Cvičení 2 (MKP_příklad)

Podobné dokumenty
Cvičení 5 (Potrubní systémy)

Podpora digitalizace a využití ICT na SPŠ CZ.1.07/1.5.00/

a polohovými vektory r k

Reprezentace přirozených čísel ve Fibonacciho soustavě František Maňák, FJFI ČVUT, 2005

Autor: Vladimír Švehla

Cvičení 7 (Matematická teorie pružnosti)

Sedmé cvičení bude vysvětlovat tuto problematiku:

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

Střední škola automobilní Ústí nad Orlicí

ZÁKLADY ROBOTIKY Transformace souřadnic

Statika soustavy těles.

MOMENT SETRVAČNOSTI. Obecná část Pomocí Newtonova pohybového zákona síly můžeme odvodit pohybovou rovnici pro rotační pohyb:

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

MOMENT SETRVAČNOSTI. Obecná část Pomocí Newtonova pohybového zákona síly můžeme odvodit pohybovou rovnici pro rotační pohyb:

2.1 Shrnutí základních poznatků

Řešení testu 2b. Fyzika I (Mechanika a molekulová fyzika) NOFY ledna 2016

PRUŽNOST A PEVNOST II

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS Řešené úlohy a postupy: Spojité rozložení náboje

Pohyb tělesa, základní typy pohybů, pohyb posuvný a rotační. Obsah přednášky : typy pohybů tělesa posuvný pohyb rotační pohyb geometrie hmot

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

VYUŽITÍ MATLABU JAKO MOTIVAČNÍHO PROSTŘEDKU VE VÝUCE FYZIKY NA STŘEDNÍCH ŠKOLÁCH

7.3.9 Směrnicový tvar rovnice přímky

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

Duktilní deformace, část 1

2.5 Rovnováha rovinné soustavy sil

CVIČENÍ č. 10 VĚTA O ZMĚNĚ TOKU HYBNOSTI

f (k) (x 0 ) (x x 0 ) k, x (x 0 r, x 0 + r). k! f(x) = k=1 Řada se nazývá Taylorovou řadou funkce f v bodě x 0. Přehled některých Taylorových řad.

MĚŘENÍ MOMENTU SETRVAČNOSTI Z DOBY KYVU

Příklady: - počet členů dané domácnosti - počet zákazníků ve frontě - počet pokusů do padnutí čísla šest - životnost televizoru - věk člověka

β 180 α úhel ve stupních β úhel v radiánech β = GONIOMETRIE = = 7π 6 5π 6 3 3π 2 π 11π 6 Velikost úhlu v obloukové a stupňové míře: Stupňová míra:

DOPLŇKOVÉ TEXTY BB01 PAVEL SCHAUER INTERNÍ MATERIÁL FAST VUT V BRNĚ TUHÉ TĚLESO

Namáhání krutem. Napětí v krutu podle Hookova zákona roste úměrně s deformací a svého maxima dosahuje na povrchu součásti

Kˇriv e pruty Martin Fiˇser Martin Fiˇ ser Kˇ riv e pruty

Buckinghamův Π-teorém (viz Barenblatt, Scaling, 2003)

Těleso na nakloněné rovině Dvě tělesa spojená tyčí Kyvadlo

Dynamika vázaných soustav těles

1. výpočet reakcí R x, R az a R bz - dle kapitoly 3, q = q cosα (5.1) kolmých (P ). iz = P iz sinα (5.2) iz = P iz cosα (5.3) ix = P ix cosα (5.

Délka kružnice (obvod kruhu) II

7.3.9 Směrnicový tvar rovnice přímky

Globální matice konstrukce

1 Diference a diferenční rovnice

1 Veličiny charakterizující geometrii ploch

Konstrukční a technologické koncentrátory napětí

Goniometrické rovnice

VYBRANÉ PARTIE Z NUMERICKÉ MATEMATIKY

0.1 Úvod do lineární algebry

Obecný Hookeův zákon a rovinná napjatost

Dvě varianty rovinného problému: rovinná napjatost. rovinná deformace

Analýza napjatosti PLASTICITA

Veličiny charakterizující geometrii ploch

Oddělení pohybu elektronů a jader

R β α. Obrázek 1: Zadání - profil složený ze třech elementárních obrazců: 1 - rovnoramenný pravoúhlý trojúhelník, 2 - čtverec, 3 - kruhová díra

