprężenia są trz wzajemnie prstpadłe płaszczzn główne na którch naprężenia stczne się zerują a naprężenia nrmalne są ekstremalne (naprężenia główne) Płaszczzn ekstremalnch naprężeń stcznch i w tm przpadku płwią kąt międz płaszczznami naprężeń głównch 43

Adam Bdnar: Wtrzmałść Materiałów Analiza płaskieg stanu naprężenia 53 Kła Mhra Stawiam ptanie: cz wartści naprężeń nrmalnch i stcznch na dwlnej płaszczźnie przekrju brł w punkcie w którm panuje płaski stan naprężenia kreśln zadanmi współrzędnmi macierz naprężeń mgą bć całkwicie dwlne cz też muszą przjmwać wartści z pewneg graniczneg zakresu Ab dpwiedzieć na t ptanie pwrócim d równań (5) raz (5) i zapiszem je w niec zmieninej frmie: x x = cs α sin α ( x = sin α cs α a następnie pdniesiem każde z nich d kwadratu i ddam strnami trzmując w wniku kńcwm zależnść: x x = (58) Równanie (58) pkazuje że wartści naprężeń nrmalnch i stcznch dla wszstkich płaszczzn przekrju brł w danm punkcie leżą na brzegu kła prmieniu (rs 5) x R = x i śrdku przesuniętm na si wielkść Kł t nazwam kłem Mhra jest n graficzną reprezentacją stanu naprężenia w danm punkcie i mżem z nieg wznaczć wiele interesującch wielkści związanch ze stanem naprężenia Na rs 5 pkazane jest kł Mhra w punkcie w którm współrzędne macierz naprężeń spełniają zależnści > 0 raz > 0 Punkt K pkazan na tm rsunku nazwan x > biegunem kła Mhra ma współrzędne ( ) i pzwala na wznaczenie kierunków naprężeń głównch Łatw jest dwieść pkazanch na tm rsunku zależnści Ograniczm się zatem jednie d udwdnienia że OB raz że OA = = Z rsunku widać że OB = OO R a pnieważ: x OO = a x R = więc: 44

Adam Bdnar: Wtrzmałść Materiałów Analiza płaskieg stanu naprężenia x x = = OB = Analgicznie dwdzim drugą zależnść Z kła Mhra łatw dcztujem wartści ekstremalnch naprężeń stcznch reprezentują je punkt C i D C R O O x α A α B K D Rs 5 W przestrzennm stanie naprężenia w miejsce jedneg mam trz kła Mhra które pkazuje rs 53 na którm zacienin bszar t bszar wszstkich mżliwch wartści naprężeń nrmalnch i stcznch w punkcie (graficzna reprezentacja wstępująceg w nim stanu naprężenia) w którm naprężenia główne mają wartści 3 O O x 3 Rs 53 45

Adam Bdnar: Wtrzmałść Materiałów Analiza płaskieg stanu naprężenia 54 Przkład Przkład 54 Wznaczć analitcznie i sprawdzić prz pmc kła Mhra naprężenia główne i ich kierunki w punkcie gdzie dana jest macierz naprężeń w układzie () 00 T = MPa 50 Narswać graficzne braz macierz naprężeń w układzie wjściwm () i w układzie kierunków głównch naprężeń () Rzwiązanie Wartści naprężeń głównch: x x 00 50 00 50 = = = = 85 078 MPa x x 00 50 00 50 = = = = 35 078 MPa Sprawdzenie : x = 00 50 = 85078 35078 50 = 50 Kierunki naprężeń głównch: Sprawdzenie : α = = = = 8508 α 50 85078 = = = = 03508 α 50 35078 = 70 40' 9 0' = 90 α = 9 = 70 0' 40' 50 =85078 00 00 α = 9 0' 50 46 = 35078 α = 70 40'

Adam Bdnar: Wtrzmałść Materiałów Analiza płaskieg stanu naprężenia Macierz naprężeń w układzie () 00 T = MPa 50 Macierz naprężeń w układzie kierunków głównch () 85078 0 T = MPa 0 35078 Macierz przejścia z układu współrzędnch () d układu kierunków głównch () α ij cs = cs 9 ( 70 40' ) sin ( 70 40' ) 0' sin 9 0' 033 = 09436 09436 033 Kł Mhra K skala naprężeń O α cm = 50 MPa x α Przkład 54 Wznaczć analitcznie naprężenia główne i ich kierunki w punkcie gdzie dana jest macierz naprężeń w układzie () 0 T = MPa 0 Narswać graficzne braz macierz naprężeń w układzie wjściwm () i w układzie kierunków głównch naprężeń () Rzwiązanie Wartści naprężeń głównch: = = MPa = = = MPa = Kierunki naprężeń głównch: 47

Adam Bdnar: Wtrzmałść Materiałów Analiza płaskieg stanu naprężenia = = = = 0 α = 45 = = = = 0 α Zadana macierz naprężeń w punkcie przedstawia tzw przpadek czsteg ścinania W układzie si ( ) pstać tej macierz wraźnie uzasadnia tą nazwę Przkład pkazuje że taki stan naprężenia mżna generwać również pprzez naprężenia nrmalne - rzciągające i ściskające - na prstpadłch d siebie płaszczznach nachlnch pd kątem 45 d si wjściwch 00 = 45 00 48