1 Charakterystyka ustrojów powierzchniowych. Anna Stankiewicz

Podobne dokumenty
PŁYTY OPIS W UKŁADZIE KARTEZJAŃSKIM Charakterystyczne wielkości i równania

PŁYTY OPIS W UKŁADZIE KARTEZJAŃSKIM Charakterystyczne wielkości i równania

POWŁOKI GEOMETRIA POWIERZCHNI

TARCZE PROSTOKĄTNE Charakterystyczne wielkości i równania

PŁYTY OPIS W UKŁADZIE KARTEZJAŃSKIM Charakterystyczne wielkości i równania

Analiza płyt i powłok MES

MECHANIKA PRĘTÓW CIENKOŚCIENNYCH

Defi f nicja n aprę r żeń

WYBRANE ZAGADNIENIA MECHANIKI USTROJÓW POWIERZCHNIOWYCH

MODELOWANIE ZA POMOCĄ MES Analiza statyczna ustrojów powierzchniowych

ANALIA STATYCZNA UP ZA POMOCĄ MES Przykłady

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

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

Wprowadzenie do WK1 Stan naprężenia

8. WIADOMOŚCI WSTĘPNE

4. Elementy liniowej Teorii Sprężystości

PODSTAWY STATYKI BUDOWLI POJĘCIA PODSTAWOWE

Analiza statyczna MES dla dźwigarów powierzchniowych

Metoda elementów skończonych

1. PODSTAWY TEORETYCZNE

ROZWIĄZANIE PROBLEMU NIELINIOWEGO

2. Pręt skręcany o przekroju kołowym

Mechanika ogólna Wydział Budownictwa Politechniki Wrocławskiej Strona 1. MECHANIKA OGÓLNA - lista zadań 2016/17

Dr inż. Janusz Dębiński

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

Fizyka dla Informatyków Wykład 7 Mechanika Ośrodków Ciągłych

CIENKOŚCIENNE KONSTRUKCJE METALOWE

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

TARCZOWE I PŁYTOWE ELEMENTY SKOŃCZONE

Mechanika teoretyczna

Metody obliczeniowe - modelowanie i symulacje

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

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

mgr inż. Paweł Szeptyński Podstawy wytrzymałości materiałów i mechaniki układów prętowych 07 Teoria stanu naprężenia i odkształcenia

RUCH OBROTOWY- MECHANIKA BRYŁY SZTYWNEJ

METODY MATEMATYCZNE I STATYSTYCZNE W INŻYNIERII CHEMICZNEJ

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

RUCH OBROTOWY- MECHANIKA BRYŁY SZTYWNEJ

STATYCZNA PRÓBA SKRĘCANIA

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

PODSTAWY MECHANIKI OŚRODKÓW CIĄGŁYCH

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

TENSOMETRIA ZARYS TEORETYCZNY

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

Mechanika ogólna Kierunek: budownictwo, sem. II studia zaoczne, I stopnia inżynierskie

α k = σ max /σ nom (1)

Jan Awrejcewicz- Mechanika Techniczna i Teoretyczna. Statyka. Kinematyka

PYTANIA KONTROLNE STAN NAPRĘŻENIA, ODKSZTAŁCENIA PRAWO HOOKE A

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

5.1. Kratownice płaskie

MECHANIKA CIAŁA ODKSZTAŁCALNEGO. 1. Przedmiot i cel wytrzymałości materiałów STATYKA POLSKIE NORMY PODSTAWOWE POJĘCIA, DEFINICJE I ZAŁOŻENIA 1

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

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

WIADOMOŚCI WSTĘPNE, PRACA SIŁ NA PRZEMIESZCZENIACH

Elektrodynamika Część 1 Elektrostatyka Ryszard Tanaś Zakład Optyki Nieliniowej, UAM

Mechanika Analityczna

Integralność konstrukcji w eksploatacji

Elektrodynamika Część 1 Elektrostatyka Ryszard Tanaś Zakład Optyki Nieliniowej, UAM

