Základy matematické teorie pružnosti Tenzor napětí a tenzor deformace Statické (Cauchyho) rovnice. Geometrické rovnice

Podobné dokumenty
FAKULTA STAVEBNÍ NELINEÁRNÍ MECHANIKA. Telefon: WWW:

Dvě varianty rovinného problému: rovinná napjatost. rovinná deformace

OTÁZKY K PROCVIČOVÁNÍ PRUŽNOST A PLASTICITA II - DD6

FAKULTA STAVEBNÍ. Telefon: WWW:

Ing. Jitka Řezníčková, CSc., Ing. Jan Šleichrt, Ing. Jan Vyčichl, Ph.D.

Rozdíly mezi MKP a MHP, oblasti jejich využití.

Nosné desky. 1. Kirchhoffova teorie ohybu tenkých desek (h/l < 1/10) 3. Mindlinova teorie pro tlusté desky (h/l < 1/5)

TENSOR NAPĚTÍ A DEFORMACE. Obrázek 1: Volba souřadnicového systému

písemky (3 příklady) Výsledná známka je stanovena zkoušejícím na základě celkového počtu bodů ze semestru, ze vstupního testu a z písemky.

1 Ohyb desek - mindlinovské řešení

PRUŽNOST A PEVNOST II

Cvičení 1. Napjatost v bodě tělesa Hlavní napětí Mezní podmínky ve víceosé napjatosti

Definujte poměrné protažení (schematicky nakreslete a uved te jednotky) Napište hlavní kroky postupu při posouzení prutu na vzpěrný tlak.

POŽADAVKY KE ZKOUŠCE Z PP I

Vlastnosti a zkoušení materiálů. Přednáška č.4 Úvod do pružnosti a pevnosti

Téma 12, modely podloží

16. Matematický popis napjatosti

Analýza napjatosti PLASTICITA

OTÁZKY VSTUPNÍHO TESTU PP I LS 2010/2011

PRUŽNOST A PLASTICITA I

Pružnost a pevnost (132PRPE) Písemná část závěrečné zkoušky vzorové otázky a příklady. Část 1 - Test

Pružnost a plasticita II CD03

Zde je uveden abecední seznam důležitých pojmů interaktivního učebního textu

Vybrané okruhy znalostí z předmětů stavební mechanika, pružnost a pevnost důležité i pro studium předmětů KP3C a KP5A - navrhování nosných konstrukcí

4. Napjatost v bodě tělesa

ÚVOD DO MODELOVÁNÍ V MECHANICE

Přednáška 1 Obecná deformační metoda, podstata DM

Pružnost a pevnost. zimní semestr 2013/14

Nauka o materiálu. Přednáška č.4 Úvod do pružnosti a pevnosti

Cvičení 7 (Matematická teorie pružnosti)

Pružnost a pevnost (132PRPE), paralelka J2/1 (ZS 2015/2016) Písemná část závěrečné zkoušky vzorové otázky a příklady.

Přednáška 08. Obecná trojosá napjatost. Napětí statické rovnice Deformace geometrické rovnice Zobecněný Hookeův zákon Příklad zemní tlak v klidu

Přednáška 08. Obecná trojosá napjatost

Pružnost a pevnost I

Téma 1 Úvod do předmětu Pružnost a plasticita, napětí a přetvoření

Osové a deviační momenty setrvačnosti ploch (opakování ze 4. cvičení) Momenty setrvačnosti k otočeným osám Kroucení kruhových a mezikruhových průřezů

7. CVIČENÍ. Sedmé cvičení bude vysvětlovat tuto problematiku:

Vícerozměrné úlohy pružnosti

Téma 1 Úvod do předmětu Pružnost a plasticita, napětí a přetvoření

Technologie a procesy sušení dřeva

ZÁKLADY MATEMATICKÉ TEORIE PRUŽNOSTI

2.2 Mezní stav pružnosti Mezní stav deformační stability Mezní stav porušení Prvek tělesa a napětí v řezu... p03 3.

Metoda konečných prvků Charakteristika metody (výuková prezentace pro 1. ročník navazujícího studijního oboru Geotechnika)

