Rekapitulace princip virtuálních sil pro tah/tlak

Podobné dokumenty
Redukční věta princip

Princip virtuálních posunutí (obecný princip rovnováhy)

Princip virtuálních posunutí (obecný princip rovnováhy)

Platnost Bernoulli Navierovy hypotézy

Platnost Bernoulli Navierovy hypotézy

Kinematická metoda výpočtu reakcí staticky určitých soustav

Přednáška 10. Kroucení prutů

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

Jednoosá tahová zkouška betonářské oceli

Princip virtuálních prací (PVP)

Organizace výuky. Přednášející: Doc. Ing. Vít Šmilauer, Ph.D., B312 Konzultační hodiny St (po domluvě i jindy)

Organizace výuky. Přednášející: Doc. Ing. Vít Šmilauer, Ph.D., B312 Konzultační hodiny St (po domluvě i jindy)

Přednáška 08. Obecná trojosá napjatost

Integrální definice vnitřních sil na prutu

Přednáška 10. Kroucení prutů

Vícerozměrné úlohy pružnosti

Přednáška 09. Smyk za ohybu

Přednáška 10. Kroucení prutů

SMA2 Přednáška 09 Desky

Rovnoměrně ohýbaný prut

Jednoosá tahová zkouška betonářské oceli

SMA2 Přednáška 08. Symetrické konstrukce Symetrické a anti(sy)metrické zatížení Silová metoda a symetrie Deformační metoda a symetrie Příklady

SMA2 Přednáška 08. Symetrické konstrukce Symetrické a anti(sy)metrické zatížení Silová metoda a symetrie Deformační metoda a symetrie Příklady

Vícerozměrné úlohy pružnosti

Přednáška 01 PRPE + PPA Organizace výuky

Vybrané metody řešení soustavy rovnic. Podmínky rovnováhy či ekvivalence vedou často na soustavu rovnic, např.

Přibližné řešení úloh mechaniky

Složené soustavy v rovině, stupně volnosti

Stupně volnosti a vazby hmotných objektů

Přednáška 01 Úvod + Jednoosá napjatost

Přednáška 05. Vybočení ideálně přímého prutu Vybočení prutu s počáteční deformací Okrajové podmínky a staticky neurčité případy Příklady

Betonové konstrukce (S) Přednáška 3

1 Ohyb desek - mindlinovské řešení

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

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

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

Martin NESLÁDEK. 14. listopadu 2017

FAKULTA STAVEBNÍ. Telefon: WWW:

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

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

FAKULTA STAVEBNÍ. Stavební statika. Telefon: WWW:

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

Pružnost a plasticita II CD03

Cvičební texty 2003 programu celoživotního vzdělávání MŠMT ČR Požární odolnost stavebních konstrukcí podle evropských norem

Obecná a zjednodušená deformační metoda

PRUŽNOST A PLASTICITA I

Statika soustavy těles.

TENSOR NAPĚTÍ A DEFORMACE. Obrázek 1: Volba souřadnicového systému

Program EduBeam. Uživatelský manuál. 13. března Vít Šmilauer, Bořek Patzák, Jan Stránský

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

Statika 1. Reakce na rovinných staticky určitých konstrukcích. Miroslav Vokáč ČVUT v Praze, Fakulta architektury.

Téma 12, modely podloží

Stavební mechanika přednáška, 10. dubna 2017

Pružnost a pevnost. zimní semestr 2013/14

OTÁZKY K PROCVIČOVÁNÍ PRUŽNOST A PLASTICITA II - DD6

Vnitřní síly v prutových konstrukcích

Dvě varianty rovinného problému: rovinná napjatost. rovinná deformace

Projevy dotvarování na konstrukcích (na úrovni průřezových modelů)

Analýza stavebních konstrukcí

Název materiálu: Hydrostatická tlaková síla a hydrostatický tlak

3.2.2 Navierova-Bernoulliho hypotéza

Zjednodušená deformační metoda (2):

Úloha 5 - Návrh sedlového vazníku

Stavební mechanika 1 - K132SM1 Structural mechanics

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

STATIKA STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍ I

3.2 Základy pevnosti materiálu. Ing. Pavel Bělov

4. cvičení výpočet zatížení a vnitřních sil

1. Řešená konstrukce Statické řešení Výpočet průhybové čáry Dynamika Vlastní netlumené kmitání...

