background image

Project “The development of the didactic potential of Cracow University of Technology in the range of modern construction” is co-financed by the European Union 

within the confines of the European Social Fund and realized under surveillance of Ministry of Science and Higher Education 

1/12

M.Chrzanowski: Strength of Materials

SM1-09: Continuum Mechanics: State of 

deformation

CONTINUUM MECHANICS

(STATE OF DEFORMATION)

background image

Project “The development of the didactic potential of Cracow University of Technology in the range of modern construction” is co-financed by the European Union 

within the confines of the European Social Fund and realized under surveillance of Ministry of Science and Higher Education 

2/12

M.Chrzanowski: Strength of Materials

SM1-09: Continuum Mechanics: State of 

deformation

Under action of external loadings the body (structure) changes its 

shape. The original positions of material points are shifted to a 

new position – this isthe state of deformation.

This change in material point position influences interaction 

between body material points resulting in raising internal forces. 

If

 

the whole structure is in equilibrium then any part of it is in 

equilibrium, too. This gives rise to the introduction of Navier 

equation as shown  in preceding chapters

This equation cannot be solved without further consideration of 

the state of the body being deformed.

Deformation versus internal 

forces

background image

Project “The development of the didactic potential of Cracow University of Technology in the range of modern construction” is co-financed by the European Union 

within the confines of the European Social Fund and realized under surveillance of Ministry of Science and Higher Education 

3/12

M.Chrzanowski: Strength of Materials

SM1-09: Continuum Mechanics: State of 

deformation

A

A’

'

r

u

r

'

'B

A

AB 

Displacement 
vector

A

A’

'

r

u

r

B

B’

r

r

u

 '

0

'

'

,

B

A

AB

 

i

u

u

A

u

B

u

3

2

1

,

,

x

x

x

u

u

i

i

background image

Project “The development of the didactic potential of Cracow University of Technology in the range of modern construction” is co-financed by the European Union 

within the confines of the European Social Fund and realized under surveillance of Ministry of Science and Higher Education 

4/12

M.Chrzanowski: Strength of Materials

SM1-09: Continuum Mechanics: State of 

deformation

'

'B

A

AB 

j

i

ij

x

x

e

AB

B

A

~

2

...

'

'

2

2

 

i

x

A

i

i

x

x

B



j

k

i

k

i

j

j

i

ij

x

u

x

u

x

u

x

u

e

~

2

denotes derivative 
in an intermediate 
point

           

A’

A

B

2

B

3

23

12

31

B

1

1

x

3

x

2

x

B’

1

B’

2

B’

3

x

1

x

3

x

2

 

j

i

i

x

u

x

A

'

j

j

i

i

i

x

x

u

x

x

B

'

background image

Project “The development of the didactic potential of Cracow University of Technology in the range of modern construction” is co-financed by the European Union 

within the confines of the European Social Fund and realized under surveillance of Ministry of Science and Higher Education 

5/12

M.Chrzanowski: Strength of Materials

SM1-09: Continuum Mechanics: State of 

deformation

j

i

ij

x

x

e

AB

B

A

~

2

...

'

'

2

2

ik

k

i

k

x

x

B



j

k

i

k

i

j

j

i

ij

x

u

x

u

x

u

x

u

e

~

2

'

A

k

B'

3

,

2

,

1

i

3

2

1

1

1

,

,

x

x

x

x

B

3

2

2

1

2

,

,

x

x

x

x

B

3

3

2

1

3

,

,

x

x

x

x

B

11

1

1

~

2

1

'

'

e

x

B

A

kk

k

k

e

x

B

A

~

2

1

'

'

22

2

2

~

2

1

'

'

e

x

B

A

 

i

x

A

………………………..

j

i

j

i

ij

B

A

B

A

B

A

B

A

'

'

'

'

'

'

'

'

cos

jj

ii

ij

ij

e

e

e

~

2

1

~

2

1

~

2

cos

when i

j

         no 

summation

background image

Project “The development of the didactic potential of Cracow University of Technology in the range of modern construction” is co-financed by the European Union 

within the confines of the European Social Fund and realized under surveillance of Ministry of Science and Higher Education 

6/12

M.Chrzanowski: Strength of Materials

SM1-09: Continuum Mechanics: State of 

deformation

kk

k

k

e

x

B

A

~

2

1

'

'

k

k

x

AB

1

2

1

~

2

1

lim

'

'

lim

0

0

kk

k

k

kk

k

x

k

k

k

x

e

x

x

e

x

AB

AB

B

A

k

k

kk

kk

e

1

2

1

Normal (linear) 
strain in point A

A

B

k

A’

B’

k

when i=j=k

background image

Project “The development of the didactic potential of Cracow University of Technology in the range of modern construction” is co-financed by the European Union 

within the confines of the European Social Fund and realized under surveillance of Ministry of Science and Higher Education 

