A

background image

PYTANIA KONTROLNE STAN NAPRĘŻENIA, ODKSZTAŁCENIA PRAWO HOOKE’A

background image

background image

TENSOMETRIA – ZARYS TEORETYCZNY

Stan naprężenia jest niemożliwy do pomiaru, natomiast łatwo zmierzyć stan odkształcenia na

powierzchni zewnętrznej badanej konstrukcji.

Aby wyznaczyć stan naprężenia trzeba skorzystać z równań fizycznych (prawo Hooke’a).

Na powierzchni zewnętrznej panuje płaski stan naprężenia (wynika to z warunków brzegowych).

W praktyce pomiarowej wyznaczamy stan odkształceń na podstawie kilku (przynajmniej trzech)

zmierzonych odkształceń liniowych na wybranych kierunkach.

Do wyznaczenia dwu odkształceń głównych i kąta potrzeba trzech pomiarów

,

,

I

II

III

ε ε

ε

odkształceń liniowych w różnych i ustalonych kierunkach. Kierunki te są zazwyczaj z góry ustalone

w tzw. rozecie tensometrycznej, dla których to kątów wyprowadzone są wzory na odkształcenia

główne i ich kierunki względem kierunków pomiarowych.

background image

ROZETA

Wzór transformacyjny:

2

2

1

cos

sin

sin

cos

x

x

y

xy

ε

ε

α ε

α γ

α

α

=

+

+


Jeśli znamy

1

,

,

x

x

y

ε

ε ε

oraz

α

, to możemy wyznaczyć odkształcenie kątowe:

2

2

1

cos

sin

2

2 cos sin

xy

x

x

y

xy

γ

ε

ε

α ε

α

ε

α

α

=

=


oraz kierunki główne

2

xy

x

y

tg

γ

θ

ε

ε

=

2

1,2

2

2

2

x

y

x

y

xy

ε

ε

ε

ε

γ

ε

+

+

⎞ ⎛

=

±

+

⎟ ⎜

⎠ ⎝

background image

Przykład

W punkcie ciała, w którym panuje płaski stan naprężenia (płaski w płaszczyźnie xyη ) zmierzono
odkształcenia w trzech kierunkach. Znaleźć pełny tensor odkształceń w układzie xyz i naprężenia
główne.

Dane:

4

10 10

x

ε

= ⋅

,

4

5 10

y

ε

= ⋅

,

4

2 10

η

ε

= ⋅

,

5

2 10

E

MPa

= ⋅

,

0.3

ν

=

Macierz przejścia z układu xyz do

z

ξη

obrót o kąt

0

45

α

=

.

cos

sin

0

sin

cos

0

0

0

1

Q

α

α

α

α

= −

background image

Prawo transformacji dla odkształceń:

'

ij

ik

jl

kl

Q

Q

ε

ε

=

:

'

22

21

21 11

21

22 12

21

23 13

22

21 21

22

22 22

22

23 23

23

21 31

23

22 32

23

23 33

Q Q

Q Q

Q Q

Q Q

Q Q

Q Q

Q Q

Q Q

Q Q

η

ε

ε

ε

ε

ε

ε

ε

ε

ε

ε

ε

=

=

+

+

+

+

+

+

+

+

(

)

(

)

0.5

0.5

0

0.5

0.5

0 0 0 0

x

xy

xy

y

ε

ε

ε

ε

=

+ −

+ + −

+

+ + + +

(

)

(

)

4

4

0.5

10

0.5 10 5

2

5.5 10

xy

x

y

η

ε

ε

ε

ε

=

+

=

+ −

=


Płaski stan naprężenia w płaszczyźnie x,y czyli

0

z

σ

=

(

)

2

0

z

z

x

y

z

G

σ

ε

λ ε

ε

ε

=

+

+

+

=

(

)

(

)

(

)

(

)

