PŁYTY OPIS W UKŁADZIE KARTEZJAŃSKIM Charakterystyczne wielkości i równania

Podobne dokumenty
PŁYTY OPIS W UKŁADZIE KARTEZJAŃSKIM Charakterystyczne wielkości i równania

PŁYTY OPIS W UKŁADZIE KARTEZJAŃSKIM Charakterystyczne wielkości i równania

TARCZE PROSTOKĄTNE Charakterystyczne wielkości i równania

1 Charakterystyka ustrojów powierzchniowych. Anna Stankiewicz

WYBRANE ZAGADNIENIA MECHANIKI USTROJÓW POWIERZCHNIOWYCH

Analiza płyt i powłok MES

ANALIA STATYCZNA UP ZA POMOCĄ MES Przykłady

Spis treści Rozdział I. Membrany izotropowe Rozdział II. Swobodne skręcanie izotropowych prętów pryzmatycznych oraz analogia membranowa

MECHANIKA PRĘTÓW CIENKOŚCIENNYCH

4. Elementy liniowej Teorii Sprężystości

Wytrzymałość materiałów

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

ROZWIĄZANIE PROBLEMU NIELINIOWEGO

Analiza statyczna MES dla dźwigarów powierzchniowych

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

Defi f nicja n aprę r żeń

TARCZOWE I PŁYTOWE ELEMENTY SKOŃCZONE

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

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

Metoda Różnic Skończonych (MRS)

Dr inż. Janusz Dębiński

MODELOWANIE ZA POMOCĄ MES Analiza statyczna ustrojów powierzchniowych

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

PLASTYCZNOŚĆ W UJĘCIU KOMPUTEROWYM

Integralność konstrukcji w eksploatacji

POWŁOKI GEOMETRIA POWIERZCHNI

TENSOMETRIA ZARYS TEORETYCZNY

PYTANIA KONTROLNE STAN NAPRĘŻENIA, ODKSZTAŁCENIA PRAWO HOOKE A

Rozwiązywanie zagadnień nieliniowych

TEORIA SPRĘŻYSTOŚCI I PLASTYCZNOŚCI (TSP)

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

8. WIADOMOŚCI WSTĘPNE

1. PODSTAWY TEORETYCZNE

PODSTAWY STATYKI BUDOWLI POJĘCIA PODSTAWOWE

Część DZIAŁANIE MOMENTU SKRĘCAJĄCEGO 1 DZIAŁANIE MOMENTU SKRĘCAJĄCEGO ZALEŻNOŚCI PODSTAWOWE

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

Pręt nr 1 - Element żelbetowy wg. EN :2004

WIADOMOŚCI WSTĘPNE, PRACA SIŁ NA PRZEMIESZCZENIACH

Fizyka dla Informatyków Wykład 7 Mechanika Ośrodków Ciągłych

Zginanie proste belek

PROJEKT NR 1 METODA PRZEMIESZCZEŃ

Drgania poprzeczne belki numeryczna analiza modalna za pomocą Metody Elementów Skończonych dr inż. Piotr Lichota mgr inż.

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

6. ZWIĄZKI FIZYCZNE Wstęp

Linie wpływu w belce statycznie niewyznaczalnej

Wprowadzenie do WK1 Stan naprężenia

Pręt nr 4 - Element żelbetowy wg PN-EN :2004

2. Pręt skręcany o przekroju kołowym

CIENKOŚCIENNE KONSTRUKCJE METALOWE

Stan odkształcenia i jego parametry (1)

7. ELEMENTY PŁYTOWE. gdzie [N] oznacza przyjmowane funkcje kształtu, zdefinować odkształcenia i naprężenia: zdefiniować macierz sztywności:

Politechnika Białostocka

Badania doświadczalne płyty kołowej osiowosymetrycznej

Wytrzymałość materiałów

METODA PASM SKOŃCZONYCH PŁYTY DWUPRZĘSŁOWE

CIENKOŚCIENNE KONSTRUKCJE METALOWE

ĆWICZENIE PROJEKTOWE NR 2 Z MECHANIKI BUDOWLI

ANALIZA STATYCZNA MES DLA USTROJÓW POWIERZNIOWYCH

Politechnika Śląska w Gliwicach Wydział Organizacji i Zarządzania Katedra Podstaw Systemów Technicznych