Betonové konstrukce (S) Přednáška 3

Soustavy lineárních rovnic

7. CVIČENÍ. Sedmé cvičení bude vysvětlovat tuto problematiku:

1.7.2 Moment síly vzhledem k ose otáčení

4. Napjatost v bodě tělesa

11. cvičení z Matematiky 2

Zadání semestrální práce z předmětu Mechanika 2

TENSOR NAPĚTÍ A DEFORMACE. Obrázek 1: Volba souřadnicového systému

MATEMATIKA II V PŘÍKLADECH

Jaroslav Reichl. Střední průmyslová škola sdělovací techniky Panská 3 Praha 1

Analytická geometrie lineárních útvarů

KMA/P506 Pravděpodobnost a statistika KMA/P507 Statistika na PC

(Cramerovo pravidlo, determinanty, inverzní matice)

Aproximace posuvů [ N ],[G] Pro každý prvek se musí nalézt vztahy

Rozdíly mezi MKP a MHP, oblasti jejich využití.

Moment síly výpočet

Princip virtuálních prací (PVP)

Příklady pro předmět Aplikovaná matematika (AMA) část 1

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

Pružnost a plasticita II CD03

Nelineární problémy a MKP

p + m = 2 s = = 12 Konstrukce je staticky určitá a protože u staticky určitých konstrukcí nedochází ke změně polohy je i tvarově určitá.

Matematika 1 MA1. 1 Analytická geometrie v prostoru - základní pojmy. 4 Vzdálenosti. 12. přednáška ( ) Matematika 1 1 / 32

4. Statika základní pojmy a základy rovnováhy sil

SMR 1. Pavel Padevět

7 Lineární elasticita

Cvičení 9 (Výpočet teplotního pole a teplotních napětí - Workbench)

NOSNÍK NA PRUŽNÉM PODLOŽÍ (WINKLEROVSKÉM)

l, l 2, l 3, l 4, ω 21 = konst. Proved te kinematické řešení zadaného čtyřkloubového mechanismu, tj. analyticky

Vektory II. Předpoklady: Umíme už vektory sčítat, teď zkusíme opačnou operací rozklad vektoru na složky.

ZDM RÁMOVÉ KONSTRUKCE

Spolehlivost nosné konstrukce

Kinematika. Hmotný bod. Poloha bodu

Cavendishův pokus: Určení gravitační konstanty,,vážení Země

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.

Projekty - Vybrané kapitoly z matematické fyziky

Praha & EU: investujeme do vaší budoucnosti. Daniel Turzík, Miroslava Dubcová,

OHYB (Napjatost) M A M + qc a + b + c ) M A = 2M qc a + b + c )

VŠB Technická univerzita Ostrava Fakulta strojní Katedra pružnosti a pevnosti (339) Metoda konečných prvků MKP I (Návody do cvičení)

α = 210 A x =... kn A y =... kn A M =... knm

0.1 Úvod do lineární algebry

Soustavy linea rnı ch rovnic

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

16. Matematický popis napjatosti

Příklad 70 Vypočet konstanty šíření (fázová konstanta, měrný útlum)

K618 FD ČVUT v Praze (pracovní verze). Tento materiál má pouze pracovní charakter a bude v průběhu semestru

- Pokud máme na množině V zvoleno pevné očíslování vrcholů, můžeme váhovou funkci jednoznačně popsat. Symbolem ( i)

Příloha-výpočet motoru

Transkript:

VŠB Technicá univezita Ostava aulta stoní Kateda pužnosti a pevnosti (9) Úvod do MKP (Návody do cvičení) Cvičení (MKP_přílad) Auto: Jaoslav oíče Veze: Ostava 9