4

4

15 10

0.3 / 0.7

6.43 10

2

1

x

y

x

y

z

G

ε

ε λ

ε

ε ν

ε

λ

ν

ν

+

+

=

=

= − ⋅

= −

+

background image

Tensor odkształcenia w układzie xyz:

4

10

5.5

0

5.5 5.0

0

10

0

0

6.43

ε

=

T

Stałe materiałowe:

5

2

1.538 10 MPa

1

E

G

ν

=

=

+

(

) (

)

5

1.154 10 MPa

1

1 2

E

ν

λ

ν

ν

=

=

+ ⋅ −


Równania fizyczne:

(

)

11

11

11

22

33

2G

σ

ε

λ ε

ε

ε

=

+

+

+

(

)

22

22

11

22

33

2G

σ

ε

λ ε

ε

ε

=

+

+

+

(

)

33

33

11

22

33

2G

σ

ε

λ ε

ε

ε

=

+

+

+

12

12

2G

σ

ε

=

13

13

2G

σ

ε

=

23

23

2G

σ

ε

=

background image

Naprężenie styczne:

2

84.6 MPa

xy

xy

G

τ

ε

=

=

Naprężenie normalne:

5

4

1.538 10 10 10

98.9 =252.7 MPa

x

σ

=

⋅ ⋅

+

5

4

1.538 10 5 10

98.9 =175.8 MPa

y

σ

=

⋅ ⋅

+

(

)

5

4

1.538 10

6.43 10

98.9 =0

z

σ

=

⋅ −

+

spr

o.k.


Tensor naprężeń w układzie xyz:

252.7

84.6

0

84.6

175.8 0

MPa

0

0

0

σ

=

T


Naprężenia główne:

(

) (

)

2

2

1,2

0.5

4

x

y

x

y

xy

σ

σ

σ

σ

σ

τ

=

+

±

+

1

307.2 MPa

σ

=

2

121.3 MPa

σ

=

background image

Przykład

Znaleźć wektor naprężeń przy przecięciu płaszczyzną o wektorze normalnym

(

)

1 2

2

=

a

Znaleźć składową normalną i styczną tego wektora naprężeń. Dany stan naprężeń :

1

4

2

4

3

7

2

7

1

σ

=

T

V

σ

=

p

T v

gdzie:

1

3

2

3

2

3

=

=

a

v

a

2

2

2

1

2

2

3

=

+

+

=

a

background image

( )

( )

1

2

2

1

4

2

13

3

3

3

3

1

2

2

4

4

3

7

3

3

3

3

10

1

2

2

3

2

7

1

3

3

3

V

⋅ + ⋅ + ⋅

⎟ ⎛

⎟ ⎜

⎟ ⎜

=

⋅ + ⋅ + ⋅ −

=

⎟ ⎜

⎟ ⎜

⎟ ⎝

⋅ + ⋅ − + ⋅

p

wektor naprężeń

(

)

1

5

13 8 20

3

9

V

=

− −

=

p

v

iloczyn skalarny (liczba)

(

)

5

9

10

9

10

9

V

V

=

=

σ

p

v v

i

składowa normalna wektora naprężeń

background image

13

5

44

3

9

9

10

4

2

3

9

9

10

10

20

3

9

9

s

V

V

⎞ ⎛

+

⎟ ⎜

⎟ ⎜

=

=

+

=

⎟ ⎜

⎟ ⎜

+

⎠ ⎝

τ

p

σ

składowa styczna wektora naprężeń



Sprawdzenie:

(

)

1

220 20 200

0

81

n

s

=

+

+

=

σ

τ

o.k.












background image

Przykład

Dla podanego tensora naprężeń znaleźć wartosci własne (naprężenia główne) i odpowiadające im
wektory własne (kierunki główne)

1

2

0

2

1

0

0

0

2

σ

= ⎢

T

3

2

σ

= −

1

2

2

1

xy

σ

= ⎢

T

2

2

11

22

11

22

1,2

12

2

2

σ

σ

σ

σ

σ

σ

+

=

±

+



1

3

σ

=

2

1

σ

= −




background image

Wektory własne:

1

3

σ

=

(

)

(1)

1

(1)

(1)

1

2

(1)

3

1 3

2

0

2

1 3

0

0

0

0

2 3

v

v

v

σ

σ

=

=

− −

⎦ ⎝

T

I v

(1)

(1)

(1)

(1)

1

2

1

2

2

2

0

v

v

v

v

+

=

=

(1)

(1)

(1)

(1)

1

2

1

2

2

2

0

v

v

v

v

+

=

=

(1)

(1)

3

3

5

0

0

v

v

=

=



Przyjąć wartość jednej współrzędnej obliczyć pozostałe i z otrzymanego wektora utworzyć wersor

(

)

(1)

1 1 0

=

v

(1)

1

1

0

2

2

= ⎜

e

background image

2

1

σ

= −

(

)

( )

( )

( )

(2)

1

(2)

(2)

2

2

(2)

3

1

1

2

0

2

1

1

0

0

0

0

2

1

v

v

v

σ

σ

− −

=

− −

=

− − −

⎦ ⎝

T

I v

(1)

(1)

(2)

(2)

1

2

1

2

2

2

0

v

v

v

v

+

=

= −

(1)

(1)

(2)

(2)

1

2

1

2

2

2

0

v

v

v

v

+

=

= −

(2)

(2)

3

3

0

0

v

v

=

=

(

)

(2)

1 1 0

= −

v

(2)

1

1

0

2

2

= ⎜

e

trójka prawoskrętna:

(

)

(3)

(1)

(2)

1

1

1

1

0

0

0

0 1

2

2

2

2

⎞ ⎛

=

×

=

×

=

⎟ ⎜

⎠ ⎝

e

e

e

background image

Przykład

Dane jest pole naprężeń :

11

1 2

4x x

σ

= −

12

8

σ

=

22

1

x

σ

=

Określić obciążenie brzegowe wywołujące ten stan naprężeń:

background image

Brzeg AB:

,1

,2

0

1

AB

AB

AB

α

α

⎞ ⎛ ⎞

=

=

⎟ ⎜ ⎟

⎝ ⎠

n

[ ]

1

0, 4

x

2

0

x

=

( )

,1

11

,1

12

,2

1 2

4

0 8

1

8

AB

AB

AB

q

x x

σ α

σ α

=

+

= −

⋅ + − = −

( )

,2

21

,1

22

,2

1

1

8 0

1

AB

AB

AB

q

x

x

σ α

σ α

=

+

= ⋅ +

− = −

( )

,1

8.0

AB

q

A

= −

( )

,1

8.0

AB

q

B

= −

( )

,2

0

AB

q

A

=

( )

,2

4.0

AB

q

B

= −

background image

Brzeg AC:

,1

,2

1

0

AC

AC

AC

α

α

⎛ ⎞

=

=

⎟ ⎜ ⎟

⎝ ⎠

n

1

0

x

=

,

[ ]

2

0,3

x

( ) ( )

,1

11

,1

12

,2

1 2

4

1

8 0

0

AC

AC

AC

q

x x

σ α

σ α

=

+

= −

⋅ − +

=

( )

( )

,2

21

,1

22

,2

1

8

1

0

8

AC

AC

AC

q

x

σ α

σ α

=

+

= ⋅ − +

= −

( )

,1

0

AC

q

A

=

( )

,1

0

AC

q

C

=

( )

,2

8

AC

q

A

= −

( )

,2

8

AC

q

C

= −

background image

Brzeg BC:

,1

,2

0.6

0.8

BC

BC

BC

α

α

⎞ ⎛

=

=

⎟ ⎜

n

[ ]

1

0, 4

x

2

1

3

3

4

x

x

= −

+

2

11

1 2

1

1

1

1

3

4

4

3

3

12

4

x x

x

x

x

x

σ

= −

= −

+

=

(

)

