background image

J. Górski, M. Skowronek, 

M. Gołota, K. Winkelmann  •  Teoria sprężystości i plastyczności  – Ćwicz. 13  •  KMBiM WILiŚ PG 

Ćwiczenie 13 

 

Z wykładu przywołamy sobie równanie płyty w układzie biegunowym

Przykłady rozwiązań płyt w zagadnieniach obrotowosymetrycznych 

( )

2

2

1

1

q r

w

w

r

r

r

r

r r

r

r

D

∂ 

∇ ∇

= ⋅

=

 

Równanie to rozwiązujemy przez bezpośrednie całkowanie. 
 

Po obustronnym wymnożeniu przez   i scałkowaniu otrzymujemy: 

( )

1

1

1

w

r

r

r q r

dr

C

r r

r

r

D

∂ 

=

+

  

Dzielimy przez 

 

i ponownie całkujemy: 

( )

2

1

2

1

1

1

ln

w

r

r q r

dr

C

r

C

r

r

r

D

r

=

+

+

∫ ∫

 

Mnożymy przez   i ponownie całkujemy: 

( )

(

)

2

2

3

1

2

3

1

1

2 ln

1

4

2

w

r

r

r

r

r q r

dr

C

r

C

C

r

D

r

=

+ ⋅

− +

+

∫ ∫ ∫

  

Dzielimy przez 

 

i ponownie całkujemy: 

( )

( )

(

)

2

2

4

1

2

3

4

1

1

1

ln

1

ln

4

4

r

r

w r

r

r q r

dr

C

r

C

C

r

C

D

r

r

=

+ ⋅

− +

+

+

∫ ∫ ∫ ∫

  

Ponieważ stałe całkowania są dowolne, możemy zapisać: 

( )

( )

4

2

2

1

2

3

4

1

1

1

ln

ln

w r

r

r q r

dr

C r

r

C r

C

r

C

D

r

r

=

+ ⋅ ⋅

+

⋅ +

+

∫ ∫ ∫ ∫

 

 
 
 
Przykładowo:
 Całka szczególna dla 

( )

q r

const

q

=

 

( )

4

1

1

1

s

w

r

r q r

dr

D

r

r

=

∫ ∫ ∫ ∫

4

1

1

q

r

r dr

D

r

r

=

∫ ∫ ∫ ∫

 

3

1

2

s

q

w

r

rdr

D

r

=

∫ ∫ ∫

3

2

1

4

q

r dr

D

r

=

∫ ∫

3

16

q

r dr

D

=

=

4

64

qr

D

 

 
Przykład:

( )

q r

const

q

=

 

Płyta kolistaswobodnie podparta, obciążona równomiernie na całej powierzchni, 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

(

)

0

w r

a

=

=

Warunki brzegowe i warunki 

ograniczające dla środka płyty: 

 

 

 

(

)

0

rr

M

r

a

=

=

 

 

(

)

0

w r

=

 

jest skończone 

 

(

)

0

rr

M

r

=

 

jest skończone 

Równanie płyty: 

( )

s

o

w r

w

w

=

+

 

 
 

s

 – 

całka szczególna równ. niejednorodnego 

o

 – 

całka ogólna równ. jednorodnego 

 

( )

q r

r

 

, ,

E

h

ν

 

q

const

=

 

h

 

2a

background image

J. Górski, M. Skowronek, 

M. Gołota, K. Winkelmann  •  Teoria sprężystości i plastyczności  – Ćwicz. 13  •  KMBiM WILiŚ PG 

Równanie płyty: 

( )

s

o

w r

w

w

=

+

 

 

Całka szczególna dla 

( )

q r

const

q

=

:

 

( )

4

4

1

1

1

64

s

qr

w

r

r q r

dr

D

r

r

D

=

=

∫ ∫ ∫ ∫

 

zatem: 

( )

4

2

2

1

2

3

4

ln

ln

64

qr

w r

C r

r

C r

C

r

C

D

=

+ ⋅ ⋅

+

⋅ +

+

 

 

Różniczkując: 

( )

(

)

3

1

2

3

1

1 2 ln

2

16

w r

qr

r C

r

C

r

C

r

D

r

=

+ ⋅ ⋅ +

+

+

 

Różniczkując ponownie: 

( )

(

)

2

2

1

2

3

2

2

3

1

3 2 ln

2

16

w r

qr

C

r

C

C

r

D

r

=

+

⋅ +

+

⋅ −

 

 

Momenty radialne w płycie obrotowosymetrycznej: 

( )

2

2

rr

w

w

M

r

D

r

r

r

ν

= − ⋅

+ ⋅

 

 

Realizując warunki brzegowe: 

z 3° 

(

)

0

w r

=

 

jest skończone  S

=  mamy: 

(

)

4

2

1

2

3

4

0

0

0

0

ln 0

64

q

w r

C

C

C

C

S

D

=

=

+ ⋅ +

⋅ +

+

= , 

biorąc pod uwagę, fakt, iż: 