Úvod do Metody onečných pvů př. tyč. Každé těleso (soustavu těles) můžeme ozdělit na menší a ednodušší pvy. Znalost řešení těchto ednoduchých pvů pa můžeme využít řešení celého tělesa. ØD ØD Ob. Dáno: 5 mm, D mm, D mm (), N, MPa (G). Uči: eace. Ostatní vlivy (např. vlastní tíha) sou zanedbány. Tato úloha e ednoozměná a využívá pve (element) typu in. Tento pve má dva uzly i,, místa de se pve stýá s oolními pvy nebo oolím (vazby). se může posouvat ve směu osy pvu (posuv budeme nazývat ) a může obsahovat sílu (sílu budeme nazývat ). Pve má dva paamety, modul pužnosti v tahu a plochu půřezu. Dále můžeme aždému pvu přiřadit délu. chématicy e pve popsán v Tab.. Tab.,, i i i + Put uchytíme v uzlu i, pa platí: Po podloužení putu pa můžeme sestavit ovnici (viz cvičení ): i ( i ) (ovnice ). Podobně uchytíme put i v uzlu, pa platí: Po podloužení putu pa můžeme sestavit * i ovnici: i i ( i ) (ovnice ). Z těchto dvou ovnic sestavíme matici tuhosti pvu: i ( i ) i i K, ( i ) de epezentue veto vněších sil, K matici tuhosti pvu a veto posunutí. Matice tuhosti ednotlivých typů pvů lze nalézt v liteatuře, případně v manuálu MKP pogamům (Ansys, Mac, apod.). V našem příladu bude stačit vytvořit dva pvy viz Ob. a sestavit matice tuhosti pvů: K, K. Naši úlohu, viz Ob., můžeme sestavit pomocí dvou pvů typu lin. Úloha obsahue tři uzly, a. V uzlu e síla-eace, uzel e vetnutý (nemůže se tedy posouvat a platí ). V uzlu působí síla, uzel se může posouvat ve směu osy pvů a hodnotu posuvu neznáme. V uzlu e síla-eace, uzel e vetnutý (nemůže se tedy posouvat a platí ). /

/ N N N,,,, Ob.. Globální matici tuhosti [K G ], teá popisue chování celé úlohy, sestavíme z loálních matic K, K. estavení globální matice tuhosti soustavy uazue Tab.. Tab.. Matice tuhosti pvů: Matice tuhosti globální K, K., Výše uvedený postup sestavení globální matice tuhosti lze použít pouze u velmi ednoduchých úloh (ednoozměné úlohy s edním nebo dvěma pvy). Po složitěší případy e nutné využít maticových metod (např. loalizační tabula). Obecněší odvození a postup e uveden např. v []. Dále musíme sestavit veto vněších sil a z oaových podmíne veto posunů. Z Ob. snadno zistíme, že síly, odpovídaí eacím, síla odpovídá síle. teným způsobem lze učit veto posunů. Posun uzlu označený má nulovou hodnotu, neboť uzel leží v místě vazby (vetnutí). Podobně posun uzlu označený bude taé nulový. Po dosazení výše uvedených hodnot zísáme: Dále upavíme ovnici do tvau vhodněšího po řešení. Přesuneme řády a sloupce matice tuhosti. Vyměníme duhý a třetí sloupec u matice tuhosti a ím odpovídaící hodnoty u vetou posuvů.

4/ Vyměníme duhý a třetí řáde u matice tuhosti a ím odpovídaící hodnoty u vetou sil. Nyní můžeme úlohu ozdělit A oznásobit ednotlivé matice Po dosazení nul v pvním vetou posunutí (oaové podmíny) dostaneme dvě soustavy ovnic, teé iž snadno vyřešíme. (a) (b) Nepve vyřešíme soustavu (b), (např. Mathcad): mm Dosadíme do soustavy (b) a vyřešíme. N Vyzoušete si celý postup na podobném příladu např. Ob.. Matice pvu bude stená, stačí na záladě obázu sestavit globální matici tuhosti, veto sil a posunů.

C D ut. Ob.. Podobným způsobem můžeme řešit i ostatní úlohy pužnosti - putové soustavy, ohyb, Úvod do Metody onečných pvů př. ut ØD Dáno:,,, D, D, D, M, M, G. M ØD Uči: eace. M Ob. 4 Řešení úlohy e velmi podobné předchozímu případu řešíme ednoozměnou úlohu. V aždém uzlu e pouze edna hodnota epezentuící moment a edna epezentuící úhel zoucení. Tento pve má dva uzly i,, místa de se pve stýá s oolními pvy nebo oolím (vazby). se může otáčet olmo e směu osy pvu (natočení budeme nazývat ) a může obsahovat moment (moment budeme nazývat ). Pve má dva paamety, G modul pužnosti v tahu a J p polání moment setvačnosti plochy (J p π D 4 ). Dále můžeme aždému pvu přiřadit délu. Zavedeme označení momentu a úhlu natočení shodné ao v předchozím příladu. chématicy e pve popsán v Tab.. Tab. i i i ØD, G, J p + Šipa označue naznačený smě otace a momentu. oální matice tuhosti pvu: G J p J p J p i ( i ) i i G K G J p J p J, p ( i ) de epezentue veto vněších sil, K matici tuhosti pvu a veto natočení. Vidíme, že postup e téměř stený ao v předchozím příladu. Na záladě zadání vytvoříme tři pvy a 4 uzly. Dosazením příslušných indexů do ovnic uvedených v Tab. sestavíme tři loální matice tuhosti: J p J p J p J p K G G, K G G J p J p J p J p, 5/