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

Twierdzenia o wzajemności

MECHANIKA 2. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

STAN NAPRĘŻENIA. dr hab. inż. Tadeusz Chyży

TRAJEKTORIE WARTOŚCI WŁASNYCH PÓL SIŁ WEWNĘTRZNYCH W TARCZACH I PŁYTACH ANIZOTROPOWYCH

Spis treści. Wstęp Część I STATYKA

PLASTYCZNOŚĆ W UJĘCIU KOMPUTEROWYM

Łagodne wprowadzenie do Metody Elementów Skończonych

ROZWIĄZYWANIE ZADAŃ Z TEORII SPRĘŻYSTOŚCI

4.1. Modelowanie matematyczne

Analiza płyt i powłok MES Zagadnienie wyboczenia

ANALIZA STATYCZNA MES DLA USTROJÓW POWIERZNIOWYCH

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

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

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

Autor: mgr inż. Robert Cypryjański METODY KOMPUTEROWE

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

Elektrostatyka, cz. 1

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

P. Litewka Efektywny element skończony o dużej krzywiźnie

Metody obliczeniowe - modelowanie i symulacje

Wytrzymałość materiałów

TEORIA SPRĘŻYSTOŚCI I PLASTYCZNOŚCI (TSP)

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

Mechanika ogólna / Tadeusz Niezgodziński. - Wyd. 1, dodr. 5. Warszawa, Spis treści

Zginanie proste belek

Mechanika teoretyczna

1.1 Przegląd wybranych równań i modeli fizycznych. , u x1 x 2

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

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

MES w zagadnieniach ośrodka ciągłego 2D i 3D

Wytrzymałość materiałów

2.9. Kinematyka typowych struktur manipulatorów

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu INŻYNIERIA MATERIAŁOWA Studia pierwszego stopnia

Geometria powłoki, wg publikacji dr inż. Wiesław Baran

Wyboczenie ściskanego pręta

Mechanika Analityczna

Analiza wyboczenia MES

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

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

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

Hale o konstrukcji słupowo-ryglowej

Transkrypt:

1 Charakterystyka ustrojów powierzchniowych Anna Stankiewicz e-mail: astankiewicz@l5.pk.edu.pl

Tematyka zajęć Przykłady konstrukcji inżynierskich Klasyfikacja ustrojów powierzchniowych Podstawowe pojęcia Równania teorii sprężystości dla zagadnień trójwymiarowych

Przykłady konstrukcji inżynierskich http://www.wsb-nlu.edu.pl/ wegrzyn/coolingt.html

Przykłady konstrukcji inżynierskich

Podział konstrukcji Wyróżniamy ustroje: a) prętowe b) powierzchniowe c) bryłowe Ustrój powierzchniowy (UP) - trójwymiarowe ciało odkształcalne, którego grubość h jest mała w porównaniu z pozostałymi wymiarami.

Charakterystyka ustroju powierzchniowego Opis UP uwzględnia: opis geometrii powierzchni środkowej i powierzchni równo oddalonej od niej opis więzów kinematycznych nakładanych na sposób deformacji definicje uogólnionych odkształceń w punkcie na powierzchni środkowej definicje uogólnionych sił przekrojowych na powierzchni środkowej charakterystykę podstawowych stanów naprężeń

Kryteria podziału ustrojów powierzchniowych Ustroje powierzchniowe klasyfikujemy z uwagi na różne aspekty: geometrię (powierzchni środkowej) smukłość h/l stan naprężeń kinematykę

Podział ustrojów powierzchniowych W zależności od typów powierzchni środkowej wyróżniamy: ustroje modelowane za pomocą płaszczyzny środkowej tarcze płyty ustroje modelowane za pomocą pojedynczo lub podwójnie zakrzywionej powierzchni środkowej powłoki

Definicja tarczy Tarczą - nazywamy płaski dźwigar powierzchniowy, modelowany za pomocą płaszczyzny środkowej, z obciążeniem leżącym jedynie w tej płaszczyźnie, o stałym wzdłuż grubości rozkładzie naprężeń.

Definicja płyty Płytą zginaną - nazywamy płaski dźwigar powierzchniowy, modelowany za pomocą płaszczyzny środkowej, z obciążeniem prostopadłym do tej płaszczyzny, o liniowo zmiennym wzdłuż grubości rozkładzie naprężeń.

Definicja powłoki Powłoką nazywamy dźwigar powierzchniowy zakrzywiony.