(

)

2

2

0

0

0

0

2

3

1

ln

lim

ln

lim

lim

lim

0

1

2

2

r

r

r

r

r

r

r

r

r

r

r

=

=

=

=

 

Zatem: 

3

4

ln 0

C

C

S

+

=

( )

3

4

C

C

S

⋅ −∞ +

=

 

Równość będzie skończona tylko wówczas, gdy: 

3

0

C

=  

z 4° 

(

)

0

rr

M

r

=

 

jest skończone  S

=  mamy: 

( )

2

2

rr

w

w

M

r

D

r

r

r

ν

= − ⋅

+ ⋅

 

podstawiając obliczone wyżej pochodne i upraszczając, dostajemy: 

( )

(

)

(

)

(

)

1

2

1

2

3 2 ln

2

1 2 ln

2

rr

M

r

D C

r

C

C

r

C

ν

ν

= − ⋅

⋅ +

+ ⋅

+ ⋅ ⋅ +

+ ⋅ ⋅

 

zatem: 

( )

( )

(

)

1

2

1

2

2

2

D C

C

C

C

S

ν

ν

− ⋅

⋅ −∞ + ⋅

+ ⋅ ⋅ −∞ + ⋅ ⋅

=

 

Równość będzie skończona tylko wówczas, gdy: 

1

0

C

=  

z 2° 

(

)

0

rr

M

r

a

=

=

 mamy: 

2

2

2

2

3

3

0

2

2

16

16

qa

qa

D

C

C

D

D

ν

ν

= − ⋅

+ ⋅

+ ⋅

+ ⋅ ⋅

 

zatem: 

2

2

3

32

1

qa

C

D

ν

ν

+

= −

⋅

+

 

z 1° 

(

)

0

w r

a

=

=

 mamy: 

4

2

2

4

0

64

qa

C a

C

D

=

+

+

, zatem: 

4

4

5

64

1

qa

C

D

ν

ν

+

=

⋅

+

 

( )

4

2

2

1

2

3

4

ln

ln

64

qr

w r

C r

r

C r

C

r

C

D

=

+ ⋅ ⋅

+

⋅ +

+

Zbierając wyniki, otrzymujemy: 

 

4

2

4

2

3

5

64

32

1

64

1

qr

qa

qa

r

D

D

D

ν

ν

ν

ν

+

+

=

⋅ +

+

+

 

( )

4

4

2

4

2

3

5

1

2

1

64

1

1

qa

r

r

w r

D

a

a

ν

ν

ν

ν

+

+

=

⋅ ⋅

− ⋅

+

+

+

 

lub równoważnie: 

( )

(

)

2

2

2

2

5

64

1

q

w r

a

r

a

r

D

ν

ν

 +

=

+

 

 

Ugięcie w środku płyty: 

(

)

max

0

w

w r

=

=

=

4

5

1

64

qa

D

ν

ν

+

⋅

+

 

background image

J. Górski, M. Skowronek, 

M. Gołota, K. Winkelmann  •  Teoria sprężystości i plastyczności  – Ćwicz. 13  •  KMBiM WILiŚ PG 

Z powyższych wzorów zapisać można, iż: 
 

( )

2

2

rr

w

w

M

r

D

r

r

r

ν

= −

+

Momenty zginające: 

( )

(

)

2

2

3

1

16

rr

qa

r

M

r

a

ν

 

=

⋅ + ⋅ −

 

 

 

( )

2

2

w

w

M

r

D

r

r

r

ϕϕ

ν

= −

+

( )

(

)

2

2

1 3

3

1

16

3

qa

r

M

r

a

ϕϕ

ν

ν

ν

+

 

=

⋅ + ⋅ −

 

+

 

 

W środku płyty 

(

)

0

r

=

( )

( )

(

)

2

0

0

3

16

rr

qa

M

M

ϕϕ

ν

=

=

⋅ +

 

Na brzegu płyty 

(

)

r

a

=

( )

0

rr

M

a

=

;  

( )

(

)

2

1

8

qa

M

a

ϕϕ

ν

=

⋅ −

 

 
Wykresy: 
 
 
 
 
 
 

( )

2

2

1

r

w

w

Q r

D

r

r

r

r

∂ ∂

= − ⋅

+

Siła tnąca: 

( )

2

2

1

4

r

qa

r

Q r

r

a

 

= −

 

 

 

Zatem: 

( )

2

r

qr

Q r

=

 

Na brzegu płyty 

(

)

r

a

=

( )

2

r

qa

Q r

=

 

 

Kąt nachylenia stycznej do powierzchni środkowej:

( )

w

r

r

ϕ

=

 

 

Dla 

(

)

r

a

=

(

)

(

)

3

8

1

qa

r

a

D

ϕ

ν

=

= −

⋅ +

 

 
Dyskusja! 
1) Zastosowanie:
 Jest to bardzo dobry model
 
 
 
 
 
 

 dla schematu bardzo 

sztywna płyta + podatne podparcie! 