J p J p 4 K G G J p 4 44 J p. Naši úlohu, viz Ob. 4, můžeme sestavit pomocí tří pvů. Úloha obsahue čtyři uzly,, a 4. V uzlu N e moment-eace, uzel e vetnutý (nemůže se tedy otáčet a platí ). V uzlu N působí moment, uzel se může otáčet a hodnotu natočení neznáme. V uzlu N působí moment, uzel se může otáčet a hodnotu natočení neznáme. V uzlu N 4 e moment-eace, uzel e vetnutý (nemůže se tedy otáčet a platí ). Tyto podmíny sou schematicy naznačeny v Ob. 5. N G, J p, G, J p M G, J p 4 N M N N 4 4 Ob. 5. Globální matici tuhosti [K], teá popisue chování celé úlohy, sestavíme z loálních matic K. Každý uzel má volnosti a uzel se může natáčet paamet i. V našem K, K, případě má globální matice soustavy toli řádů a sloupců, oli e uzlů tedy 4x4. estavení globální matice tuhosti soustavy uazue Tab. 4. Tab. 4. Matice tuhosti pvů: K G, K G, 4 K G. 4 44 oální matice K i i převedeme na loalizované matice pvů K, teé maí stený řád ao globální matice K. Jednotlivé pvy loálních matic tuhosti přiřadíme odpovídaícím uzlům v nulové matici steného řádu ao globální matice. K, K, K 4 4 4 44 4 Globální matici zísáme sečtením loalizovaných matic pvů. Výsledná hodnota pvu globální matice tuhosti e dána součtem hodnot pvů loalizovaných matic. čítáme pvy příslušné pvům (elementům), teé se v uzlu stýaí. K K + K + K + + 4 4 44 Dále musíme sestavit veto vněších sil a z oaových podmíne veto natočení. Z Ob. 5 snadno zistíme, že momenty, 4 odpovídaí eacím, moment odpovídá M, moment odpovídá M. teným způsobem lze učit veto natočení. Natočení uzlu označené má nulovou hodnotu, neboť uzel leží v místě vazby (vetnutí). Podobně natočení uzlu 4 označené 4 bude taé nulové. Po dosazení výše uvedených hodnot zísáme: 6/

J p J p M M 4 G J p J p + J p J p J p J p + J p J p J p J p Po zednodušení předpoládeme, že: J p J p J p J p,. Po dosazení zísáme ovnici: oustavu upavíme: M G J p M 4 M M 4 4 M M G J p G J p G J p 4 + G J p G J p 4 M G J p M + G J p M G J p M Dále vydeme z ovnice: M G J p M M A A M A A Učíme invezní matici a dosadíme: 4 G J p G J p G J p G J p M M M M M M 7/

Úvod do Metody onečných pvů př. vlastní tíha ØD g Dáno:,, D,,, ρ, g. Uči: posunutí Ob. 6 Úlohu můžeme řešit více způsoby. Mezi ty neednodušší patří nahazení vlastní tíhy spoitým zatížením tedy modifiace zatížení. Znovu řešíme ednoozměný poblém a použieme stený pve ao v pvním případě. V aždém uzlu e pouze edna hodnota epezentuící sílu a edna epezentuící posunutí. Tento pve má dva uzly i,, místa de se pve stýá s oolními pvy nebo oolím (vazby). se může posouvat ve směu osy pvu (posunutí budeme nazývat ) a může obsahovat sílu (sílu budeme nazývat ). Pve má dva paamety, modul pužnosti v tahu a - plochu půřezu ( π D ). Dále můžeme aždému 4 pvu přiřadit délu. chematicy e pve popsán v Tab. 5. Tab. 5 i oální matice tuhosti pvu: i ( i ) i ( i ) de i i,, i K epezentue veto vněších sil, K matici tuhosti pvu a, veto natočení. ílu, teá e způsobena vlastní tíhou tělesa ozpočteme do uzlů. Postup e naznačen v Tab. 6. Tab. 6 g G i G / i G / G / G /+ G / G/ +G G / G/ Původní úloha tyč zatížená silou upostřed a vlastní tíhou. Tyč ozdělíme na dva pvy se třemi uzly. íla epezentuící vlastní tíhu bude působit v těžišti pvu. Tuto sílu ozdělíme na dvě části do uzlů pvu. Duhý pve upavíme steným způsobem a oba pvy spoíme. Posledním oem e přidání síly. Po zednodušení budeme předpoládat, že G G G. 8/

