MECHANIKA PRĘTÓW CIENKOŚCIENNYCH

Podobne dokumenty
CIENKOŚCIENNE KONSTRUKCJE METALOWE

Defi f nicja n aprę r żeń

STATYCZNA PRÓBA SKRĘCANIA

Podstawowe pojęcia wytrzymałości materiałów. Statyczna próba rozciągania metali. Warunek nośności i użytkowania. Założenia

Olga Kopacz, Adam Łodygowski, Krzysztof Tymber, Michał Płotkowiak, Wojciech Pawłowski Poznań 2002/2003 MECHANIKA BUDOWLI 1

MECHANIKA 2 KINEMATYKA. Wykład Nr 5 RUCH KULISTY I RUCH OGÓLNY BRYŁY. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

Podstawowe przypadki (stany) obciążenia elementów : 1. Rozciąganie lub ściskanie 2. Zginanie 3. Skręcanie 4. Ścinanie

PŁYTY OPIS W UKŁADZIE KARTEZJAŃSKIM Charakterystyczne wielkości i równania

PŁYTY OPIS W UKŁADZIE KARTEZJAŃSKIM Charakterystyczne wielkości i równania

5. Indeksy materiałowe

TENSOMETRIA ZARYS TEORETYCZNY

PYTANIA KONTROLNE STAN NAPRĘŻENIA, ODKSZTAŁCENIA PRAWO HOOKE A

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Dr inż. Janusz Dębiński

wiczenie 15 ZGINANIE UKO Wprowadzenie Zginanie płaskie Zginanie uko nie Cel wiczenia Okre lenia podstawowe

2. Pręt skręcany o przekroju kołowym

TARCZE PROSTOKĄTNE Charakterystyczne wielkości i równania

Pytania przygotowujące do egzaminu z Wytrzymałości Materiałów sem. I studia niestacjonarne, rok ak. 2015/16

1. PODSTAWY TEORETYCZNE

8. WIADOMOŚCI WSTĘPNE

1. Obciążenie statyczne

PROJEKT NR 1 METODA PRZEMIESZCZEŃ

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

STAN NAPRĘŻENIA. dr hab. inż. Tadeusz Chyży

Al.Politechniki 6, Łódź, Poland, Tel/Fax (48) (42) Mechanika Budowli. Inżynieria Środowiska, sem. III

4. Elementy liniowej Teorii Sprężystości

Wytrzymałość Materiałów

6. ZWIĄZKI FIZYCZNE Wstęp

MECHANIKA 2. Wykład Nr 3 KINEMATYKA. Temat RUCH PŁASKI BRYŁY MATERIALNEJ. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

Ścinanie i skręcanie. dr hab. inż. Tadeusz Chyży

Pytania przygotowujące do egzaminu z Wytrzymałości Materiałów sem. I studia niestacjonarne, rok ak. 2014/15

1 Charakterystyka ustrojów powierzchniowych. Anna Stankiewicz

WSTĘP DO TEORII PLASTYCZNOŚCI

Fizyka dla Informatyków Wykład 7 Mechanika Ośrodków Ciągłych

PODSTAWY STATYKI BUDOWLI POJĘCIA PODSTAWOWE

Materiały pomocnicze do wykładów z wytrzymałości materiałów 1 i 2 (299 stron)

KINEMATYKA I DYNAMIKA CIAŁA STAŁEGO. dr inż. Janusz Zachwieja wykład opracowany na podstawie literatury

Nauka o Materiałach. Wykład VIII. Odkształcenie materiałów właściwości sprężyste. Jerzy Lis

Wytrzymałość Konstrukcji I - MEiL część II egzaminu. 1. Omówić wykresy rozciągania typowych materiałów. Podać charakterystyczne punkty wykresów.