Uwaga! 

We wzorach należy zmienić znak obciążenia 

( )

q r

 
2) Kształt zbrojenia na momenty radialne 

rr

 i obwodowe 

M

ϕϕ

 
 
 
 
 
 
 
 

rr

M

 

(

)

2

3

16

qa

ν

⋅ +

 

M

ϕϕ

(

)

2

3

16

qa

ν

⋅ +

 

(

)

2

1

8

qa

ν

⋅ −

(

)

2

1

8

qa

ν

⋅ −

h

const

=

 

q

const

=

 

2a

 

reakcje 

w ściankach 
budowli 
cylindrycznych 

zbrojenie 

na momenty 

ortogonalne 

zbrojenie 

na momenty 

radialne 

i obwodowe 

background image

J. Górski, M. Skowronek, 

M. Gołota, K. Winkelmann  •  Teoria sprężystości i plastyczności  – Ćwicz. 13  •  KMBiM WILiŚ PG 

Przykład:

( )

q r

const

q

=

 

Płyta kolistautwierdzona, obciążona równomiernie na całej powierzchni, 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

(

)

0

w r

a

=

=

Warunki 

brzegowe i warunki ograniczające dla środka płyty: 

 

 

 

(

)

0

r

a

ϕ

=

=

 

 

(

)

0

w r

=

 

jest skończone 

 

(

)

0

rr

M

r

=

 

jest skończone 

Równanie płyty: 

( )

s

o

w r

w

w

=

+

 

 
Z warunków  i  

wynika, jak w poprzednim przykładzie, iż: 

1

0

C

=  oraz 

3

0

C

=  

 

Po wyznaczeniu stałych 

2

 i 

4

 z warunków  i  

otrzymamy rozwiązanie: 

( )

2

2

4

1

64

qa

r

w r

D

a

 

=

⋅ −

 

 

 

Ugięcie w środku płyty: 

(

)

max

0

w

w r

=

=

=

4

64

qa

D

 

Uwaga:

0

ν

=

 

Przyjmując 

 

otrzymujemy  ugięcia  płyty  utwierdzonej  pięciokrotnie  mniejsze  od  ugięcia  płyty 

swobodnie podpartej! 
 
 

Z ogólnych wzorów podanych powyżej zapisać można, iż: 
 

( )

2

2

rr

w

w

M

r

D

r

r

r

ν

= −

+

Momenty zginające: 

( )

(

) (

)

2

2

1

3

16

rr

qa

r

M

r

a

ν

ν

 

=

+

− + ⋅

 

 

 

( )

2

2

w

w

M

r

D

r

r

r

ϕϕ

ν

= −

+

( )

(

) (

)

2

2

1

1 3

16

qa

r

M

r

a

ϕϕ

ν

ν

 

=

+

− +

 

 

 

W środku płyty 

(

)

0

r

=

( )

( )

(

)

2

0

0

1

16

rr

qa

M

M

ϕϕ

ν

=

=

⋅ +

 

Na 

brzegu płyty 

(

)

r

a

=

( )

2

8

rr

qa

M

a

= −

;  

( )

2

8

qa

M

a

ϕϕ

ν

= −

⋅  

 
Wykresy: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

( )

q r

r

 

, ,

E

h

ν

 

q

const

=

 

h

 

2a

2

8

qa

ν

2

8

qa

ν

(

)

2

1

16

qa

ν

⋅ +

rr

M

 

M

ϕϕ

2

8

qa

 

(

)

2

1

16

qa

ν

⋅ +

2

8

qa

 

background image

J. Górski, M. Skowronek, 

M. Gołota, K. Winkelmann  •  Teoria sprężystości i plastyczności  – Ćwicz. 13  •  KMBiM WILiŚ PG 

Dyskusja! 
 
Uwaga:
 

Powyższe  zagadnienie  można  rozwiązać  metodą  sił

 
 
 
 
 
 
 
 
 

  z 

wykorzystaniem  wyniku  dla  płyty  swobodnie 

podpartej! 

Równanie wg metody sił: 
 
 
 
 
 
 
Powyższe równanie jest równaniem z jedną niewiadomą 

( )

0

M

Zaleca się dokonać rozwiązania zadania – jako zadanie domowe! 

         

(

)

(

)

w

r

a

r

a

r

ϕ

=

=

=

=

 

+

0

=  

kąt obrotu 

od 

obciążenia 

q

 

kąt obrotu 

od nieznanego 

momentu 

utwierdzenia 

0

M

 

od 

obciążenia momentem 

0

M

 

(rozłożonym na obwodzie)  

(

)

w

r

a

r

=

2a

 

0

M

 

0

M

 


Document Outline