Rodzaje zakrzywionych powierzchni Powłoki pojedynczo zakrzywione walcowa [8] stożkowa Powłoki podwójnie zakrzywione kulista (elipsoidalna) [9] hiperboloidalna [3]

Rodzaje zakrzywionych powierzchni ciąg dalszy Powłoki mogą być: a) silnie zakrzywione b) słabo zakrzywione (szczególny przypadek to powłoki mało wyniosłe opisane w kartezjańskim układzie współrzędnych) c) osiowo symetryczne (powstałe na skutek obrotu określonej prostej lub krzywej wokół osi obrotu) a) [9] b) [9] c) [8]

Rodzaje powierzchni ciąg dalszy Powierzchnie mogą być: wyniosłe mało wyniosłe płaskie

Układy współrzędnych Powłoki modelowane są za pomocą powierzchni środkowej, która jest dwuwymiarowym obiektem geometrycznym, opisywanym dwoma współrzędnymi krzywoliniowymi ξ 1 i ξ 2 W zależności od kształtu powłoki, stosowane są następujące układy współrzędnych: A) sferycznych ξ 1 = ϕ, ξ 2 = Θ B) walcowych ξ 1 = x, ξ 2 = Θ C) kartezjańskich ξ 1 = x, ξ 2 = y

Opis powierzchni Na powierzchni środkowej, względem tzw. głównych linii współrzędnych ξ 1, ξ 2, wprowadzamy dwa ekstremalne promienie głównych krzywizn R 1, R 2 Odwrotności promieni to krzywizny, oznaczane k 1, k 2 k αα = 1 R αα, dla α=1,2 Średnią krzywiznę H oraz krzywiznę Gaussa K definiujemy jako: H = 1 2 (k 1 + k 2 ) K = k 1 k 2 Długość łuku ds α obliczana jest za pomocą parametrów Lamego A α : ds α = A α dξ α, dla α=1,2

Wartości krzywizny Gaussa Wyróżniamy powłoki: a) o dodatniej krzywiźnie Gaussa (K > 0 dla powłoki kulistej), b) o zerowej (K = 0 dla powłoki walcowej), c) o ujemnej (K < 0 dla powłoki hiperboloidalnej). A) [9] B) [8] C) [10]

Klasyfikacja ustrojów powierzchniowych Podział UP ze względu na grubość: cienkie - obowiązuje teoria Kirchhoffa-Love a umiarkowanie grube - obowiązuje teoria Mindlina-Reissnera grube - analiza 3D Dla dźwigarów cienkich, model matematyczny (układ równań opisujący zachowanie się ustroju pod działaniem zewnętrznych czynników) można znacznie uprościć. UP cienki to taki, dla którego h/l min <<< 1. W szczególności: dla płyt: h/l min < 1 10 dla powłok: h/r min < 1 20 1 30

Klasyfikacja ustrojów powierzchniowych Podział UP ze względu na rozkład naprężeń: jednorodny wzdłuż grubości tarcza powłoka w stanie bezmomentowym (błonowym) liniowo zmienny wzdłuż grubości płyta zginana powłoka w stanie membranowo-giętnym

Powierzchnia środkowa, przekrój normalny W punkcie na powierzchni definiujemy przekrój poprzeczny, którym są dwa wzajemnie prostopadłe przekroje normalne Π 1, Π 2. Na przecięciu obu płaszczyzn Π 1, Π 2 leży odcinek (włókno), którego zachowanie się w trakcie deformacji podlega ścisłemu opisowi (tzn. więzom kinematycznym Kirchhoffa-Love a lub Mindlina-Reissnera).

Powierzchnia środkowa, powierzchnia równo oddalona od środkowej Położenie punktu na powierzchni środkowej Π opisuje wektor: r = r(x, Y, Z) = r(ξ 1, ξ 2 ) Powierzchnię równo oddaloną Π (z) opisuje równanie: r (z) = r + zn, gdzie h 2 z h 2

Równania teorii sprężystości dla zagadnień trójwymiarowych Przyjmujemy jako znane na wstępie analizy zewnętrzne oddziaływania (obciążenia i kinematyczne wymuszenia): wektor obciążeń masowych ˆb (3 1) = {ˆb x, ˆb y, ˆb z } [N/m 3 ] w Ω wektor obciążeń brzegowych ˆσ b(3 1) = {ˆσ ν1, ˆσ ν2, ˆσ ν3 } [N/m 2 ] na Ω σ wektor przemieszczeń brzegowych û b(3 1) = {û ν1, û ν2, û ν3 } [m] na Ω u

