4. Napjatost v bodě tělesa

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

16. Matematický popis napjatosti

Pružnost a pevnost I

OTÁZKY K PROCVIČOVÁNÍ PRUŽNOST A PLASTICITA II - DD6

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

Analýza napjatosti PLASTICITA

vztažný systém obecné napětí předchozí OBSAH další

Obecný Hookeův zákon a rovinná napjatost

Kapitola 2. o a paprsek sil lze ztotožnit s osou x (obr.2.1). sil a velikost rovnou algebraickému součtu sil podle vztahu R = F i, (2.

Cvičení 7 (Matematická teorie pružnosti)

TENSOR NAPĚTÍ A DEFORMACE. Obrázek 1: Volba souřadnicového systému

7. Základní formulace lineární PP

Transformujte diferenciální výraz x f x + y f do polárních souřadnic r a ϕ, které jsou definovány vztahy x = r cos ϕ a y = r sin ϕ.

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

4. Statika základní pojmy a základy rovnováhy sil

Rozdíly mezi MKP a MHP, oblasti jejich využití.

Dvě varianty rovinného problému: rovinná napjatost. rovinná deformace

FAKULTA STAVEBNÍ. Telefon: WWW:

7. CVIČENÍ. Sedmé cvičení bude vysvětlovat tuto problematiku:

Kontrolní otázky pro průběžné studium a pro přípravu ke zkoušce ze statiky. Základní pojmy

b) Po etní ešení Všechny síly soustavy tedy p eložíme do po átku a p ipojíme p íslušné dvojice sil Všechny síly soustavy nahradíme složkami ve sm

MATEMATIKA II - vybrané úlohy ze zkoušek ( 2015)

Statika 1. Vnitřní síly na prutech. Miroslav Vokáč 11. dubna ČVUT v Praze, Fakulta architektury. Statika 1. M.

Hydromechanické procesy Hydrostatika

PRŮŘEZOVÉ CHARAKTERISTIKY

FAKULTA STAVEBNÍ NELINEÁRNÍ MECHANIKA. Telefon: WWW:

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

12. Prostý krut Definice

7 Lineární elasticita

Betonové konstrukce (S) Přednáška 3

2.5 Rovnováha rovinné soustavy sil

Momenty setrvačnosti a deviační momenty

MATEMATIKA II - vybrané úlohy ze zkoušek v letech

Napěťový vektor 3d. Díky Wikipedia za obrázek. n n n

Matematika II, úroveň A ukázkový test č. 1 (2016) 1. a) Napište postačující podmínku pro diferencovatelnost funkce n-proměnných v otevřené

Mechanika tuhého tělesa

Statika 1. Úvod & Soustavy sil. Miroslav Vokáč 22. února ČVUT v Praze, Fakulta architektury. Statika 1. M. Vokáč.

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

Matematika II, úroveň A ukázkový test č. 1 (2017) 1. a) Napište postačující podmínku pro diferencovatelnost funkce n-proměnných v otevřené

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

ANALÝZA KONSTRUKCÍ. 5. přednáška

Obr. 9.1 Kontakt pohyblivé části s povrchem. Tomuto meznímu stavu za klidu odpovídá maximální síla, která se nezývá adhezní síla,. , = (9.

Cvičení Na těleso působí napětí v rovině xy a jeho napěťový stav je popsán tenzorem napětí (

Fyzika 2 - rámcové příklady Magnetické pole - síla na vodič, moment na smyčku

b) Maximální velikost zrychlení automobilu, nemají-li kola prokluzovat, je a = f g. Automobil se bude rozjíždět po dobu t = v 0 fg = mfgv 0

Průmyslová střední škola Letohrad. Ing. Soňa Chládková. Sbírka příkladů. ze stavební mechaniky

Střední škola automobilní Ústí nad Orlicí

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

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

Matematika II, úroveň A ukázkový test č. 1 (2018) 1. a) Napište postačující podmínku pro diferencovatelnost funkce n-proměnných v otevřené