Téma 1 Úvod do předmětu Pružnost a plasticita, napětí a přetvoření

7. Základní formulace lineární PP

Princip virtuálních posunutí (obecný princip rovnováhy)

ÚVOD DO MODELOVÁNÍ V MECHANICE

Rovinná úloha v MKP. (mohou být i jejich derivace!): rovinná napjatost a r. deformace (stěny,... ): u, v. prostorové úlohy: u, v, w

ZÁKLADNÍ ÚLOHY TEORIE PLASTICITY Teoretické příklady

Přednáška 01 Úvod + Jednoosá napjatost

Nelineární problémy a MKP

vztažný systém obecné napětí předchozí OBSAH další

b) Křehká pevnost 2. Podmínka max τ v Heigově diagramu a) Křehké pevnosti

TENKOSTĚNNÉ A SPŘAŽENÉ KONSTRUKCE

1. Úvod do pružnosti a pevnosti

NOSNÍK NA PRUŽNÉM PODLOŽÍ (WINKLEROVSKÉM)

FAKULTA STAVEBNÍ. Stavební statika. Telefon: WWW:

3.2 Základy pevnosti materiálu. Ing. Pavel Bělov

III/2-1 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

MECHANIKA PODZEMNÍCH KONSTRUKCÍ Statické řešení výztuže podzemních děl

PRUŽNOST A PLASTICITA

12. Prostý krut Definice

Princip virtuálních posunutí (obecný princip rovnováhy)

Prvky betonových konstrukcí BL01 3. přednáška

Téma 3 Úvod ke staticky neurčitým prutovým konstrukcím

Nelineární úlohy při výpočtu konstrukcí s využitím MKP

1 Modelování pružného podloží

Zjednodušený 3D model materiálu pro maltu

ANALÝZA KONSTRUKCÍ. 5. přednáška

Martin NESLÁDEK. 14. listopadu 2017

Ztráta stability tenkých přímých prutů - vzpěr

Kap. 3 Makromechanika kompozitních materiálů

1. a) Určete parciální derivace prvního řádu funkce z = z(x, y) dané rovnicí z 3 3xy 8 = 0 v

PRUŽNOST A PLASTICITA

Prvky betonových konstrukcí BL01 3. přednáška

Téma 2 Napětí a přetvoření

Ing. Jan BRANDA PRUŽNOST A PEVNOST

Pružnost a plasticita Martin Krejsa, Lenka Lausová a Vladimíra Michalcová

Betonové konstrukce (S) Přednáška 3

TENKOSTĚNNÉ A SPŘAŽENÉ KONSTRUKCE

Platnost Bernoulli Navierovy hypotézy

Statika soustavy těles.

1 Vedení tepla stacionární úloha

Autor: Vladimír Švehla

Pružnost a pevnost. 2. přednáška, 10. října 2016

Postup při výpočtu prutové konstrukce obecnou deformační metodou

Obr. 0.1: Nosník se spojitým zatížením.

Statika 2. Vybrané partie z plasticity. Miroslav Vokáč 2. prosince ČVUT v Praze, Fakulta architektury.

Obecný Hookeův zákon a rovinná napjatost

Učební pomůcka Prof.Ing. Vladimír Křístek, DrSc. Ing. Alena Kohoutková, CSc. Ing. Helena Včelová. Katedra betonových konstrukcí a mostů

OTÁZKY KE STÁTNÍ ZÁVĚREČNÉ ZKOUŠCE (NAVAZUJÍCÍ STUDIUM) OBOR 3901T APLIKOVANÁ MECHANIKA. Teorie pružnosti

Nejpoužívanější podmínky plasticity

BETONOVÉ KONSTRUKCE B03C +B03K. Betonové konstrukce - B03C +B03K

ČVUT UPM 6/2013. Eliška Bartůňková

Okruhy problémů k teoretické části zkoušky Téma 1: Základní pojmy Stavební statiky a soustavy sil

ZÁKLADNÍ PŘÍPADY NAMÁHÁNÍ

Předpjaté stavební konstrukce

Ing. Jan BRANDA PRUŽNOST A PEVNOST

Projevy dotvarování na konstrukcích (na úrovni průřezových modelů)