Wprowadzenie do WK1 Stan naprężenia

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z PRZEDMIOTU: KONSTRUKCJE BUDOWLANE klasa III Podstawa opracowania: PROGRAM NAUCZANIA DLA ZAWODU TECHNIK BUDOWNICTWA

Przykład 4.1. Ściag stalowy. L200x100x cm 10 cm I120. Obliczyć dopuszczalną siłę P rozciagającą ściąg stalowy o przekroju pokazanym na poniższym

WIADOMOŚCI WSTĘPNE, PRACA SIŁ NA PRZEMIESZCZENIACH

WYZNACZANIE MODUŁU YOUNGA METODĄ STRZAŁKI UGIĘCIA

Wyboczenie ściskanego pręta

SKRĘCANIE WAŁÓW OKRĄGŁYCH

Politechnika Białostocka

Wytrzymałość Materiałów

Mechanika ogólna. Kinematyka. Równania ruchu punktu materialnego. Podstawowe pojęcia. Równanie ruchu po torze (równanie drogi)

Wyznaczanie modułu Younga metodą strzałki ugięcia

MECHANIKA 2 RUCH POSTĘPOWY I OBROTOWY CIAŁA SZTYWNEGO. Wykład Nr 2. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

Integralność konstrukcji w eksploatacji

Mechanika teoretyczna

Autor: mgr inż. Robert Cypryjański METODY KOMPUTEROWE

[ P ] T PODSTAWY I ZASTOSOWANIA INŻYNIERSKIE MES. [ u v u v u v ] T. wykład 4. Element trójkątny płaski stan (naprężenia lub odkształcenia)

RÓWNANIA FIZYCZNE DLA CIAŁ LINIOWO - SPRĘŻYSTYCH

MECHANIKA 2. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

Zadanie 3. Belki statycznie wyznaczalne. Dla belek statycznie wyznaczalnych przedstawionych. na rysunkach rys.a, rys.b, wyznaczyć:

PODSTAWY RACHUNKU WEKTOROWEGO

Mechanika teoretyczna

Materiały do wykładu na temat Obliczanie sił przekrojowych, naprężeń i zmian geometrycznych prętów rozciąganych iściskanych bez wyboczenia.

Twierdzenia o wzajemności

Pytania przygotowujące do egzaminu z Wytrzymałości Materiałów studia niestacjonarne I-go stopnia, semestr zimowy

3. RÓWNOWAGA PŁASKIEGO UKŁADU SIŁ

Przykład obliczeniowy wyznaczenia imperfekcji globalnych, lokalnych i efektów II rzędu P3 1

Krzywe stożkowe Lekcja II: Okrąg i jego opis w różnych układach współrzędnych

Mechanika teoretyczna

1. METODA PRZEMIESZCZEŃ

Ć w i c z e n i e K 3

RUCH OBROTOWY- MECHANIKA BRYŁY SZTYWNEJ

R o z w i ą z a n i e Przy zastosowaniu sposobu analitycznego należy wyznaczyć składowe wypadkowej P x i P y

Laboratorium wytrzymałości materiałów

Zginanie proste belek

10.1 Płyta wspornikowa schodów górnych wspornikowych w płaszczyźnie prostopadłej.

Krótko, co nas czeka na zajęciach. Jak realizujemy projekty. Jak je zaliczamy. Nieobecności Wykład nr 1

5. METODA PRZEMIESZCZEŃ - PRZYKŁAD LICZBOWY

i = [ 0] j = [ 1] k = [ 0]

Przykład Łuk ze ściągiem, obciążenie styczne. D A

PŁYTY OPIS W UKŁADZIE KARTEZJAŃSKIM Charakterystyczne wielkości i równania

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH. Doświadczalne sprawdzenie zasady superpozycji

Równa Równ n a i n e i ru r ch u u ch u po tor t ze (równanie drogi) Prędkoś ędkoś w ru r ch u u ch pros pr t os ol t i ol n i io i wym

Naprężenia styczne i kąty obrotu

Linie wpływu w belce statycznie niewyznaczalnej

ĆWICZENIE 6 Kratownice

Przepływy laminarne - zadania

3. KINEMATYKA Kinematyka jest częścią mechaniki, która zajmuje się opisem ruchu ciał bez wnikania w jego przyczyny. Oznacza to, że nie interesuje nas

Grafika komputerowa Wykład 4 Geometria przestrzenna

Wytrzymałość materiałów

DRGANIA SWOBODNE UKŁADU O DWÓCH STOPNIACH SWOBODY. Rys Model układu

9. Mimośrodowe działanie siły

STATYKA Z UWZGLĘDNIENIEM DUŻYCH SIŁ OSIOWYCH

ROZCIĄGANIE I ŚCISKANIE OSIOWE. Pojęcia podstawowe. Zasada de Saint Venanta

10.0. Schody górne, wspornikowe.

MECHANIKA OGÓLNA (II)

RUCH OBROTOWY- MECHANIKA BRYŁY SZTYWNEJ

6. WYZNACZANIE LINII UGIĘCIA W UKŁADACH PRĘTOWYCH

Uwaga: Linie wpływu w trzech prętach.