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu MECHANIKA I BUDOWA MASZYN Studia pierwszego stopnia

ALGORYTM STATYCZNEJ ANALIZY MES DLA KRATOWNICY

MES w zagadnieniach nieliniowych

Pręt nr 1 - Element żelbetowy wg. PN-B-03264

STATYCZNA PRÓBA SKRĘCANIA

Metoda elementów skończonych w mechanice konstrukcji / Gustaw Rakowski, Zbigniew Kacprzyk. wyd. 3 popr. Warszawa, cop

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

1. Pojazdy i maszyny robocze 2. Metody komputerowe w projektowaniu maszyn 3. Inżynieria produkcji Jednostka prowadząca

Autor: mgr inż. Robert Cypryjański METODY KOMPUTEROWE

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

Przykłady obliczeń belek i słupów złożonych z zastosowaniem łączników mechanicznych wg PN-EN-1995

Pręt nr 0 - Element żelbetowy wg PN-EN :2004

Wzór Żurawskiego. Belka o przekroju kołowym. Składowe naprężenia stycznego można wyrazić następująco (np. [1,2]): T r 2 y ν ) (1) (2)

Zadanie 1. Wektor naprężenia. Tensor naprężenia. Zależność wektor-tensor.

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

Wyboczenie ściskanego pręta

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

9. PODSTAWY TEORII PLASTYCZNOŚCI

TRAJEKTORIE WARTOŚCI WŁASNYCH PÓL SIŁ WEWNĘTRZNYCH W TARCZACH I PŁYTACH ANIZOTROPOWYCH

Z-LOG-0133 Wytrzymałość materiałów Strength of materials

Twierdzenia o wzajemności

P. Litewka Efektywny element skończony o dużej krzywiźnie

Laboratorium wytrzymałości materiałów

POZ BRUK Sp. z o.o. S.K.A Rokietnica, Sobota, ul. Poznańska 43 INFORMATOR OBLICZENIOWY

WSTĘP DO TEORII PLASTYCZNOŚCI

Mechanika teoretyczna

Laboratorium wytrzymałości materiałów

MECHANIKA I WYTRZYMAŁOŚĆ MATERIAŁÓW

Pręt nr 0 - Płyta żelbetowa jednokierunkowo zbrojona wg PN-EN :2004

Wytrzymałość Materiałów

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

KARTA MODUŁU KSZTAŁCENIA

Laboratorium Wytrzymałości Materiałów

PODSTAWY MECHANIKI OŚRODKÓW CIĄGŁYCH

5. MES w mechanice ośrodka ciągłego

10.0. Schody górne, wspornikowe.

Dynamika manipulatora. Robert Muszyński Janusz Jakubiak Instytut Cybernetyki Technicznej Politechnika Wrocławska. Podstawy robotyki wykład VI

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

11. DZIAŁANIE SIŁY POPRZECZNEJ

Transkrypt:

Charakterystyczne wielkości i równania Mechanika materiałów i konstrukcji budowlanych, studia II stopnia rok akademicki 2012/2013 Instytut L-5, Wydział Inżynierii Lądowej, Politechnika Krakowska Adam Wosatko

Tematyka wykładu 1 Założenia dla teorii płyt cienkich 2 Hipotezy Kirchhoffa-Love a 3 Równania dla teorii płyt cienkich 4 Siły przekrojowe i warunki brzegowe

Definicja płyty Dźwigar powierzchniowy jest specyficznym ciałem odkształcalnym, w którym jeden wymiar (grubość) jest wyraźnie mniejszy od dwóch pozostałych. Płyta jest dźwigarem powierzchniowym, na który może działać obciążenie zgodne z kierunkiem prostopadłym do płaszczyzny środkowej P 0. Takie obciążenie wywołuje ugięcia. Rozkład naprężeń po grubości płyty jest liniowy. W. Kolendowicz. Mechanika budowli dla architektów. Arkady, Warszawa, 1993.