Přednáška 1 Obecná deformační metoda, podstata DM

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

STANOVENÍ SPOLEHLIVOSTI GEOTECHNICKÝCH KONSTRUKCÍ. J. Pruška, T. Parák

FAKULTA STAVEBNÍ NELINEÁRNÍ MECHANIKA. Telefon: WWW:

Analýza stavebních konstrukcí

Předpjatý beton Přednáška 4

Podmínky k získání zápočtu

Přednáška 02. License" found at

Nelineární analýza materiálů a konstrukcí (V-132YNAK) Přednáška 2 Princip metody konečných prvků

NOSNÍK NA PRUŽNÉM PODLOŽÍ (WINKLEROVSKÉM)

Analýza stavebních konstrukcí

Osově namáhaný prut základní veličiny

Pružnost a pevnost I

Smyková napětí v ohýbaných nosnících

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

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

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.

Příhradové konstrukce

ÚVOD DO MODELOVÁNÍ V MECHANICE

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

Lokalizace QGIS, GRASS

133PSBZ Požární spolehlivost betonových a zděných konstrukcí. Přednáška A9. ČVUT v Praze, Fakulta stavební katedra betonových a zděných konstrukcí

PRUŽNOST A PEVNOST II

Návrh a posudek osově namáhaného nosníku podle obou MS

Rastrová reprezentace geoprvků model polí Porovnání rastrové a vektorové reprezentace geoprvků Digitální model terénu GIS 1 153GS01 / 153GIS1

Prvky betonových konstrukcí BL01 3. přednáška

Rozdíly mezi MKP a MHP, oblasti jejich využití.

Vliv okrajových podmínek na tvar ohybové čáry

FAKULTA STAVEBNÍ. Stavební statika. Telefon: WWW:

BO04 KOVOVÉ KONSTRUKCE I

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

Transkript:

SMA Přednáška Doplňková virtuální práce momentů Metody integrace dvou spojitých funkcí Doplňková virtuální práce posouvajících sil Vliv rovnoměrné a nerovnoměrné teploty Formulace principu virtuálních sil Příklady deformací staticky určitých konstrukcí Copyright (c) Vít Šmilauer Czech Technical University in Prague, Faculty of Civil Engineering, Department of Mechanics, Czech Repulic Permission is granted to copy, distriute and/or modify this document under the terms of the GNU Free Documentation icense, Version. or any later version pulished y the Free Software Foundation; with no Invariant Sections, no Front-Cover Texts, and no Back-Cover Texts. A copy of the license is included in the section entitled "GNU Free Documentation icense" found at http://www.gnu.org/licenses/

Rekapitulace princip virtuálních sil pro tah/tlak Virtuální energie vnějších sil W e * = posun virtuální síla + (natočení virtuální moment) Virtuální energie vnitřních sil W i * = ojemový integrál z hustoty energie deformace virtuální napětí Pro tažený/tlačený prut tedy platí: δ W * N N i = V ε σ d V = V EA A dv = Integrace per partes D: Virtuální napětí u ' v dx=[uv ] uv' dx Integrace 3D - Greenův teorém: V u x v dv = Γ uvnd Γ V u v u V σ x x dv = Γ u σ x n d Γ V u ε x σ x x dv = pro f x = Skutečná deformace Virtuální síla N EA N d x Matematický důkaz pro tažený/tlačený prut, který je uvažován jako těleso: = Γ u σ x nd Γ=u N x dv

Příklad posuďte, zda posuny zůstávají spojité mm 5 5 mm a c 8 kn N N 4 m m mm 8 kn + kn + kn δ W e * =u N =,=,kj δ W * i = 4 N N EA d x= 8 e+6, d x+ * =,3+,64=,96 kj δw e 8 e+6,5 d x= Posuny nejsou spojité, protože W i * W e *. Správné řešení y ylo síla 8 kn na posunu,96/=,96 m. Pro tento případ je funkce u(x) spojitá. Všimněte si, že rovnováha je splněna. 3

Doplňková virtuální práce momentů Uvažujme prostý ohy okolo hlavní osy y, tj. My, M z = δ W i * = V ε σ d V σ x = M y I y z, σ x = M y I y z, ε= M y EI y z δ W * = i A M y EI y z M y I y z da dx= I M y M y y z da dx EI y I y A δ W * = i M y M y EI y δ W e * =F ϕ=m y ϕ dx= κ y M y dx M =F F F Pozn. V lineárně elastickém materiálu ez počátečních deformací a napětí nemá smysl rozlišovat, zda se jedná o doplňkovou či skutečnou virtuální práci. Často se symol * vynechává, protože platí W i = W i *, W e = W e *. Virtuální veličiny se často značí variací, například,. 4