7.0. Fundament pod słupami od stropu nad piwnicą. Rzut fundamentu. Wymiary:

Rys. 32. Widok perspektywiczny budynku z pokazaniem rozmieszczenia kratownic

Transkrypt:

dr inż. Robert Szmit Przedmiot: MECHANIKA PRĘTÓW CIENKOŚCIENNYCH WYKŁAD nr Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Katedra Geotechniki i Mechaniki Budowli

Opis stanu odkształcenia i naprężenia powłoki pręta jest odniesiony do jego powierzchni środkowej. Oznacza to, że pręt zastępujemy pewna powierzchnią będącą miejscem geometrycznym punktów równo oddalonych od obydwu powierzchni zewnętrznych jego powłoki.

Krzywą powstałą w wyniku przecięcia powierzchni środkowej płaszczyzną prostopadłą do osi pręta nazywamy linią środkową przekroju (konturem). Zakładamy, że ścianka nie traci stateczności przy deformacji i pomijamy naprężenia miejscowe związane z lokalnym przyłożeniem siły. Pomijamy też zjawiska koncentracji naprężeń w punktach ostrego załamania ścianki przekroju, wbudowania przewiązek, przepon itp. Mogą one osiągać znaczne wartości. Przyjmujemy, że spełnienie powyższych warunków dotyczących sposobu obciążenia pręta zapewniono odpowiednimi zabiegami konstrukcyjnymi.

Przekrój pręta podczas skręcania przestaje być płaski Zarówno obciążenia jak i reakcje oddziaływają na pręt w miejscach przewidzianych konstrukcyjnie, tzn. nie może być takich sił skupionych, których składowe oddziaływają prostopadle do nie przygotowanej do tego powłoki pręta.

Przy opisie problemu zastosujemy trzy prawoskrętne układy odniesienia: 1. Układ globalny η i kartezjański, ortogonalny, względem którego zdefiniowano geometrię całego obiektu i zbudowano równania równowagi. Oś η 1 jest równoległa do tworzących powłoki pręta, a osie η i η są głównymi sprowadzonymi środkowymi osiami bezwładności przekroju poprzecznego. Układ krzywoliniowy (η,s) definiujący położenie rozpatrywanego punktu K na powierzchni środkowej (η η 1 ), będącą miejscem geometrycznym punktów równo oddalonych od obydwu powierzchni zewnętrznych powłoki pręta.

. Układ lokalny ξ i kartezjański, ortogonalny, styczny do powierzchni środkowej, względem którego określamy przemieszczenia u i oraz odkształcenia ε i, γ ij w punkcie K(ε i = η 1 ) ξ 1 ξ η 1 s K powierzchnia środkowa η=η 1 η ξ η Rys. Układy odniesienia stosowane w teorii prętów cienkościennych.

Materiałom składnikowym przypisane są następujące znane stałe materiałowe: - moduł Younga E i, - współczynnik Poissona i, - moduł Kirchoffa G i, - gęstość ρ i. Grubość powłoki pręta δ(η,s) może zmieniać się wraz ze zmianą współrzędnych η 1 i s. Podobnie przyjęto, że stałe materiałowe są również zależne od η 1 i s: E=E(η,s), G=G(η,s), =(η,s), ρ=ρ(η,s).

Dla określenia przemieszczenia punktu K przekroju zastosujemy współrzędne u i dane w układzie ξ i Dla określenia zachowania się całego przekroju użyto przesunięcia o współrzędnych i i obroty o współrzędnych ϕ i w układzie η i Przyjęto przy tym równoważne oznaczenia dla obrotu pręta wokół osi podłużnej ϕ 1 = Θ. Natomiast ϕ i ϕ są obrotami przekroju poprzecznego wokół jego głównych środkowych sprowadzonych osi bezwładności

Przyjmujemy, że zwroty dodatnie obciążeń zewnętrznych i sił przekrojowych są ustalone względem osi η i. Obciążenia przyłożone do pręta mogą być skupione, bądź ciągłe, o współrzędnych m i, q i danych w układzie η i.

