30) TSiP 2010 11 ćw09


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
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 ćw10
29) TSiP 10 ćw08
24) TSiP 10 ćw06
test 30 03 10
35) TSiP 10 ćw11
36) TSiP 10 ćw12
37) TSiP 10 ćw14
25) TSiP 10 ćw07
34) TSiP 10 ćw13
TI 02 10 30 T pl(2)
30 10 2013 POCZĄTKI PAŃSTWOWOŚCI EGIPSKIEJ wykład
Tosnuc 777 CW09 10
TI 01 10 30 T pl(1)
30 (10)
3 10 30

więcej podobnych podstron