Integrace dvou spojitých funkcí V PVs se často integruje f x g x d x To lze učinit třemi ěžnými postupy ) Přímá analytická integrace (i zakřivené pruty, náěhy) ) Taulka 3) Vereščaginovo pravidlo f M a ax 3/4 T A= a 3 x Oecná funkce (paraola atp.) ax x e.g. d x= a 3 [ EI y x4 4 ] M ( x)m (x)d x = 4 a g M Důkaz: x f ( x)(ax+)dx=a Nanejvýše lineární funkce! Ve virtuálních stavech se na přímých prutech jiná funkce ani nevyskytuje. x 3 4 x f ( x)dx+ Integrál = plocha funkce f krát pořadnice funkce g pod těžištěm funkce f f ( x)dx=a A f x f,t + A f = A f (ax f, T +)= A f g(x f, T ) 5

Příklad čistě ohýaná konzola Určete průhy konce konzoly w a f w δ W * = i M M EI y dx= κ y M dx M f fx EI y fx x δ W e * = w W e * = W i * w = fx EI y x dx= f EI y [ x = 4 f4 8 ] 8EI y Vereščaginovo pravidlo M x w = EI y 3 f 3 4 = f4 8EI y 6

Doplňková virtuální práce posouvajících sil Mindlinova (Timošenkova, Reissnerova) hypotéza: rovinný a kolmý průřez na střednici před deformací zůstává rovinný i po deformaci, nezůstává však již kolmý na střednici. z x Skutečnost Zjednodušení průměrnými hodnotami xz z xz z τ=k G γ= V z A A A Zorcený průřez xz z = xz z G xz xz da= A V z S y V S z y da= V z I y G I y GI y τ γda =τ γ A= V z A V z k GA A= V z k GA Průměrné zkosení A S y da Z rovnosti energie vnitřních sil z oou stavů vypočteme koeficient k. k= A A I y S y da 7

Doplňková virtuální práce posouvajících sil Pro odélníkový průřez lze odvodit y z h x k= h h h 6 x ( h x ) dx Plocha odélníku se tedy redukuje na 5/6. = h 6 44h h5 = 44 = 5 6 Doplňková virtuální práce smykových sil δ W i * = V γ τ xz d V = V V z kga V z A d V = V z V z k GA dx 8

Příklad čistý vliv smyku na průhy konzoly a f δ W * = w i V z V z k GA d x, δ W * e=w f V z + fx x δ W e * =δw i * w = kga fx d x= f = [ x f k GA ] k GA V z + Deformace pouze od vlivu smyku pro zatížení f. Zkosení elementárních dílků je lineární po délce prutu stejně jako vnitřní síla V z. Průhy je paraolická funkce. 9

Vliv smykové deformace na krátké nosníky Určete chyu průhyu pro proměnlivou délku konzoly Odélník =, m, h=,3 m Beton E=3 GPa, G=,5 GPa ( =,) w V w M = f k GA f4 8EI = E ( h ) 5G Pro f= kn/m, =h, V w =7 m, w M =75 m, w =47 m. Simulace níže w =45 m (chya,4%). Chya % =h Chya % =3h Chya % =h =,3 m =,3 m Deformace zvětšeny 5x. Při poměru délka/výška= je vliv smyku na průhy stejný jako vliv momentu.

Vliv teploty na křivost a protažení nosníku V ustáleném stavu je průěh teploty po výšce lineární ze převést na ekvivalentní křivost a protažení prutu Pro symetrický průřez z h =z d platí x z T h z h z d h T h =T h T ref T d T h = + T d T d =T d T ref T d T h Nerovnoměrné T d T h Rovnoměrné κ=α( Δ T d Δ T h Δ T d +Δ T h ) h=α Δ T d Δ T h h S = T d T h δ W * = i V ε σ d V = α Δ T d+δ T h N dx+ α Δ T d Δ T h h M dx

Příklad vliv teploty na posun w c 3 m ΔT h =5 o C ΔT d =3 o C ΔT h =5 o C ΔT d =3 o C h=.4 m c w c N kn M kn a = 6 K m δ W e * = w c δ W * i =α 3+5 ( ) 3+α 3 5.4 3 5 ( ) +α.4 ( ) 3= =α( ++3)=3,36e-3 kj δ W e * =δw i * w c =3,36 mm