Geometricky válcová momentová skořepina

Transkript:

Přednáška 1 Základy matematické teorie pružnosti Tenzor napětí a tenzor deformace Statické (Cauchyho) rovnice Rozšířený Hookův zákon Geometrické rovnice Ondřej Jiroušek Ústav mechaniky a materiálů Fakulta dopravní ČVUT 5.10.2016 1 O. Jiroušek (K618) 01 Základy matematické teorie pružnosti

Teorie inženýrských konstrukcí (18TIK) Teorie inženýrských konstrukcí (18TIK) zimní semestr 2016/2017 přednášky: prof. Ing. Ondřej Jiroušek, Ph.D. cvičení: Ing. Daniel Kytýř, Ph.D. Ing. Petr Zlámal, Ph.D. http://mech.fd.cvut.cz/education/master/18tik 2 O. Jiroušek (K618) 01 Základy matematické teorie pružnosti

Podmínky udělení zápočtu 1 Aktivní účast na cvičeních. Každé cvičení bude zahájeno pětiminutovým písemným testem obsahujícím jednoduchý příklad, obvykle tématicky zaměřený na látku předchozího cvičení. Podmínka aktivní účasti je splněna překročením 50 % hranice obdržených bodů. Maximální bodový zisk z každého cvičení jsou 2 body. Pokud se student nemůže dostavit na své cvičení, může si tématicky shodné cvičení nahradit s jiným kruhem. Obdržené bodové zisky budou průběžně zveřejňovány na serveru http://mech.fd.cvut.cz. 2 Splnění podmínek zápočtového testu, tj. získat více než 50 % bodů z tohoto testu. Řádný termín zápočtového testu se uskuteční v čase přednášky určené pro jednotlivé kruhy. Dále se uskuteční nejvýše dva opravné termíny pro studenty, jež se z vážných důvodů nemohli dostavit na termín řádný, nebo nesplnili podmínky zápočtového testu při prvním pokusu. Celkem má student právo na dva pokusy o splnění zápočtového testu v rámci vypsaných tří termínů (14.12.2016, 4.1.2017 a 13.1.2017). Výsledky zápočtového testu budou zveřejněny na serveru http://mech.fd.cvut.cz. 3 Všechny požadavky k udělení zápočtu musí být splněny nejpozději do konce prvního týdne zkouškového období, tj. do 20. 1. 2017. 3 O. Jiroušek (K618) 01 Základy matematické teorie pružnosti

1 Získání zápočtu je nutnou podmínkou pro možnost přihlášení se na zkoušku. 2 Zkouška se skládá z písemné a ústní části. Pro postup k ústní části je potřebné splnit podmínky písemné části. V případě prokázání základních neznalostí v průběhu ústní části zkoušky je výsledek zkoušky hodnocen jako F - nedostatečný bez ohledu na bodový zisk v písemné části. 3 Maximální zisk z písemné části je 80 bodů. 4 K bodovému zisku z písemné části se připočítávají body získané na přednáškách.body získané na cvičeních nad hranicí nutného minima a získané body ze zápočtového testu nad hranicí nutného minima. 5 K bodovému zisku z písemné části se připočítávají body získané na cvičeních nad hranicí nutného minima. 6 K bodovému zisku z písemné části se připočítávají body získané ze zápočtového testu nad hranicí nutného minima. 7 Při získání více než 91 bodů získává student automaticky hodnocení A - výborně. http://mech.fd.cvut.cz 4 O. Jiroušek (K618) 01 Základy matematické teorie pružnosti

Skripta, další studijní materiál S. Timošenko: Pružnost a pevnost II, Technicko-vědecké vydavatelství, Praha, 1951 R. Halama et al.: Pružnost a pevnost, 2011, online: http://mi21.vsb.cz/modul/pruznost-pevnost J. Brožovský, A. Materna: Základy matematické teorie pružnosti, 2012, online: http://mi21.vsb.cz/modul/ zaklady-matematicke-teorie-pruznosti V. Salajka: Pružnost a plasticita, 2011, online: http://www.zbynekvlk.cz/cepri/cd03/cd03.pdf J. Case: Strength of Materials and Structures, Hodder & Stoughton Edu., čtvrté vydání 1999 F. Beer et al.: Mechanics of Materials, McGraw-Hill, šesté vydání, 2011 R. Taylor: Classical Mechanics, University Science Books, 2005 http://mech.fd.cvut.cz 5 O. Jiroušek (K618) 01 Základy matematické teorie pružnosti