Wielkości poszukiwane dla zagadnień trójwymiarowych Poszukiwane w obszarze Ω skutki : wektor naprężeń σ (6 1) (x, y, z) = {σ xx, σ yy, σ zz, τ xy, τ xz, τ yz } [N/m 2 ] wektor odkształceń ε (6 1) (x, y, z) = {ε xx, ε yy, ε zz, γ xy, γ xz, γ yz } [ ], wektor przemieszczeń u (3 1) (x, y, z) = {u x, u y, u z } = {u, v, w} [m] zakładamy równość naprężeń stycznych τ xy = τ yx, τ xz = τ zx, τ yz = τ zy

Kryterium znakowania naprężeń dla ośrodka 3D

Równania teorii sprężystości dla zagadnień trójwymiarowych Sformułowanie i rozwiązanie zagadnienia brzegowego teorii sprężystości sprowadza się do zapisania układu 15 równań różniczkowo-algebraicznych i jego rozwiązania. Układ równań zawiera: równań kinematycznych - 6 równania równowagi wewnętrznej - 3 równań fizycznych - 6 Uzupełnieniem układu równań muszą być zależności opisujące więzy podporowe i obciążenia brzegowe, zwane równaniami warunków brzegowych kinematycznych oraz statycznych.

Równania kinematyczne i równowagi I) równania kinematyczne (6): ε x = u x x, ε y = u y y, ε z = u z z, γ xy = u x y + u y x, II) równania równowagi (3): γ xz = u x z + u z x, γ yz = u y z + u z y, σ x x + τ yx y + τ zx z + ˆb x = 0, τ xy x + σ y y + τ zy z + ˆb y = 0, τ xz x + τ yz y + σ z z + ˆb z = 0,

Równania fizyczne III) równania fizyczne (6): ε x = 1 E [σ x ν(σ y + σ z )], ε y = 1 E [σ y ν(σ x + σ z )], γ xy = 1 G τ xy = ε z = 1 E [σ z ν(σ x + σ y )], 2(1 + ν) τ xy, γ xz = 1 E G τ xz = γ yz = 1 G τ yz = 2(1 + ν) τ yz. E 2(1 + ν) τ xz, E

Literatura [1] A. Borkowski, Cz. Cichoń, M. Radwańska, A. Sawczuk, Z. Waszczyszyn. Mechanika budowli. Ujęcie komputerowe. T.3, rozdz.9, Arkady, Warszawa, 1995. [2] J. Kobiak, W. Starosolski. Konstrukcje żelbetowe. T. 4, Arkady, Warszawa, 1991. [3] W. Kolendowicz. Mechanika budowli dla architektów. Arkady, Warszawa, 1993. [4] ROBOT Millenium Podręcznik użytkownika. RoboBAT, Kraków. [5] Podręcznik użytkownika systemu ANSYS w wersji elektronicznej.

Literatura prace L-5 [6] M. Radwańska, E. Pabisek. Zastosowanie systemu metody elementów skończonych ANKA do analizy statyki i wyboczenia ustrojów powierzchniowych. Pomoc dydaktyczna PK, Kraków, 1996. [7] Z.Waszczyszyn, E.Pabisek, J.Pamin, M.Radwańska. Nonlinear analysis of a RC cooling tower with geometrical imperfections and a technological cut-out. Engineering Structures, 2, 480-489, 2000. [8] M. Abramowicz. Analiza statyki powłok i paneli walcowych przy użyciu systemu ANSYS. Praca dyplomowa magisterska, opiekun: M. Radwańska, Politechnika Krakowska, Kraków, 2005. [9] M. Florek. Wybrane zagadnienia statyki powłok kulistych rozwiązania analityczne oraz numeryczne metodą elementów skończonych. Praca dyplomowa magisterska, opiekun: M. Radwańska, Politechnika Krakowska, Kraków, 2005. [10] K. Kwinta. Analiza powłok cienkich o różnych kształtach według teorii stanu bezmomentowego. Praca dyplomowa magisterska, opiekun: M. Radwańska, Politechnika Krakowska, Kraków, 2006. [11] M. Radwańska. Ustroje powierzchniowe. Podstawy teoretyczne oraz rozwiązania analityczne i numeryczne. Skrypt PK, Kraków, 2009.