W powłoce pręta panuje płaski stan naprężenia (PSN). Oznacza to, że w lokalnym układzie odniesienia σ =σ =σ =σ 1 = σ 1 =0.

Stąd przyjmujemy, że stan naprężenia w powłoce pręta jest reprezentowany przez poniżej zdefiniowane: -strumień naprężeń normalnych σ= σ(η,s)= σ 1 (η,s)δ(s) -strumień naprężeń stycznych: τ(η,s)= σ 1 (η,s)δ(s), 1 g d przy czym σ = ( σ + σ ) 1 1 1

oraz naprężenia de Saint-Venanta σ 1 δ s d g 1 = ( σ1 σ1) ξ

Powierzchnia środkowa PC ulega odkształceniom postaciowym γ = γ 1 ( η, ξ) = γ 1 ( η, s) = τ ( η, s) G( s) δ ( s) Oprócz podanych oznaczeń dla punktu K przekroju o współrzędnych η i posłużmy się następującymi wielkościami określającymi również jego położenie:

n, t odległość od punktu A, zwanego biegunem, odpowiednio od stycznej i normalnej do osi środkowej, α kąt nachylenia linii środkowej przekroju do osi 0η. Rys..6.

Definicja. Jako teorię 1-P (pierwszego przybliżenia), określamy taką teorię, w której odkształcenia postaciowe powierzchni środkowej PC są wynikiem TYLKO czystego skręcania. Tak więc w teorii 1-P obowiązuje: γ = γ ( s) = τ ( s) G( s) δ ( s) W przypadku przekrojów otwartych można stosować założenie (Własowa), że γ = 0

Definicja. Jako teorii -P i N-P kolejnych przybliżeń, odkształcenia γ i deplanacja przekroju zależą od wszystkich sił przekrojowych. Tak więc w teorii 1-P obowiązuje: γ = γ ( s) = τ ( s) G( s) δ ( s) W przypadku przekrojów otwartych można stosować założenie (Własowa), że γ = 0.

. Przemieszczenia i stan naprężenia przekroju. Przemieszczenia i stan naprężenia przekroju Kluczowym punktem teorii PC jest wyznaczenie przemieszczeń przekroju. Jeżeli znamy przemieszczenia możemy określić naprężenia, a następnie siły przekrojowe. Rozpatrzmy dwa szczególne przypadki przemieszczenia dla punktów związanych z przekrojem, wywołane przemieszczeniami uogólnionymi: Przesunięciami liniowymi osi pręta o składowych i Obrotem osi Θ wokół pewnego punktu A.

. Przemieszczenia i stan naprężenia przekroju Weźmy linię środkową przekroju przedstawioną na poniższym rysunku.

. Przemieszczenia i stan naprężenia przekroju Punkt B doznaje, przy ruchu sztywnym przekroju, obrotu Θ oraz przemieszczeń liniowych B i B. Są one sumą przemieszczeń całego przekroju: i oraz przemieszczeń dodatkowych i wynikających z jego obrotu o kąt Θ, co zapisujemy:. ) (, ) ( :,, Θ = Θ = + = + = A B A B B B gdzie η η η η (.1) Po podstawieniu otrzymujemy ostatecznie:. ) (, ) ( Θ + = Θ = A B B A B B η η η η (.)

. Przemieszczenia i stan naprężenia przekroju Znajdziemy teraz punkt, który nie doznaje przesunięcia. Podstawiając powyższego wzoru B = B =0, otrzymamy: η B = η A Θ Θ, η = η B A +. (.) Są to współrzędne punktu B nie zmieniającego swego położenia w płaszczyźnie przekroju pręta. Wszystkie inne punkty ulegają przesunięciom liniowym i obrotowi.

.1. Przemieszczenia punktu leżącego na linii środkowej przekroju.1. Przemieszczenia punktu leżącego na linii środkowej przekroju dane w układzie lokalnym Rozpatrzmy linię środkową przekroju podaną na rysunku. Pokazano tam przemieszczenia ik punktu K w układzie globalnym η i pręta. Rzutując je na osie układu lokalnego ξ i piszemy: u = K cosα + K sinα, (.4) u = K sinα + K cosα. (.5)

.1. Przemieszczenia punktu leżącego na linii środkowej przekroju Rys..1.