Nyní iž můžeme sestavit loální i globální matice tuhosti, veto pavých stan a veto posunů. oální matice tuhosti: K, K. Globální matice tuhosti: K sestavíme snadno z Tab. 6. Z Ob. snadno zistíme, že síla odpovídá eaci, hodnotu G G G ρ g dopočteme z ozměů pvu. Budeme taé předpoládat, že. teným způsobem lze učit veto posunů. Posun uzlu označený má nulovou hodnotu, neboť uzel leží v místě vazby (vetnutí). Po dosazení výše uvedených hodnot zísáme: Veto vněších sil a veto posunů Dále upavíme: G G G G + G G oustavu ovnic budeme řešit pomocí Gausovy eliminační metody: + G + G Ke duhé ovnici přičteme pvní: + G + + G + + G Po úpavě: + G + G Posuvy zistíme zpětným dosazením: + G + G + G + G + G 9/

A eaci: G + G + G + G + G Po poovnání výsledu znovu využieme znalosti lasicé pužnosti. Celové podloužení tyče zatížené silou a vlastní tíhou vypočtené analyticy e:. Což odpovídá podloužení v uzlu, dosadíme do ovnice: + G + ρ g + G + ρ g. Zísali sme tedy stený výslede. Zusme poovnat ednotlivá řešení a postup, teý sme po řešení použili, viz Tab. 7. Tab. 7. MKP pve Po pve platí: Po úpavě: Závislost mezi zatížením a podloužením e lineání. Analyticy úse Po úse : N x + x ρ g. N x dx + ρ g Závislost mezi zatížením a podloužením není lineání. Δ MKP e numeicá metoda. utečná závislost e nahazena funcí např. u x α + α x + α x. V našem případě sme používali pouze pvní dva členy. Řešení e tedy přibližné, snažíme se splnit učité podmíny v uzlech. V případech, dy sutečná závislost e lineání, zísáme analyticé řešení. V případech, dy sutečná závislost není lineání, zísáme řešení numeicé. Nyní se pousíme nastínit stený postup, ale pomocí vaiačního pincipu. Nepve se zaměříme na ozlišení vnitřních a vněších sil. Jednoduché vysvětlení e uvedeno v následuící Tab. 8. Tab. 8. Potenciální enegie vněších sil Potenciální enegie vnitřních sil ibovolné těleso zatížíme učitou silou. íla není závislá na posuvech w ale naopa. Můžeme tedy napsat: da dw. Celová páce e: A dw. Vzhledem (w) tomu, že síla není funcí posuvu, můžeme sílu vytnout. Tedy: A Potenciální enegie vněších sil e: A w dw (w) Vnitřní síly sou naopa vyvozeny vněšími silami nesou nezávislé. Vzáemnou závislost mezi napětím a defomacemi učue Hooův záon. Tedy: u ς(ε)dε ε dε. (ε) (ε) Měná potenciální enegie vnitřních sil e: ε ς ε u /