1.1 Shrnutí základních poznatků

s01. Základy statiky nutné pro PP

BIOMECHANIKA DYNAMIKA NEWTONOVY POHYBOVÉ ZÁKONY, VNITŘNÍ A VNĚJŠÍ SÍLY ČASOVÝ A DRÁHOVÝ ÚČINEK SÍLY

Prizmatické prutové prvky zatížené objemovou změnou po výšce průřezu (teplota, vlhkost, smrštění )

5. Statika poloha střediska sil

1. Úvod do pružnosti a pevnosti

1 Tuhé těleso a jeho pohyb

Pohyby tuhého tělesa Moment síly vzhledem k ose otáčení Skládání a rozkládání sil Dvojice sil, Těžiště, Rovnovážné polohy tělesa

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

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

PRUŽNOST A PEVNOST II

3.4.2 Rovnováha Rovnováha u centrální rovinné silové soustavy nastává v případě, že výsledná síla nahrazující soustavu je rovna nule. Tedy. Obr.17.

MECHANIKA TUHÉHO TĚLESA

K výsečovým souřadnicím

VEKTOROVÁ POLE Otázky

Kapitola 4. Tato kapitole se zabývá analýzou vnitřních sil na rovinných nosnících. Nejprve je provedena. Každý prut v rovině má 3 volnosti (kap.1).

Plošný integrál Studijní text, 16. května Plošný integrál

8. Základy lomové mechaniky. Únava a lomová mechanika Pavel Hutař, Luboš Náhlík

Technologie a procesy sušení dřeva

Mechanika kontinua. Mechanika elastických těles Mechanika kapalin

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ PRŮVODCE GB01-P03 MECHANIKA TUHÝCH TĚLES

Dynamika soustav hmotných bodů

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

Statika soustavy těles.

TUHÉ TĚLESO. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Mechanika - 1. ročník

Obsah. 2 Moment síly Dvojice sil Rozklad sil 4. 6 Rovnováha 5. 7 Kinetická energie tuhého tělesa 6. 8 Jednoduché stroje 8

Podmínky k získání zápočtu

Kap. 3 Makromechanika kompozitních materiálů

PRUŽNOST A PLASTICITA

Potenciální proudění

Vnitřní síly v prutových konstrukcích

OTÁZKY VSTUPNÍHO TESTU PP I LS 2010/2011

Předpjatý beton Přednáška 9. Obsah Prvky namáhané smykem a kroucením, analýza napjatosti, dimenzování.

Teorie prostého smyku se v technické praxi používá k výpočtu styků, jako jsou nýty, šrouby, svorníky, hřeby, svary apod.

6. Vektorový počet Studijní text. 6. Vektorový počet

PRUŽNOST A PLASTICITA I

6. ANALYTICKÁ GEOMETRIE

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

Pružnost a pevnost R. Halama, L. Adámková, F. Fojtík, K. Frydrýšek, M. Šofer, J. Rojíček, M. Fusek

Přednáška 08. Obecná trojosá napjatost

VEKTOROVÁ POLE VEKTOROVÁ POLE

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

13. Prostý ohyb Definice

A[a 1 ; a 2 ; a 3 ] souřadnice bodu A v kartézské soustavě souřadnic O xyz

A x A y. α = 30. B y. A x =... kn A y =... kn B y =... kn. Vykreslení N, V, M. q = 2kN/m M = 5kNm. F = 10 kn A c a b d ,5 2,5 L = 10

Ohyb nastává, jestliže v řezu jakožto vnitřní účinek působí ohybový moment, tj. dvojice sil ležící v rovině kolmé k rovině řezu.

Modelování blízkého pole soustavy dipólů

Cyklografie. Cyklický průmět bodu

Pružnost a plasticita II CD03

Kontraktantní/dilatantní

Transkript:

p04 1 4. Napjatost v bodě tělesa Předpokládejme, že bod C je nebezpečným bodem tělesa a pro zabránění vzniku mezních stavů je m.j. třeba zaručit, že napětí v tomto bodě nepřesáhne definované mezní hodnoty. Vektor obecného napětí f, které působí v elementárním okolí bodu C na plošce ds s normálou e n, charakterizuje napětí působící pouze v takto skloněném řezu a neříká nic o tom, jaká napětí působí v jinak orientovaných rovinách vedených bodem C. Přitom pro vyloučení mezního stavu je nutno zajistit jistou rezervu vůči mezním hodnotám napětí v kterékoli z těchto nekonečně mnoha rovin, v nichž působí různá obecná napětí f. Teprve souhrn všech těchto obecných napětí popisuje napěťový stav v tomto bodě a zavádíme pro něj název napjatost v bodě tělesa. Napjatost (napěťový stav) v bodě tělesa je množina obecných napětí ve všech řezech, které lze tímto bodem vést. obecné napětí OBSAH další