2

2

,1

11

,1

12

,2

1

1

1

1

3

12

0.6 8 0.8 1.8

7.2

6.4

BC

BC

BC

q

x

x

x

x

σ α

σ α

=

+

=

+ ⋅

=

+

,2

21

,1

22

,2

1

1

0.6 8 0.8

0.8

4.8

BC

BC

BC

q

x

x

σ α

σ α

=

+

=

⋅ +

⋅ =

⋅ +

( )

,1

6.4

BC

q

C

=

( )

,1

6.4

BC

q

B

=

( )

,2

4.8

BC

q

C

=

( )

,2

8.0

BC

q

B

=

background image

Równowaga globalna:
1)

,1

0

v

K

q

=

2)

,2

0

v

K

q

=

3) Wybieramy punkt np. A

0

A

K

× =

r

q

gdzie:

(

)

,

A

x y

=

r

(

)

,1

,2

,

v

v

q

q

=

q

……

background image

( )

( )

( )

(

)

4

3

4

2

,1

1

1

,1

1

1

,1

1

1

1

2

1

1

1

0

0

0

8

0

1.8

7.2

6.4

?

0

B

C

C

AB

BC

AC

A

B

A

q

x

dx

q

x

dx

q

x

dx

dx

dx

x

x

dx

+

+

= −

+

+

+

=

( )

( )

( )

(

)

4

3

4

,2

1

1

,2

1

1

,2

1

1

1

1

2

1

1

0

0

0

8

0.8

4.8

?

0

B

C

C

AB

BC

AC

A

B

A

q

x

dx

q

x

dx

q

x

dx

x dx

dx

x

dx

+

+

= −

+ −

+

⋅ +

=



……..











background image

TEST

1. Poniższy rysunek jest graficznym obrazem płaskiego stanu naprężeń. Uzupełnij macierz

T

σ

oraz rysunek.

Uzupełnienie macierzy

0

0

0

0

1

3

0

3

2

T

σ

= ⎢

Uzupełnienie rysunku

background image

2. Dana jest macierz

2

0

0

0

2

4

T

σ

= ⎢

.


Uzupełnij macierz i sporządź graficzny obraz na odpowiednio dobranej płaszczyźnie.

Uzupełnienie macierzy

2

0

2

0

0

0

2

0

4

T

σ

= ⎢

background image

3. Wyznacz wartości własne i określ kierunki główne:

0

0

4

0

4

0

4

0

0

T

σ

= ⎢

2

4

σ

=

0

4

4

0

xz

σ

= ⎢

T

2

2

11

33

11

33

1,3

13

2

2

σ

σ

σ

σ

σ

σ

+

=

±

+

1

4

σ

=

3

4

σ

= −

(3)

2

2

0

2

2

= ⎜

e

2

3

σ

σ

=

płaszczyzna prostopadła do wersora

(3)

e



background image


4. Wyznacz wartości własne i określ kierunki główne:

0

0

0

0

0

3

0

3

0

T

σ

= ⎢

0

3

3 0

yz

σ

= ⎢

T

2

2

22

33

22

33

2,3

23

2

2

σ

σ

σ

σ

σ

σ

+

=

±

+

1

2

3

σ

σ

σ

1

0

σ

=

(

)

(1)

1 0

0

=

e

2

3

σ

=

(2)

2

2

0

2

2

= ⎜

e

3

3

σ

= −

(3)

2

2

0

2

2

= ⎜

e

background image

5. Wyznacz wartości maxymalnych naprężeń stycznych i podaj kierunki występowania:

2

0

0

0

4

0

0

0

6

T

σ

= ⎢

6. Dana jest macierz:

4

2

1

10

1

2

T

ε

=

. Oblicz odkształcenie liniowe włókna OP.


background image

Zadanie

Dany jest stan odkształceń w punkcie podany macierzą

4

2

3

10

3

4

ε

=

T

Podaj odkształcenie liniowe na kierunku ξ podanym na rysunku:


Transformacja ξ kierunek nowego układu który powstaje ze starego po obrocie osi x o kąt α=135
stopni.