Rekapitulace hlavních vztahů PVs pro D úlohu δ W e * = i δ W * = i R xi u i + i M y M y EI y dx+ R zi w i + i M ri ϕ yi N N EA dx+ V z V z kga dx+ Výpočet přetvoření prutů (s výjimkou posouvajících sil) yl již prorán v předmětu PRA: diferenciální rovnice pro tah/tlak a diferenciální rovnice ohyové čáry. + α Δ T d Δ T h h M y dx+ α Δ T d+δ T h N dx y = M y T d T h EI y h Skutečná křivost S = N EA T d T h Protažení střednice (odélníkový průřez) γ= V z k GA Průměrné smykové zkosení Principem virtuálních sil (PVs) ovykle hledáme neznámé deformace u,w,. Zadané deformace (vynucené přemístění, pokles, natočení) u i,w i, yi se rovněž mohou ojevit v doplňkové energii vnějších sil. Při posunech podpor či teplotním zatížení u staticky určitých soustav nedojde ke vzniku vnitřních sil (N, V, M), tzn W i *=. Pruty se chovají jako tuhé desky, které jsou navzájem propojeny. Tento princip lze výhodně využít pro výpočet posunů a natočení na staticky určitých konstrukcích přímo z podmínky W e *= (protože W i *=). 3

Od zadaného posunu u a určete posun w c a natočení e 4 m, m c d a e 5 m 5 m Doplňková virtuální práce vnitřních sil je nulová, poklesem podpor či změnou teploty nevznikají na staticky určitých konstrukcí vnitřní síly. δ W i * = J w c δ W e * = w c +,65 (,)=,65 R c,65 w c =,65m,5,5.5 R e ϕ e,5 δ W e * = ϕ e +,5 (,)= ϕ e =,5 rad,, Pozn. Kontrola w c pomocí e. 4

Příklad určete rozevření spáry od změny teploty mm = 6 K a ΔT h = o C ΔT h = o C c ΔT d =5 o C ΔT d =5 o C 3 m 4 m M a c + +,3,5 δ W e * = ϕ δ W * i = α Δ T d Δ T h h δ M dx=α 5. [ 3+ 4]=8,4e-3 kj= ϕ ϕ =8,4 mrad, rozevření u h =8,4,=,68 mm Pozn. Staticky neurčitý tlak v levém nosníku je excentrický, rozevření y vyšlo menší. 5

Příklad určete w u konzoly s náěhem Šířka konzoly je konstatní. h I f I y ( x)= ( h x ) 3 =I ( x ) 3 a x w δ W * = i M M EI y dx=δ W e * = w M fx x w = fx EI x x = EI fx 3 3 x 3 dx= f4 EI 3 dx= M x Průhy konce konzoly s lineárním náěhem je 4x větší než konzoly o konstantní výšce h ve vetknutí. 6

Příklad určete průhy konce Gererova nosníku a kn/m' c d EI= knm 56,5 3 m 4 m m + c 75 5 8 M y c 8,75 8,75 3,5 M y +,75,5,5,5 a c c c d w d = EI [ 3 56,5,75 3 3 75 4+ 4 8 4+ 4 5 ] = 6,9375 EI w d = 6,9 mm 7

Příklad určete vzájemné oddálení dvou styčníků a d a 4 m S EA = kn 7,5 N 7,5 3 m S S 3 S 5 S 4 kn +7,5,5 + kn c d,6,8 N +,8 ( x a +x d )= EA [7,5,6 3+,5 5+,8 4 ]= +,6 +,6 = 8 EA =,8 mm +,8,8,6 8

Otázky. Jakou veličinu dostaneme vynásoením skutečné křivosti prutu od ohyu s virtuálním momentem po délce prutu?. Pomocí principu virtuálních sil odvoďte vzorec pro průhy středu prostě podepřeného nosníku spojitě zatíženého. Odvoďte vzorec i s vlivem smyku. 3. Jak se změní výpočet virtuální doplňkové energie vnitřních sil pro prut proměnného průřezu? 4. Z ustáleného vedení tepla po tloušťce průřezu vyjádřete skutečné protažení a skutečnou křivost prutu. 5. Na konzole zatížené silou dokažte, že velikost virtuální síly nemá vliv na skutečnou velikost hledaného průhyu konce konzoly. Platí tento závěr pokud se část konzoly nalézá v plastickém stavu? Zdůvodněte. 6. Kolik zatěžovacích stavů (skutečných a virtuálních) potřeujeme při výpočtu neznámého posunu na konstrukci? Vytvořeno / v OpenOffice 3., Uuntu.4, Vít Šmilauer 9