Ćwiczenie 9
Pasmo tarczowe
Rozważymy tarczę nieskończoną, o szerokości 2b i grubości g
model tarczy ciągłej
Zakładamy, że obciążenia na obu brzegach są okresowe
i symetryczne względem osi x2.
Nie jest to ograniczenie metody istnieje bowiem rozkład:
f (x) + f (-x) f (x) - f (-x)
f (x) = +
,
22
gdzie:
f (x) dowolna funkcja
f (x) + f (-x)
składnik symetryczny (funkcja parzysta)
2
f (x) - f (-x)
składnik antysymetryczny (funkcja nieparzysta)
2
J. Górski, M. Skowronek, M. Gołota, K. Winkelmann " Teoria sprężystości i plastyczności Ćwicz. 9 " KMBiM WILiŚ PG 1
x2
%
p(x1)
b
x1
b
p(x1)
l l
Dla obciążenia, które opisane jest funkcją parzystą, możemy
zapisać szeregi cosinusowe:
" "
1
% %%n
p x1 = a0 +
( ) ( )
"a cosąnx1 , p x1 = 1 a0 + "a cosąnx1 ; ąn = nĄ
n
2 2 l
n=1 n=1
J. Górski, M. Skowronek, M. Gołota, K. Winkelmann " Teoria sprężystości i plastyczności Ćwicz. 9 " KMBiM WILiŚ PG 2
Ze względu na globalny warunek równowagi (rzuty na oś pionową)
otrzymamy:
l l
1 1
%%
a0 = " p(x1) dx1 = " p(x1) dx1 = a0
+" +"
l l
-l -l
Do wyznaczenia funkcji naprężeń zastosujemy zasadę superpozycji:
"4F1 = 0 oraz "4F2 = 0 zatem: "4 F1 + F2 = "4F = 0
( )
(operator "4 g jest liniowy!)
( )
F1
Pierwszą składową funkcji naprężeń (przy obc. brzegowych
2
1
" a0 ) wyznaczymy, zakładając: F1 = C " x1 , gdzie: C = const
2
"2F1
22 = = 2C
2
"x1
1
Warunek brzegowy: 22 x2 = ąb = " a0
( )
2
a0 a0
2
stąd: C = oraz: F1 = " x1
4 4
J. Górski, M. Skowronek, M. Gołota, K. Winkelmann " Teoria sprężystości i plastyczności Ćwicz. 9 " KMBiM WILiŚ PG 3
F2
Przy wyznaczaniu funkcji , ze względu na przyjętą metodę
szeregów Fouriera, zakładamy rozdzielenie zmiennych:
"
F2 x1, x2 = fn x2 " cosąnx1
( ) ( )
"
n=1
Podstawiając do równania biharmonicznego "4F2 = 0 , otrzymamy:
"4 łF2 x1, x2 łł = 0
( )ł
ł
"
42
( ) ( ) ( )łł
"ł fn x2 "ąn - 2 " fn2 2 x2 "ąn + fn2 2 2 2 x2 ł " cosąnx1 = 0
ł
n=1
Rozwinięcie w szereg funkcji zerowej daje wszystkie współczynniki
równe zero!
Zatem, porównując współczynniki szeregów po obu stronach:
42
fn x2 "ąn - 2 " fn2 2 x2 "ąn + fn2 2 2 2 x2 = 0
( ) ( ) ( )
Jest to więc zwyczajne równanie różniczkowe o stałych
współczynnikach!
J. Górski, M. Skowronek, M. Gołota, K. Winkelmann " Teoria sprężystości i plastyczności Ćwicz. 9 " KMBiM WILiŚ PG 4
2
Przewidujemy: fn x2 = er"x
( )
42
2 22
Zatem: er"x "ąn - 2" er"x "ąn + er"x = 0
( )2 2 ( )2 2 2 2
4 2
2 22
er"x "ąn - 2 " r2 " er"x "ąn + r4 " er"x = 0
4 2
ąn - 2 " r2 "ąn + r4 = 0
2
2
2
ąn - r2 = 0 ł - r + r łł = 0
(ąn
)(ąn
)ł
( )
ł
2
(ąn - r " + r = 0
) (ąn 2
)
Stąd: r1,2 = +ąn oraz r3,4 = -ąn pierwiastki podwójne
Z warunku liniowej niezależności otrzymujemy:
n nn n
fn x2 = C1 " eą "x2 + C2 " x2 " eą "x2 + C3 " e-ą "x2 + C4 " x2 " e-ą "x2
( )
Podstawić można następujące zależności:
1 1
ch ą x = " eą"x + e-ą"x oraz sh ą x = " eą"x - e-ą"x
( ) ( )
2 2
J. Górski, M. Skowronek, M. Gołota, K. Winkelmann " Teoria sprężystości i plastyczności Ćwicz. 9 " KMBiM WILiŚ PG 5
Aącząc poprzednie wzory, otrzymamy:
fn x2 =
( )
1
= An "chąnx2 +ąnx2 " Bn " shąnx2 + Cn " shąnx2 +ąnx2 " Dn "chąnx2
[ ]
2
ąn
^
mnożnik wygodny do pózniejszego różniczkowania
Otrzymujemy więc ostatecznie: F x1, x2 = F1 + F2
( )
a0 2
F1 x1, x2 = " x1
( )
4
"