Teorie dla płyt zginanych W modelu obliczeniowym nakłada się różne więzy kinematyczne i statyczne na zachowanie się płyty w zależności od jej grubości. Więzy Kirchhoffa-Love a dla płyt cienkich, gdzie h L < 1 10. Więzy Mindlina-Reissnera dla płyt umiarkowanie grubych. Dla obu przypadków obowiązują inne równania kinematyczne związki pomiędzy przemieszczeniami a odkształceniami. Kiedy stosuje się teorię cienkich dźwigarów powierzchniowych? płyty h L < 1 10 powłoki h R min < 1 20 1 30

Główne założenia dla liniowej teorii cienkich dźwigarów powierzchniowych A Obowiązuje zasada zesztywnienia, tzn. przemieszczenia są na tyle małe, że równania rownowagi można odnosić do nieodkształconego ustroju. Obowiązują liniowe związki geometryczne Cauchy ego między przemieszczeniami i odkształceniami. B Materiał jest liniowo sprężysty, tzn. obowiązuje uogólnione prawo Hooke a.

Założenia zawężające rozważania dla liniowej teorii cienkich dźwigarów powierzchniowych a Dźwigar jest jednorodny (w szczególności nieuwarstwiony) o stałej grubości h(ξ 1, ξ 2 ) = const., gdzie ξ 1 i ξ 2 są współrzędnymi powierzchniowymi. b Materiał jest izotropowy o stałych: E moduł Younga ν współczynnik Poissona α t - współczynnik rozszerzalności cieplnej c Rozpatrywane są zagadnienia przy obciążeniach przykładanych statycznie, tzn. będziemy pomijali siły bezwładności i energię kinetyczną.

Wielkości poszukiwane w modelu 3D płyty dla punktu P(x, y, z) z powierzchni równo oddalonej od środkowej Pole przemieszczeń: u(x, y, z) = {u, v, w} Pole odkształceń: ɛ(x, y, z) = {ε x, ε y, ε z, γ xy, γ xz, γ yz } Pole naprężeń: σ(x, y, z) = {σ x, σ y, σ z, τ xy, τ xz, τ yz } Rozkłady naprężeń w zginanych płytach h x y σ x (z) σ y (z) τyz (z) τ xz (z) τyx(z) τ xy (z) z

Hipotezy Kirchhoffa-Love a dla płyt Hipoteza kinematyczna Odcinek po deformacji pozostaje prosty: u(x, y, z) = ϑ x (x, y, 0) z, v(x, y, z) = ϑ y (x, y, 0) z, prostopadły do odkształconej powierzchni środkowej: ϑ x (x, y, 0) = w x, ϑ y (x, y, 0) = w y, γ xz = γ yz = 0 oraz niewydłużony: ε z (x, y, z) = 0. Płaszczyzna Oxz Płaszczyzna Oyz analogicznie

Hipotezy Kirchhoffa-Love a dla płyt Hipoteza statyczna Naprężenie σ z jest tak małe w porównaniu z pozostałymi składowymi tensora naprężeń, że dla wszystkich punktów płyty (powłoki) można przyjąć w związkach fizycznych: σ z (ξ 1, ξ 2, z) 0.

Komplet równań dla punktu P(x, y, z) z powierzchni równo oddalonej od środkowej Równania kinematyczne ε (z) x ε (z) z = u(z) x = x, ε(z) y = u(z) y y, γ(z) xy = u(z) x y w (z) z = 0, γ (z) xz = 0, γ (z) yz = 0 Równania równowagi σ x x τ xy x τ xz x + τyx y + σy y + τyz y + τzx z + ˆb x = 0, + τzy z + ˆb y = 0, + σz z + ˆb z = 0 Równania fizyczne ( σ x (z) = E 1 ν ε (z) 2 x + νε (z) y ), σ (z) y = E σ (z) z = 0, τ (z) xz = 0, τ (z) yz = 0 ( 1 ν ε (z) 2 y + u(z) y x, ) + νε (z) x, τ xy (z) = E 2(1+ν) γ(z) xy