Plán přednášek 1 (5.10.2016) Tenzor deformace, tenzor napětí. Základní rovnice matematické teorie pružnosti. 2 (12.10.2016) Rovinné problémy. Základní předpoklady, geometrické rovnice, fyzikální rovnice a statické rovnice. 3 (19.10.2016) Rovinná deformace, rovinná napjatost. Matice materiálové poddajnosti, matice materiálové tuhosti. 4 (26.10.2016) Axisymetrická úloha. Rotačně symetrické problémy. 5 (2.11.2016) Deskové konstrukce. Rovnice desky. Kirchhoffova teorie tenkých desek. Desková tuhost. Okrajové podmínky a řešení průhybu obdélníkových desek. 6 (9.11.2016) Mindlinova teorie tlustých desek. Výpočet přibližného tvaru průhybu desky a ohybových momentů. 7 (16.11.2016) Přibližné metody pro řešení průhybu desky. Metoda sítí. Diferenční vztahy. Speciální okrajové podmínky. 8 (23.11.2016) Skořepinové konstrukce. Kinematické rovnice. Zápis rovnic v křivočarých souřadnicích. 9 (30.11.2016) Rotačně symetrická tenká (membránová) skořepina. Řešení pro kulovou a válcovou skořepinu. 10 (7.12.2016) Reissner-Mindlinova teorie skořepin. 11 Zápočtový test. (14.12.2016) 12 (21.12.2016) Modelování interakce konstrukce s podložím. Modely pružného podloží interakce podloží se základovými konstrukcemi. Winklerův model. 13 Opravný zápočtový test. (4.1.2017) 14 (11.1.2017) Nedostatky Winklerova modelu. Model pružného (Bussinesqova) poloprostoru. Dvouparametrický Winkler-Pasternakův model podloží. 6 O. Jiroušek (K618) 01 Základy matematické teorie pružnosti

Body za aktivitu Na přednáškách bude možno získat body za aktivitu (za správně odpovězené otázky). Maximální počet bodů, které student má možnost takto získat na přednáškách je 12. 7 O. Jiroušek (K618) 01 Základy matematické teorie pružnosti

Plán cvičení 1 Mechanické napětí, hlavní napětí, Mohrova kružnice 2 Rovinná deformace, rovinná napjatost, osová symetrie 3 Ritzova metoda řešení průhybu nosníku 4 Ritzova metoda řešení průhybu desky 5 Výpočet deformace a napětí na skořepinách (membránová teorie) 6 Winklerův model podloží 7 Rezerva, opakování 8 O. Jiroušek (K618) 01 Základy matematické teorie pružnosti

Prerequisities aneb co máte znát Matematika, Statika - co byste měli znát Základní algebra (např. maticový počet) Infinitesimální počet (derivace funkce, diferenciál, řešení základních diferenciálních rovnic) Výpočet těžiště Momenty setrvačnosti Steinerova věta Výpočet reakcí (SUK SNK) Průběhy vnitřních sil na nosníku (N, T, M) Princip virtuálních prací (PVp, PVs) 9 O. Jiroušek (K618) 01 Základy matematické teorie pružnosti

Prerequisities aneb co máte znát Pružnost - co byste měli znát Analýza prutových konstrukcí Napětí při různých způsobech namáhání přímého prutu (tah/tlah, ohyb, krut, vzpěr) Diferenciální rovnice ohybové čáry a její řešení Rovinná napjatost, hlavní napětí. Mohrova kružnice. Přetvárná práce. 10 O. Jiroušek (K618) 01 Základy matematické teorie pružnosti