Celová potenciální enegie tělesa e dána součtem potenciální enegie vněších a vnitřních sil: Π A + u dv A + U. Ze všech možných stavů, teé připouštěí vazby, nastane ten, (V) teý má minimální potenciální enegii. V matematice se vyhledání minima funce používala deivace, v našem případě použieme vaiaci. ozdíl e v tom, že nehledáme minimum (deivace), ale minimum, teé připouštěí vazby (vaiace). Tedy: δπ δa + δu. V našem případě bude výpočet vaiace a deivace stený. Nyní předeme z lasicých ovnic maticovým tvaům. Po podloužení v libovolném i uzlu platí: l i A l. Tansponovaný veto: l T T A T. ílu vyádříme z Hooova záona: ς ε. ovnici převedeme od maticového tvau:. Měnou potenciální enegii vnitřních sil můžeme vyádřit: u ς ε, potenciální enegii v elementu: du ς ε dv a celovou l enegii pa zísáme integací U ς ε dv. Po dosazení z ovnic,, (V) zísáme: U dv. ovnici převedeme do maticového tvau, tomu (V) použieme ednoduchou pomůcu: U x x + y y T Podobně učíme potenciální enegii vněších sil Q: A Q x x Q y y T Q. Z ovnic lasicé pužnosti:, l l l Nyní se vátíme celové potenciální enegii tělesa a dosadíme výše připavené maticové vztahy: Π A + U T Q + T T Q + T A T Π T Q + T A T T Q + T A T A Po zednodušení zavedeme matici tuhosti [K]: K A T A. Výsledná ovnice popisuící potenciální enegii tělesa v maticové fomě e: Π T Q + T K. Nyní povedeme vaiaci δπ. Znovu se uchýlíme demonstaci pomocí deivace. ovnici potenciální enegie schematicy nahadíme: Π x Q + x K, ovnici deivueme: dπ Q + x K a převedeme do maticové fomy δπ δ T Q + K. dx Výslede můžeme zapsat např. tato: Q + K nebo K Q, de K e matice tuhosti, e veto posuvů a Q e veto pavých stan. Naonec učíme matici tuhosti po náš případ: K A T A. Poovnáním s Tab. 5 zistíme, že sme zísali stený výslede. l /

4 Úvod do Metody onečných pvů př. 4 - putová soustava, α, α Dáno:,,,,,, α, α, α. Uči: eace, posunutí v uzlech. α Ob. 7 Na ozdíl od předchozích úloh e tato úloha ovinná, aždý uzel se může posouvat v ose x a ose y a má tedy dva stupně volnosti. Tento pve má dva uzly i,, místa de se pve stýá s oolními pvy nebo oolím (vazby). Vydeme znovu z tyčového pvu, v tomto případě má pve navíc paamet α, teý odpovídá slonu pvu, viz Tab. 9. Tab. 9 oální matice tuhosti pvu:,, i i i i i K Mezi posuvem ve směu osy putu a posuvem ve směu os x a y můžeme napsat y vztahy: ix i cos (α ) x iy i sin α x cos α,, x y y sin (α ) iy i V maticovém tvau: ix α ix cos (α ) iy sin (α ) i i ix x cos (α ) iy y sin (α ) Záladní tva tansfomační ovnice: T Po tansfomaci tenzoů ůzných souřadných systémů se používá vztah: T. Tenzo e fyziální veličina a poznáme e podle toho, že splňue tansfomační ovnici. Po matici tuhosti můžeme použít tansfomační vztah: K T K T T, odvození můžete nalézt např. v []. Nyní můžeme sestavit matici tuhosti po pootočený pve: cos (α ) T K sin (α ) cos (α ) sin (α ) cos (α ) cos (α ) sin (α ) sin (α ) a po úpavě: K cos (α ) sin α cos (α ) cos (α ) sin α cos (α ) sin α cos (α ) sin (α ) sin α cos (α ) sin (α ) cos (α ) sin α cos (α ) cos (α ) sin α cos (α ) sin α cos (α ) sin (α ) sin α cos (α ) sin (α ) /

Po zednodušení budeme psát: K c s c c s c s c s s c s c s c c s c s c s s c s Nyní popíšeme úlohu ta, abychom mohli sestavit ozšířené matice tuhosti, globální matici tuhosti, veto posuvů a veto pavých stan (sil), viz Ob. 8. Po zednodušení znovu položíme,. ozšířené matice tuhosti pvů: c s c c s c s c s s c s K c s c c s c s c s s c s Globální matice tuhosti: K K Veto posuvů a veto pavých stan (sil): Řešíme úlohu: y sin (α ) x y c s c c s c s c s s c s c s c c s c s c s s c s c s c c s c s c s s c s c s c c + c s c + s c c s c s c s s c + s c s + s s c s c s c c s c s c s s c s, x cos (α ) y x y α x y,, Q α Ob. 8 y x y cos(α ) sin(α ) x y x x.. /