p04 2 Otázkou je, kolik elementárních plošek a jak orientovaných je nutno k úplnému určení stavu napětí neboli napjatosti v bodu C. Dá se dokázat, že obecné napětí v libovolném řezu vedeném bodem C lze vypočítat ze známých hodnot obecných napětí ve třech vzájemně kolmých řezech, vedených tímto bodem. Pro popis je účelné použít kartézský souřadnicový systém, jehož osy leží v průsečnicích těchto rovin. Obecná napětí budeme označovat písmenem podle normály plochy, ve které působí, tedy např. v plošce v rovině yz, kolmé k ose x, působí obecné napětí f x. Každé obecné napětí, které svírá s příslušnou plochou obecný úhel, lze rozložit do směrů os kartézského souřadnicového systému: f x = σ x i + τ xy j + τ xz k, f y = τ yx i + σ y j + τ yz k, f z = τ zx i + τ zy j + σ z k, kde parametry σ i (i = x, y, z) jsou normálová napětí, τ ij (i, j = x, y, z; i j) smykové napětí, první index i je směr normály roviny, ve které napětí působí a j udává směr působení τ ij. Tato tři obecná napětí lze sestavit vhodným způsobem do čtvercové matice, která reprezentuje v uvedené kartézské souřadnicové soustavě tenzor napětí T σ : T σ = σ x τ xy τ xz τ yx σ y τ yz τ zx τ zy σ z Poznámka Napjatost v bodě tělesa je jednoznačně určena tenzorem napětí T σ.

p04 3 V lineární pružnosti, vycházející mj. z předpokladu malých deformací, nejsou všechny složky tenzoru T σ nezávislé. Lze to doložit z momentové podmínky statické rovnováhy elementárního prvku. Uvolníme-li uvnitř spojitého tělesa trojnásobně elementární prvek, v jeho rovinných stěnách (souřadnicové roviny yz, xz a xy) působí obecná napětí fi. V protilehlých stěnách působí obecná napětí f i. Poznámka ke znaménkové konvenci: Z obrázku je patrné, jak jsou zavedeny kladné složky tenzoru napětí působí na kladných stěnách (vnější normála je orientována souhlasně s některou ze souřadnicových os) ve smyslu kladném. Na záporných stěnách kvádru (orientace vnější normály v záporném smyslu souřadnicové osy) působí kladné složky v záporném smyslu os. MCz = 0 : [ (τ xy +τ xy)dydz Z momentových podmínek k bodu C, který je v těžišti elementu, plyne ] dy 2 = 0 (τ xy+τ xy) (τ yx +τ yx) = 0. ] dx 2 [ (τ yx +τ yx)dxdz Obecná napětí v přední a zadní stěně elementu (s normálou z) nejsou v obrázku zakreslena z důvodu přehlednosti. Výslednice objemových (např. tíhových) sil působících na prvek prochází jeho těžištěm C, jejich moment k tomuto bodu je tedy nulový. Napětí v protilehlých stěnách elementu jsou přibližně stejně velká (platí τ xy τ xy a τ yx τ yx), proto τ xy = τ yx. Analogicky z momentových podmínek pro složky M C ve směru os x a y plyne τ yz = τ zy a τ xz = τ zx.