Prerequisities aneb co máte znát Teorie konstrukcí - co byste měli znát Staticky neurčité prutové konstrukce Silová metoda. Výpočet rámu silovou metodou. Deformační metoda. Výpočet rámu deformační metodou. Nosník na pružném Winklerově podloží Diferenciální rovnice ohybové čáry a její řešení Přetvoření rovinného prvku, virtuální práce 11 O. Jiroušek (K618) 01 Základy matematické teorie pružnosti

Motivace v obrazech Motivace v obrazech - porus enı dopravnı ch prostr edku, konstrukcı 12 O. Jirous ek (K618) 01 Za klady matematicke teorie pruz nosti

Motivace v obrazech Motivace v obrazech - porušení dopravních prostředků, konstrukcí 13 O. Jiroušek (K618) 01 Základy matematické teorie pružnosti

Motivace v obrazech Motivace v obrazech - výpočet dle normy, numerické metody (FEM), vždy ověřit ručním výpočtem 14 O. Jiroušek (K618) 01 Základy matematické teorie pružnosti

Motivace Motivace v obrazech Koncept napětí jako intenzity vnitřních sil v tělese Na těleso (konstrukci) působí vnější síly zatížení silové {F i } a momentové {M i } reakce ve vazbách (podporách) - opět síly a momenty vnitřní síly vznikají v libovolném řezu tělesa (konstrukce) dle principu akce a reakce posouvající (tečné) síly T y,z, normálové síly N, ohybové momenty M y,z a kroutící moment M x na (prostorovém) prutu {N x, T y, T z, M x, M y, M z} 15 O. Jiroušek (K618) 01 Základy matematické teorie pružnosti

Motivace v obrazech Prutové konstrukce Výpočet vnitřních sil - pouze osově namáhané pruty (spojené v kloubech, nepřenáší se ohybový moment) uvolnění konstrukce ve vazbách výpočet reakcí A x, A y, C x, C y 16 O. Jiroušek (K618) 01 Základy matematické teorie pružnosti

Motivace v obrazech Prutové konstrukce - pokračování výpočet reakcí výpočet normálových sil N 17 O. Jiroušek (K618) 01 Základy matematické teorie pružnosti

Motivace v obrazech Prutové konstrukce - pokračování posouzení? Určitě ne: F max,i < F lim (jak stanovit F lim?) koncept napětí v bodě, max. dovolené namáhání (pevnost, mez kluzu, součinitel bezpečnosti,...) σ i = N i < σ A dov i 18 O. Jiroušek (K618) 01 Základy matematické teorie pružnosti

Motivace v obrazech posouzení? Určitě ne: F max,i < F lim (jak stanovit F lim?) koncept napětí v bodě, max. dovolené namáhání (pevnost, mez kluzu, součinitel bezpečnosti,...) σ i = N i < σ A dov i 19 O. Jiroušek (K618) 01 Základy matematické teorie pružnosti

Základní rovnice matematické teorie pružnosti Základní rovnice 3D elasticity (15 rovnic pro 15 neznámých) u u = v w ε ε = z γ xy ε x ε y γ yz γ zx σ σ = z τ xy σ x σ y τ yz τ zx 20 O. Jiroušek (K618) 01 Základy matematické teorie pružnosti

Základní rovnice matematické teorie pružnosti Geometrické rovnice v maticovém zápise: ε x = a'b' AB AB ε y = a'c' AC AC = = u (dx+(u+ x dx) u) dx dx = u x v (dy+(v+ y dy) v) dy dy = v y ε x = u x x ε y = u y y ε z = u z z (1) 21 O. Jiroušek (K618) 01 Základy matematické teorie pružnosti

Základní rovnice matematické teorie pružnosti Geometrické rovnice (smyková deformace) Smyková deformace γ xy je součet úhlů mezi úsečkami AC a AB: γ xy = α + β: tan α = tan β = u y x dx u y dx + ux x dx = x 1 + ux x u x y dy dy + uy y dy = u x y 1 + uy y Pro malou hodnotu gradientu posunutí: u x x 1 ; u y y 1 Pro malé rotace, t.j. α a β 1 dostáváme: tan α α, tan β β Tudíž: α u y x ; β u x y γ xy = α + β = u y x + u x y γ xy = u y x + u x y γ xz = u z x + u x z γ yz = u z y + u y z 22 O. Jiroušek (K618) 01 Základy matematické teorie pružnosti (2) (3) (4)