c s c c s c s c s s c s c s c c + c s c + s c c s c s c s s c + s c s + s s c s c s c c s c s c s s c s Po úpavě: c s c c s c s c s s c s c s c c s c s c s s c s c s c c s c c + c s c + s c x s c s s c s s c + s c s + s y A ozdělení, nepve vyřešíme soustavu: c + c s c + s c x s c + s c s + s cos(α ) y sin(α ) Pa dosazením posuvů dořešíme eace: c s c x s c s x y c s c y x s c s y x y x y cos(α ) sin(α ) x y x y x y cos(α ) sin(α ) Po řešení soustav ovnic se často využívaí taé iteační metody. Nepve dosadíme číselné hodnoty, např. mm, mm, MPa, α 9, α 45, x N, y 4 N:,5,5,5,5 x y 4 Řešíme soustavu ovnic:,5 x +,5 y 4.8,5 x +,5 y 9 Mezi neednodušší patří následuící postup. Upavíme na iteační tva: 5 x +5 x 48 5 y + 5 x 5 y 9 5 x x 48 5 y + 5 x 5 y 9 5 x x 4.8.5 y +. 5 x y.7. x Opaovaným dosazováním do vzoců zísáme výsledný posuv. Nultý o: x 4.8 + 4.8 y.7..7 Pvní o: x 4.8.5.7 +.5 4.8.85 y.7. 4.8. Duhý o, atd. Něoli dalších oů e v Tab. 9. Tab. 9 4 5 6 7 8 9 x 9.5.85 -.6 -.57 -.9 - -.45 -.77-4. -4. -4. -4.4 y.7..4.8..5.7.8.9 4.4 4. 4. 4/

Konvegenci můžeme uychlit dosazením částečných výsledů. Nultý o: x 4.8 + 4.8 y.7. 4.8. Pvní o: x 4.8.5. +.5 4.8.64 y.7..64. Duhý o, atd. Něoli dalších oů e v Tab. 9. Tab. 9 4 5 6 7 8 9 x 4.8.64 -.45 -.85 -.8 -.4 -.8-4 -4.8-4.4-4.48 y 9.54..85..6.8.9 4. 4. 4.6 4.9 Výpočet opaueme, doud se hodnoty dostatečně mění. Dále dořešíme eace: c s c x.x 4 s c s 4.64 c s c 4.4 y.x 5 x x 5 s c s y x 5 5 Úvod do Metody onečných pvů př.5 - ohyb M Dáno:,, D, D, M,. Uči: eace, posunutí v uzlech ØD ØD Ob. 9 Úloha e ovinná, edná se o ohyb. Každý uzel se může posouvat v ose y ( i, ) a otáčet (, l ) a má tedy dva stupně volnosti. V aždém uzlu e taé síla v ose y ( i, ) a moment (, l ). Pve má dva uzly m, n, místa de se pve stýá s oolními pvy nebo oolím (vazby). Po ednoduchost budeme předpoládat pouze přímé nosníy (α) a záoveň zanedbáme síly a posuvy v ose x. Budeme předpoládat malé defomace (tg(φ) φ), chaateistia půřezu po ohyb e osový moment setvačnosti plochy (J πd4 ). Pve e popsán v Ob.. 64 l o, J o, l i o m i Ob. n Postup používaný odvození loálních matic tuhosti ve výše uvedených příladech se nazývá stutuální analýza. Při odvození sme vycházeli ze znalosti analyticých vztahů lasicé pužnosti (tah-tla, ut). V tomto případě použieme Castiglianovy věty na odvození potřebných ovnic. Úlohu zednodušíme a vyřešíme posuvy a natočení, pa výsledné ovnice upavíme do tvau odpovídaícího pvu popsanému na Ob.. Pve se obvyle nazývá Beam. chéma 5/

řešení pvní poloviny úlohy a výpočet posunutí a natočení pomocí Castigliánových vět e popsán v Tab.. Tab. A Záladní ovnice : y B M(x J i ) M(x i) dx () i φ B M(x J i ) M(x i) dx () M i Moment v řezu: M x B x M B x, Deivace: M(x ) x, M(x ) M y B J B x M B x dx φ B J B x M B dx y B B M B φ J B B + M J B Matice tuhosti popisue závislost sil a defomací ve tvau: y. Pousíme se tedy převést výše uvedené ovnice do požadovaného tvau a odvodit pvní část matice tuhosti pvu. Při odvozování budeme využívat výše uvedené ovnice a ovnice ovnováhy. ovnice ovnováhy: B + A, B M B M A. y B B M B y J B B M B J φ B B + M J B φ B J B + M B y B J B φ B J B M B + M B J φ B + y J B B + B J φ B + y B B + J φ B + y B B 6 + 4 B 6 B J φ B + 6y B J y B B M B J φ B B + M B J φ B + y B J J φ B + y B M B J M B J M B M B φ B + y B M B φ B + y B Tímto sme odvodili záladní část a stačí dosadit a seřadit po převod do maticového tvau. A B J φ B + 6y B M A B M B J M A J B J M A y A φ A A, J, φ B + 6y B J φ B + 6y B φ B y B J φ B + 6y B B M B B y B? φ B? φ B + y B φ B + y B 6/