p04 4 Prvky tenzoru T σ umístěné symetricky kolem hlavní diagonály (smyková napětí) jsou shodné, jinými slovy u smykových napětí nezáleží na pořadí indexů. Obecně lze tyto relace zapsat rovnicí τ ij = τ ji, slovně ji vyjadřuje věta o sdruženosti smykových napětí. Smyková napětí působící ve vzájemně kolmých elementárních řezech kolmo k jejich průsečnici jsou stejně veliká a orientovaná buď k průsečnici nebo od ní. Stav napětí je tedy charakterizován právě 6 nezávislými složkami symetrického tenzoru napětí T σ. Napjatost v bodě tělesa je popsána tenzorem napětí v tomto bodě a může být stanovena v závislosti na zatížení tělesa, jeho tvaru a materiálových vlastnostech a poloze bodu v tělese. Napjatost tělesa je množina napjatostí ve všech bodech tělesa. Je určena tenzorovým polem, tj. množinou tenzorů napětí pro všechny body tělesa. Závisí na zatížení tělesa, jeho tvaru a materiálových vlastnostech. Napjatost tělesa označujeme jako homogenní, jestliže napjatost ve všech bodech tělesa je shodná, tj. tenzory napětí ve všech bodech tělesa jsou totožné. sdruženost smykových napětí

p04 5 4.1. Saint Venantův princip Při řešení praktických problémů pružnosti obvykle neznáme rozložení vnějších sil působících na povrch tělesa a musíme je nahrazovat zjednodušeným modelem silového působení (osamělá síla, silová dvojice, plošná síla konstantní velikosti atd.). Základní otázkou použitelnosti výsledků v praxi je, jak se změní napjatost tělesa, když soustavu vnějších sil nahradíme jinou staticky ekvivalentní soustavou. Podrobné rozbory ukazují, že napjatost tělesa (tj. stav napětí v jednotlivých bodech tělesa) způsobená silovou soustavou Π působící na části povrchu Γ S o lineárním rozměru δ se liší podstatně od napjatosti téhož tělesa zatíženého jinou, staticky ekvivalentní silovou soustavou působící na Γ S, pouze v takovém objemu materiálu v okolí plochy Γ S, jehož rozměry se řádově shodují s rozměrem δ. ekvivalence

p04 6 Znázorníme-li průběh jedné složky tenzoru napětí (např. σ x ) podél přímky vedené tělesem, a to pro původní rozložení sil (realita R) a pro náhradní, staticky ekvivalentní (SE) rozložení (1 a 2), vidíme, že v dostatečné vzdálenosti od bodu A jsou napětí prakticky stejná. Uvedené skutečnosti formuluje pro PP zcela zásadní věta, označovaná jako Saint Venantův princip. Saint Venantův princip. Nahradíme-li v určité oblasti tělesa jednu silovou soustavu jinou, staticky ekvivalentní soustavou, pak napjatost tělesa je pro obě zatížení prakticky stejná s výjimkou blízkého okolí oblasti náhrady, jehož rozměry δ jsou srovnatelné s rozměry této oblasti.

p04 7 Význam Saint Venantova principu: a) umožňuje správně používat výpočtové modely silového působení (objemových a plošných sil) b) umožňuje správně zavádět výpočtové modely styku těles c) lze usuzovat na nesprávnost používání některých zjednodušení, která jsou běžná ve statice, při řešení napjatosti a deformace Podle Saint Venantova principu je tedy v pružnosti a pevnosti možné nahrazovat silovou soustavu jinou, staticky ekvivalentní silovou soustavou. Přípustnost tohoto nahrazení je však závislá na mezních stavech, které rozhodují o provozní schopnosti skutečného tělesa. Jestliže provozní schopnost tělesa je určena mezními stavy v podtělese Ω M, pak přípustné nahrazení je takové, když Ω M neobsahuje žádný bod oblasti Ω S (oblast ovliněná náhradou silového působení na ploše Γ S ). Jinak řečeno, oblast, ve které provádíme staticky ekvivalentní náhradu silového působení, není rozhodující pro vznik mezních stavů. V opačném případě je nahrazení obecně nepřípustné.

p04 8 Někdy je možné připustit SE náhradu i v případě, kdy se oblasti Ω S a Ω M překrývají. Je to tehdy, když oblast nahrazení je relativně malá vůči řešenému tělesu a riziko vzniku mezních stavů je při zatížení náhradní silovou soustavou poněkud vyšší než ve skutečnosti (viz příklad výpočtového modelu na obrázku). předchozí OBSAH následující kapitola