F2 x1, x2 = fn x2 " cosąnx1
( ) ( )
"
n=1
a0 2
zatem: F x1, x2 = " x1 +
( )
4
"
+2
[ ]
"ą1 An "chąnx2 +ąnx2 " Bn " shąnx2 + Cn " shąnx2 +ąnx2 " Dn "chąnx2 "cosąnx1
n=1
n
J. Górski, M. Skowronek, M. Gołota, K. Winkelmann " Teoria sprężystości i plastyczności Ćwicz. 9 " KMBiM WILiŚ PG 6
Stałe An, Bn,Cn, Dn wyznacza się z odpowiednich warunków
brzegowych dla 22 i 12,
gdzie:
"2F a0
22 = = +
2
"x1 2
"
- An "chąnx2 +ąnx2 " Bn " shąnx2 + Cn " shąnx2 +ąnx2 " Dn "chąnx2 "cosąnx1
[ ]
"
n=1
oraz:
"2F
12 = -=
"x1"x2
"
= ... łł "sinąnx1
( )ł
"ł
ł
n=1
... = An + Bn " shąnx2 +ąnx2 " Bn "chąnx2 + Cn + Dn "chąnx2 +ąnx2 " Dn " shąnx2
( ) ( ) ( )
J. Górski, M. Skowronek, M. Gołota, K. Winkelmann " Teoria sprężystości i plastyczności Ćwicz. 9 " KMBiM WILiŚ PG 7
x2
%
p(x1)
b
x1
b
p(x1)
l l
Warunki brzegowe:
%
ńł1) 22 = + p x1 ńł3) 22 = + p x1
( ) oraz dla: x2 = -b ( )
dla: x2 = b ł
ł
= 0 = 0
ół2) 12 ół4) 12
gdzie:
" "
1
% %%n
p x1 = a0 +
( ) ( )
"a cosąnx1 , p x1 = 1 a0 + "a cosąnx1 ; ąn = nĄ
n
2 2 l
n=1 n=1
J. Górski, M. Skowronek, M. Gołota, K. Winkelmann " Teoria sprężystości i plastyczności Ćwicz. 9 " KMBiM WILiŚ PG 8
Rozwiązując układ czterech równań algebraicznych liniowych,
o czterech niewiadomych, otrzymujemy:
shąnb +ąnb "chąnb
%
An = -( )
an + an "
sh 2ąnb + 2ąnb
shąnb
%
Bn = an + an "
( )
sh 2ąnb + 2ąnb
chąnb +ąnb " shąnb
%
Cn = -( - an "
an
)
sh 2ąnb - 2ąnb
chąnb
%
Dn = an - an "
( )
sh 2ąnb - 2ąnb
Zatem funkcja F x1, x2 jest całkowicie określona!
( )
Jej zróżniczkowanie prowadzi do uzyskania naprężeń 11,22,12
w dowolnym punkcie danego pasma tarczowego!
J. Górski, M. Skowronek, M. Gołota, K. Winkelmann " Teoria sprężystości i plastyczności Ćwicz. 9 " KMBiM WILiŚ PG 9
Najbardziej istotne, podobnie jak w belkach, są naprężenia 11:
"
"2F
11 = = ... łł " cosąnx1
( )ł
"ł
2
"x2 n=1 ł
gdzie: ... = An "chąnx2 + 2Bn " chąnx2 +ąnx2 " Bn " shąnx2 +
( )
+Cn " shąnx2 + 2Dn " shąnx2 + ąnx2 " Dn " chąnx2
Zatem:
"
11 = ... łł " cosąnx1
( )ł
"ł
ł
n=1
gdzie:
... = An + 2Bn "chąnx2 +ąnx2 " Bn "shąnx2 + Cn + 2Dn "shąnx2 +ąnx2 " Dn "chąnx2
( ) ( ) ( )
J. Górski, M. Skowronek, M. Gołota, K. Winkelmann " Teoria sprężystości i plastyczności Ćwicz. 9 " KMBiM WILiŚ PG 10
Szeregi te są na ogół wolnozbieżne (szczególnie dla x2 = ąb ).
Drogą przekształceń można z nich otrzymać szeregi o lepszej
zbieżności:
11 x2 = b =
( )
"" "
%n % %
= an + an "cn " cosąnx1 + an - an " dn "cosąnx1
( ) ( )
"a " cosąnx1 -" "
n=1 n=1 n=1
oraz:
11 x2 = -b =
( )
"" "
%%
= an + an " cn " cosąnx1 - ( - an " dn " cosąnx1
an
( ) )
"a " cosąnx1 -" "
n
n=1 n=1 n=1
2ąnb 2ąnb
gdzie: cn = oraz: dn = ! nowe stałe!
sh 2ąnb + 2ąnb sh 2ąnb - 2ąnb
Poza tym, z założenia:
" "
%n %%
( ) ( )
"a cosąnx1 = p x1 - 1 a0, "a cosąnx1 = p x1 - 1 a0; ąn = nĄ
n
2 2 l
n=1 n=1
J. Górski, M. Skowronek, M. Gołota, K. Winkelmann " Teoria sprężystości i plastyczności Ćwicz. 9 " KMBiM WILiŚ PG 11
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
31) TSiP 10 ćw1029) TSiP 10 ćw0824) TSiP 10 ćw06test 30 03 1035) TSiP 10 ćw1136) TSiP 10 ćw1237) TSiP 10 ćw1425) TSiP 10 ćw0734) TSiP 10 ćw13TI 02 10 30 T pl(2)30 10 2013 POCZĄTKI PAŃSTWOWOŚCI EGIPSKIEJ wykładTosnuc 777 CW09 10TI 01 10 30 T pl(1)30 (10)3 10 30więcej podobnych podstron