Macierz transformacji

cos

sin

sin

cos

α

α

α

α

= ⎢

Q

′ =

T

ε

Q ε Q

cos

sin

cos

sin

sin

cos

sin

cos

xx

xy

xy

yy

ξξ

ξη

ξη

ηη

ε

ε

ε

ε

α

α

α

α

ε

ε

ε

ε

α

α

α

α

⎤ ⎡

=

⎥ ⎢

background image

2

2

2

2

2

3

2

2

2

2

3

4

2

2

2

2

2

2

2

2

ξξ

ξη

ξη

ηη

ε

ε

ε

ε

=

mnożenie macierzy od końca















background image

Zadanie


Równania równowagi na płaszczyźnie:

0

xy

x

x

P

x

y

σ

σ

+

+

=

(

11

12

1

1

2

0

P

x

x

σ

σ

+

+ =

)

0

xy

y

y

P

x

y

σ

σ

+

+

=

(

12

22

2

1

2

0

P

x

x

σ

σ

+

+

=

)


0 0 0

?0

+ + =

( )

4

4

0

?0

+ − + =






background image

Zadanie

2

0 0 7

?0

x

+ +

=

nie mogą













background image

Zadanie

0

xy

x

x

P

x

y

τ

σ

+

+

=

2 2

2 2

0

x

x

y

P

+

+

=

( )

( )

2 2

2

2 2

2

0

0

+

+ =

o.k.

0

xy

y

y

P

x

y

τ

σ

+

+

=

10 2

10

0

y

x

P

+

+

=

( )

10 2

2

10 10

0

+

+

=

o.k.

background image

( )

2

2

,

2

2

v

A

α

= ⎜


Statyczne warunki brzegowe:

vi

vj

ij

q

α σ

=


Na płaszczyźnie:

vx

vx

x

vy

xy

q

α σ

α τ

=

+

?

( )

( )

( )

2

2

2

2

2

5

2

2

5 2

5 2

2

2

2

2

2

=

+

+

+

vy

vx xy

vy

y

q

α τ

α σ

=

+

?

( )

( )

( )

(

)

2

2

2

2

1

5 2

2

2

2

10 2

2

2

2

− =

+

+

− −

background image

Zadanie


Liczymy funkcje odkształceń:

W punkcie A podstawiamy współrzędne punktu do powyższych funkcji (nie wolno podstawiać
przed różniczkowaniem)

(

)

(

)

1

1

2

3

1

1

2

3

1

,

,

,

,

u x

x

x

x

x

x

x

ε

=

(

)

(

)

2

1

2

3

2

1

2

3

2

,

,

,

,

u

x

x

x

x

x

x

x

ε

=

(

)

(

)

3

1

2

3

3

1

2

3

3

,

,

,

,

u

x

x

x

x

x

x

x

ε

=

background image

(

)

(

)

(

)

1

1

2

3

2

1

2

3

12

1

2

3

1

2

,

,

,

,

1

,

,

2

u x

x

x

u

x

x

x

x

x

x

x

x

ε

=

+

(

)

(

)

(

)

1

1

2

3

2

1

2

3

12

1

2

3

1

2

,

,

,

,

1

,

,

2

u x

x

x

u

x

x

x

x

x

x

x

x

ε

=

+

(

)

(

)

(

)

1

1

2

3

2

1

2

3

12

1

2

3

1

2

,

,

,

,

1

,

,

2

u x

x

x

u

x

x

x

x

x

x

x

x

ε

=

+


Liczymy naprężenia:

Równania fizyczne:

(

)

11

11

11

22

33

2

G

σ

ε

λ ε

ε

ε

=

+

+

+

(

)

22

22

11

22

33

2

G

σ

ε

λ ε

ε

ε

=

+

+

+

(

)

33

33

11

22

33

2

G

σ

ε

λ ε

ε

ε

=

+

+

+

12

12

2

G

σ

ε

=

13

13

2

G

σ

ε

=

23

23

2

G

σ

ε

=

background image


Stałe materiałowe dla ciała izotropowego są

dwie niezależne

np.