7/12

M.Chrzanowski: Strength of Materials

SM1-09: Continuum Mechanics: State of 

deformation

ij

jj

ii

ij

ij

e

e

e

2

sin

~

2

1

~

2

1

~

2

cos

when i

j

jj

ii

ij

jj

ii

ij

A

B

A

B

ij

A

B

A

B

e

e

e

e

e

e

j

i

j

i

2

1

2

1

2

arcsin

2

1

~

2

1

~

2

1

~

2

arcsin

2

1

lim

2

2

1

lim





 

A’

B’

i

B’

j

A

B

i

B

j

/2

ij

ij

jj

ii

ij

e

e

e

2

1

2

1

2

arcsin

2

1

Shear  (angular) 
strain

when 
i

j

/2-

ij

background image

Project “The development of the didactic potential of Cracow University of Technology in the range of modern construction” is co-financed by the European Union 

within the confines of the European Social Fund and realized under surveillance of Ministry of Science and Higher Education 

8/12

M.Chrzanowski: Strength of Materials

SM1-09: Continuum Mechanics: State of 

deformation

when

 

i

j

when

 i=j=k

ij

1

2

1

kk

e

jj

ii

ij

e

e

e

2

1

2

1

2

arcsin

2

1

1

2





i

j

j

i

ij

x

u

x

u

e

1



j

i

x

u



j

k

i

k

i

j

j

i

ij

x

u

x

u

x

u

x

u

e

2

ij

ij

e

e

2

2

sin

1

2

1

kk

kk

e

1

2

2

1

2

kk

kk

kk

e

2

1

2

1

kk

kk

e

kk

kk

e

ij

ij

ij

e

 2

2

1

for

 i

j

for

 

i=j=k



i

j

j

i

ij

x

u

x

u

2

1

Cauchy 
equation

background image

Project “The development of the didactic potential of Cracow University of Technology in the range of modern construction” is co-financed by the European Union 

within the confines of the European Social Fund and realized under surveillance of Ministry of Science and Higher Education 

9/12

M.Chrzanowski: Strength of Materials

SM1-09: Continuum Mechanics: State of 

deformation



i

j

j

i

ij

x

u

x

u

2

1

Small 
strains

Shear strains 
when 

i

j

Normal 
strains when

 

i=j

32

2

3

3

2

23

2

1





x

u

x

u

2

2

22

x

u

3

3

33

x

u

1

1

1

1

1

1

11

2

1

x

u

x

u

x

u





21

1

2

2

1

12

2

1





x

u

x

u

31

1

3

3

1

13

2

1





x

u

x

u

33

32

31

23

22

21

13

12

11

T

Strain matrix 

– symmetrical by 

definition of angular 

strains

1



j

i

x

u

background image

Project “The development of the didactic potential of Cracow University of Technology in the range of modern construction” is co-financed by the European Union 

within the confines of the European Social Fund and realized under surveillance of Ministry of Science and Higher Education 

10/12

M.Chrzanowski: Strength of Materials

SM1-09: Continuum Mechanics: State of 

deformation

x

1

x

2

x

3

background image

Project “The development of the didactic potential of Cracow University of Technology in the range of modern construction” is co-financed by the European Union 

within the confines of the European Social Fund and realized under surveillance of Ministry of Science and Higher Education 

11/12

M.Chrzanowski: Strength of Materials

SM1-09: Continuum Mechanics: State of 

deformation

33

32

31

23

22

21

13

12

11

T

Eigenvalues of strain matrix are normal strains 
on the planes where there are no shear strains. 

Principal strains can be found by solving the 
secular equation:

3

2

1

0

0

0

0

0

0

T

0

3

2

2

1

3

I

I

I

where 

I

1

I

2

I

3

 

are invariants of strain 

matrix

When transfer of strain matrix is made to the 
new co-ordinate system then matrix 
transformation rule holds:

kl

jl

ik

ij

,

In the co-ordinates 
defined by principal 
directions of strain 
matrix it takes the 
diagonal form.

3

2

1

- principal 

strains

background image

Project “The development of the didactic potential of Cracow University of Technology in the range of modern construction” is co-financed by the European Union 

within the confines of the European Social Fund and realized under surveillance of Ministry of Science and Higher Education 

12/12

M.Chrzanowski: Strength of Materials

SM1-09: Continuum Mechanics: State of 

deformation



i

j

j

i

ij

x

u

x

u

2

1

Cauchy equation can be viewed as a the set of 6 linear differential 
equations for 3 unknown displacement functions:

3

2

1

,

,

x

x

x

u

i

To solve this set, appropriate kinematic boundary conditions (KBC) for 
these functions and/or their derivatives given on the body surface 

S

have to be formulated

...

u

S

i

u

...

u

S

j

i

x

u

To satisfy the compatibility of deformations only 3 of these 6 six 
equations are independent, so the 3 have to be eliminated
If displacement functions are given (or known in advance) then the 
Cauchy equation becomes a recipe for determination of all 6 
components of the strain matrix. 

and/o
r

Comment

s

background image

Project “The development of the didactic potential of Cracow University of Technology in the range of modern construction” is co-financed by the European Union 

within the confines of the European Social Fund and realized under surveillance of Ministry of Science and Higher Education 

13/12

M.Chrzanowski: Strength of Materials

SM1-09: Continuum Mechanics: State of 

deformation

stop


Document Outline