Wielkości poszukiwane w modelu 2D płyty dla punktu P 0 (x, y, 0) z powierzchni środkowej Pole przemieszczeń uogólnionych: u m (x, y, 0) = {w} Pole odkształceń uogólnionych: e m (x, y, 0) = {κ x, κ y, χ xy }, e t (x, y, 0) = {0, 0} Pole naprężeń uogólnionych: momenty zginające s m (x, y, 0) = {m x, m y, m xy } siły poprzeczne s t (x, y, 0) = {t x, t y } z y m y t y m yx m xy t x m x x Dane jest pole obciążeń powierzchniowych: ˆp = {ˆp z }.

Komplet równań dla punktu P 0 (x, y, 0) z powierzchni środkowej Równania kinematyczne κ x = 2 w x 2, κ y = 2 w y 2, χ xy = 2 2 w x y Równania równowagi t x x + ty y + ˆp z = 0, m x x + mxy y t x = 0, m xy x + my y t y = 0 Równania fizyczne m x = D m (κ x + νκ y ), m y = D m (κ y + νκ x ), m xy = D m (1 ν) 2 χ xy gdzie: D m = Eh3 12(1 ν 2 ) sztywność płytowa

Komplet równań dla punktu P 0 (x, y, 0) z powierzchni środkowej zapis macierzowy Równania kinematyczne e m = [3 1] [3 1] Lm [1 1] um, gdzie: Lm = [3 1] Równania równowagi (L m ) [1 3] T s m [3 1] = ˆp [1 1] 2 / x 2 2 / y 2 2 2 / x y Równania fizyczne s m = [3 1] [3 3] Dm e m [3 1], gdzie: Dm = [3 3] Dm 1 ν 0 ν 1 0 1 ν 0 0 2

Relacje sformułowań 3D i 2D P P 0 h x y σx(z) σy(z) τyz(z) τxz(z) τyx(z) τxy(z) z my y ty mxy myx tx mx x z Powrót z powierzchni środkowej na równo oddaloną P P 0 ε (z) x = κ x z, ε (z) y = κ y z, γ (z) xy = κ xy z, σ x = 12mx h z, σ 3 y = 12my h z, τ 3 xy = 12mxy h z 3 Przejście na powierzchnię środkową P 0 m x = t x = +h/2 h/2 σ x z dz, m y = +h/2 h/2 τ xz dz, t y = +h/2 h/2 +h/2 h/2 P σ y z dz, m xy = τ yz dz +h/2 h/2 τ xy z dz,

Zastępcza siła poprzeczna i siła narożna Zastępcza siła poprzeczna t n = t n + mns s Siła narożna A = m ns + m + ns

Warunki brzegowe Warunki kinematyczne, statyczne lub mieszane dla podstawowych typów brzegów płyty x y z brzeg swobodny nieobciążony: t n = 0, m n = 0 s w n ϑn brzeg zamocowany (utwierdzony): brzeg przegubowo podparty (zawiasowo): w = 0, ϑ n = 0 w = 0, m n = 0 naroże K K podparte: w = 0 swobodne: A = 0

Momenty główne Główne momenty zginające: m I,II = 1 2 (m x + m y ) ± 1 2 (m x m y ) 2 + 4m 2 xy Kierunki główne: tg(2α) = 2mxy m x m y

Literatura M. Radwańska. Ustroje powierzchniowe. Podstawy teoretyczne oraz rozwiązania analityczne i numeryczne. Skrypt PK, Kraków, 2009. A. Borkowski, Cz. Cichoń, M. Radwańska, A. Sawczuk, Z. Waszczyszyn. Mechanika budowli. Ujęcie komputerowe. T.3, rozdz.9, Arkady, Warszwa, 1995. W. Starosolski. Konstrukcje żelbetowe. T. 1,2 i 3, wyd. XII, PWN, Warszawa, 2008.