Základní rovnice matematické teorie pružnosti Výsledné rovnice ε x = u x ε y = v y ε z = w z γ xy = u y + v x γ yz = v z + w y γ zx = u z + w x Potom můžeme geometrické rovnice zapsat v maticovém tvaru: ε = u 23 O. Jiroušek (K618) 01 Základy matematické teorie pružnosti

Základní rovnice matematické teorie pružnosti Statické podmínky rovnováhy (Cauchyho rovnice) v maticovém zápise: Podmínky rovnováhy na infinitesimálním objemu dv, náznakem: Fix = σ x dydz + τ xy dydz + τ xz dxdz Fiy = σ y dxdz + τ yx dxdz + τ yz dxdy Fiz = σ z dxdy + τ zx dxdz + τ xz dxdz 24 O. Jiroušek (K618) 01 Základy matematické teorie pružnosti

Základní rovnice matematické teorie pružnosti Tenzor napětí σ: σ 11 σ 12 σ 13 σ xx σ xy σ xz σ x τ xy τ xz σ = σ 21 σ 22 σ 23 σ yx σ yy σ yz τ yx σ y τ yz σ 31 σ 32 σ 33 σ zx σ zy σ zz τ zx τ zy σ z Zákon o sdružených smykových napětí Z momentových podmínek rovnováhy kolem těžišťových os plyne: τ xy = τ yx τ xz = τ zx Obecně lze zapsat: τ yz = τ zy τ ij = τ ji i, j (5) Tenzor napětí σ pak můžeme zapsat jako sloupcový vektor σ: σ = { σ x σ y σ z τ yz τ xz τ xy } T 25 O. Jiroušek (K618) 01 Základy matematické teorie pružnosti

Základní rovnice matematické teorie pružnosti Rozšířený Hookův zákon: ε 1 x = 1 E σ x ε 1 y = µε x = µ E σ x ε 1 z = µε x = µ E σ x ε 2 x = µε y = µ E σ y ε 2 y = 1 E σ y ε 2 z = µε y = µ E σ y ε 3 x = µε x = µ E σ z ε 3 y = µε x = µ E σ z ε 3 z = 1 E σ z ε x = ε 1 x + ε 2 x + ε 3 x ε y = ε 1 y + ε 2 y + ε 3 y ε z = ε 1 z + ε 2 z + ε 3 z ε x = 1 E σ x µ E σ y µ E σ z ε y = 1 E σ y µ E σ x µ E σ z ε z = 1 E σ z µ E σ x µ E σ y ε x = 1 [ σx µ(σ y + σ z ) ] E ε y = 1 [ σy µ(σ x + σ z ) ] E ε z = 1 [ σz µ(σ x + σ y ) ] E (6) (7) (8) 26 O. Jiroušek (K618) 01 Základy matematické teorie pružnosti

Základní rovnice matematické teorie pružnosti Rozšířený Hookův zákon (fyzikální rovnice) zapsat maticově takto: 1 ε x E µ E µ E 0 0 0 σ x ε y µ 1 E E µ E 0 0 0 ε z = µ E µ σ y 1 E E 0 0 0 σ z γ yz 1 0 0 0 G 0 0 τ yz γ xz 1 0 0 0 0 G 0 τ xz γ 1 xy 0 0 0 0 0 τ G xy Matice materiálové poddajnosti [C] pro izotropní materiál: 1 E µ E µ E 0 0 0 µ 1 E E µ E 0 0 0 [C] = µ E µ 1 E E 0 0 0 1 0 0 0 G 0 0 1 0 0 0 0 G 0 1 0 0 0 0 0 G Fyzikální rovnice v maticovém tvaru: {ɛ} = [C] {σ} = {σ} = [C] 1 {ε} = [D] {ε} 27 O. Jiroušek (K618) 01 Základy matematické teorie pružnosti