M B J φ B + y B Nyní můžeme soustavu ovnic převést do maticového tvau. Postup e naznačen v Tab.. Tab. A J M A J B J M B J φ B + 6y B φ B + y B φ B + 6y B φ B + y B A M A B M B J 6 6 chéma řešení duhé poloviny úlohy a výpočet posunutí a natočení pomocí Castigliánových vět e popsán v Tab.. Tab. Záladní ovnice : y A M(x J i ) M(x i) M M B A dx () i, J, y φ A M(x J i ) M(x i) B dx () M i φ B φ A? B Moment v řezu: M x A x + M A A B x, Deivace: M(x ) x, M(x ) M y A A + M A φ J A A + M J A ovnice ovnováhy: B + A, B M B M A. y A A + M A y J A A + M A J φ A A + M J A φ A A + M J A A y A? J y A J φ A J φ A y A J A J A A + M A + M A J A A φ A y A A 6 φ A 6y A y A φ A y B φ B J y A A + M A φ A J J φ A y A J A + M A J M A J M A M A φ A y A M A φ A y A 7/

Tímto sme odvodili záladní část a stačí dosadit a seřadit po převod do maticového tvau. oustavu ovnic převedeme do maticového tvau. Postup e naznačen v Tab.. Tab. A J φ A 6y A M A J φ A y A B A J M B B M A J M B J A J M A J B J φ A 6y A φ A 6y A J φ A 6y A φ A + y A J φ A 6y A φ A y A φ A 6y A φ A y A φ A y A M B J φ A y A A 6 y A M A J φ A B 6 y B M B φ B loučením obou částí zísáme výslednou matici tuhosti nosníového pvu. Po odlišení pvního a duhého ou použieme honí index a. i l A + A M A + M A B + B i l J M B + M B Podobně ao síly sloučíme i veto defomace: y A + y A φ A + φ A y B + y B 6 6 6 6 + y A + φ A y B + φ B + y A + y A φ A + φ A y B + y B φ B + φ B φ B + φ B Chování pvu e popsáno pomocí maticové ovnice: i 6 6 i J 6 6 l l Celou úlohu můžeme popsat pomocí dvou pvů. Po zednodušení položíme, J J J. Popis úlohy připavený po sestavení globální matice tuhosti, vetou pavých stan a vetou defomace e na Ob.. 8/

M Ob., J o,, J o, 4 M 5 5 4 5 6 J Po dosazení oaových podmíne: Po úpavě: J J ozdělíme na dvě části: J 6 6 6 6 + 6 + 6 + + 6 6 6 6 6 6 4 6 6 6 6 6 6 6 6 4 4 M 6 J 6 4 6 6 5 Po další řešení si znovu zvolíme hodnoty. Nepve dosadíme číselné hodnoty, mm, dmm (J49.mm 4 ), MPa, M Nmm. 9.79 474 649 4 4 M 474 4 847 6 ovnici můžeme přepsat ao: A Q. Po řešení použieme iteační tva. Řešíme soustavu ovnic: 9.79 474 6 649 4 + 4 6 474 + 4 4 + 847 6 Upavíme na iteační tva: 9.79 + 5 474 6 5 Ještě upavíme: 4 4 6 4 6 4 4 6.66.5 649 6 847 6 474 4 4 M 5 5 M 4 5 6 9/

5 + 474 6.996 59 +.499 6 4 4 6.66.5 649 6 6..5 4 Opaovaným dosazováním do vzoců zísáme výsledný posuv a dalším dosazením eace..68 7.74,. 5.54.5 54.9 6 iteatua Přílady na pocvičení lze nalézt v učebnicích pužnosti a pevnosti II. Záladní teoii Metodě onečných pvů a další numeicé metody lze nalézt např.: [] enet, J., Úvod do metody onečných pvů, VŠB-TU Ostava, 999. [] Numeicá matematia, Další podlady výuce se nacházeí na stánách atedy http://www.9.vsb.cz/ v seci TUDIUM (odazy MKP a MHP, MKP, Úvod do MKP, Pužnost a pevnost v negetice). /