,

E

ν

lub :

,

G

λ

wyrażone przez te poprzednie

2

1

E

G

ν

=

+

(

) (

)

1

1 2

E

ν

λ

ν

ν

=

+ ⋅ −

11

12

1

1

2

0

P

x

x

σ

σ

+

+ =

12

22

2

1

2

0

P

x

x

σ

σ

+

+

=


Fizyczne związki odwrotne:

(

)

11

11

11

22

33

1

E

ν

ε

σ

ν σ

σ

σ

+

=

+

+

(

)

22

22

11

22

33

1

E

ν

ε

σ

ν σ

σ

σ

+

=

+

+

(

)

33

33

11

22

33

1

E

ν

ε

σ

ν σ

σ

σ

+

=

+

+

12

12

1

E

ν

ε

σ

+

=

13

13

1

E

ν

ε

σ

+

=

23

23

1

E

ν

ε

σ

+

=

background image

Równania równowagi :

0

ij

i

j

P

x

σ

+ =

W przestrzeni:

13

11

12

1

1

2

3

0

P

x

x

x

σ

σ

σ

+

+

+ =

23

12

22

2

1

2

3

0

P

x

x

x

σ

σ

σ

+

+

+

=

13

23

33

3

1

2

3

0

P

x

x

x

σ

σ

σ

+

+

+

=


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
6 wykˆad WiĄzania chemiczne[F]
Wyk%c5%82ad Niepewno%c5%9b%c4%87 pomiaru
koncepcja poznawcza czyli człowiek samodzielny (4 str), ☆♥☆Coś co mnie kręci psychologia
BLOOG, ● Wiersze moje ♥♥♥ for Free, ☆☆☆Filozofia, refleksja, etc
psychologia-pojęcia (4 str), ☆♥☆Coś co mnie kręci psychologia
wklej obr.jest mały z jewej str.+ tekst, ⊱✿ WALENTYNKI ⊱✿
Pokaż mi swój obraz, ● Wiersze moje ♥♥♥ for Free, ☆☆☆Filozofia, refleksja, etc
SAŁATKA, ® ★MÓJ ŚWIAT★ ® - ๑๑๑๑๑๑๑๑๑๑๑๑๑๑๑๑๑๑๑๑, ® ★ DIETETYKA ★ ® ▬▬▬▬
5. Prensa, Hiszpański, Kultura, España en directo
Pochód nocnych myśli, ● Wiersze moje ♥♥♥ for Free, ☆☆☆Filozofia, refleksja, etc
relaksacja progresywna wg. Jackobsona dla dzieci (2 str), ☆♥☆Coś co mnie kręci psychologia
017 - Kod ramki, ⊱✿ WALENTYNKI ⊱✿
Forszmak, ® ★MÓJ ŚWIAT★ ® - ๑๑๑๑๑๑๑๑๑๑๑๑๑๑๑๑๑๑๑๑, ® ★ DIETETYKA ★ ® ▬▬▬
Nizoral, Nauka, Medycyna, ♥♥ Ulotki Leków
UNICEF, Audrey Hepburn ♥, biografia
Choragon 5000, Nauka, Medycyna, ♥♥ Ulotki Leków
Kalarepka, ® ★MÓJ ŚWIAT★ ® - ๑๑๑๑๑๑๑๑๑๑๑๑๑๑๑๑๑๑๑๑, ® ★ DIETETYKA ★ ® ▬▬

więcej podobnych podstron