Princip virtuálních posunutí (obecný princip rovnováhy)

Podobné dokumenty
Princip virtuálních posunutí (obecný princip rovnováhy)

Platnost Bernoulli Navierovy hypotézy

Platnost Bernoulli Navierovy hypotézy

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

Princip virtuálních prací (PVP)

Redukční věta princip

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)

Kinematická metoda výpočtu reakcí staticky určitých soustav

Rekapitulace princip virtuálních sil pro tah/tlak

Jednoosá tahová zkouška betonářské oceli

Přednáška 08. Obecná trojosá napjatost

Integrální definice vnitřních sil na prutu

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

Vícerozměrné úlohy pružnosti

Přednáška 10. Kroucení prutů

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

Přednáška 10. Kroucení prutů

SMA2 Přednáška 09 Desky

Vícerozměrné úlohy pružnosti

Jednoosá tahová zkouška betonářské oceli

Přednáška 10. Kroucení prutů

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

Přibližné řešení úloh mechaniky

Přednáška 09. Smyk za ohybu

Složené soustavy v rovině, stupně volnosti

Rovnoměrně ohýbaný prut

Přednáška 01 PRPE + PPA Organizace výuky

Stupně volnosti a vazby hmotných objektů

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

Přednáška 01 Úvod + Jednoosá napjatost

Stavební mechanika přednáška, 10. dubna 2017

Spojitý nosník. Příklady

Zjednodušená deformační metoda (2):

Přednáška 1 Obecná deformační metoda, podstata DM

Název materiálu: Hydrostatická tlaková síla a hydrostatický tlak

Stavební mechanika 3 132SM3 Přednášky. Deformační metoda: ZDM pro rámy s posuvnými styčníky, využití symetrie, výpočetní programy a kontrola výsledků.

FAKULTA STAVEBNÍ. Telefon: WWW:

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

Lokalizace QGIS, GRASS

TENSOR NAPĚTÍ A DEFORMACE. Obrázek 1: Volba souřadnicového systému

Martin NESLÁDEK. 14. listopadu 2017

Pružnost a plasticita II CD03

Postup při výpočtu prutové konstrukce obecnou deformační metodou

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

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

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

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

Téma 12, modely podloží

Obecná a zjednodušená deformační metoda

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

Stavební mechanika 1 - K132SM1 Structural mechanics

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

Příklad 7 Průhyb nosníku - složitější případ

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

PostGIS Topology. Topologická správa vektorových dat v geodatabázi PostGIS. Martin Landa

OTÁZKY K PROCVIČOVÁNÍ PRUŽNOST A PLASTICITA II - DD6

ZDM PŘÍMÉ NOSNÍKY. Příklad č. 1. Miloš Hüttner SMR2 ZDM přímé nosníky cvičení 09. Zadání

PRUŽNOST A PEVNOST II

Statika soustavy těles.

Betonové konstrukce (S) Přednáška 3

1 Ohyb desek - mindlinovské řešení

Téma 3 Úvod ke staticky neurčitým prutovým konstrukcím

3. kapitola. Průběhy vnitřních sil na lomeném nosníku. Janek Faltýnek SI J (43) Teoretická část: Příkladová část: Stavební mechanika 2

STATIKA STAVEBNÍCH KONSTRUKCÍ I

Obr. 0.1: Nosník se spojitým zatížením.

1/7. Úkol č. 9 - Pružnost a pevnost A, zimní semestr 2011/2012

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

FAKULTA STAVEBNÍ. Stavební statika. Telefon: WWW:

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

Pružnost a pevnost. zimní semestr 2013/14

Úlohy rovnováhy staticky určitých konstrukcí

Analýza stavebních konstrukcí

PostGIS Raster. Správa rastrových dat v geodatabázi PostGIS. Martin Landa. 155UZPD Úvod do zpracování prostorových dat, zimní semestr

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

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

Rozdíly mezi MKP a MHP, oblasti jejich využití.

Téma 8 Příčně zatížený rám a rošt

Dvě varianty rovinného problému: rovinná napjatost. rovinná deformace

GIS 1 155GIS1. Martin Landa Lena Halounová. Katedra geomatiky ČVUT v Praze, Fakulta stavební

Katedra geotechniky a podzemního stavitelství

Zde je uveden abecední seznam důležitých pojmů interaktivního učebního textu

ANALÝZA KONSTRUKCÍ. 5. přednáška

Analýza stavebních konstrukcí

FAKULTA STAVEBNÍ NELINEÁRNÍ MECHANIKA. Telefon: WWW:

Předpjatý beton Přednáška 4

PRUŽNOST A PLASTICITA I

Projevy dotvarování na konstrukcích (na úrovni průřezových modelů)

Přetvořené ose nosníku říkáme ohybová čára. Je to rovinná křivka.

STAVEBNÍ MECHANIKA 3 - SM 3

Kontraktantní/dilatantní

Analýza stavebních konstrukcí

Petr Kabele

trojkloubový nosník bez táhla a s

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

ÚVOD DO MODELOVÁNÍ V MECHANICE

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

4.6 Složené soustavy

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

Numerické metody. Numerické modelování v aplikované geologii. David Mašín. Ústav hydrogeologie, inženýrské geologie a užité geofyziky

Transkript:

SMA Přednáška 5 Princip virtuálních posunutí Deformační metoda Matice tuhosti prutu pro tahtlak Matice tuhosti prutu pro ohyb Program EduBeam Příklady Copyright (c) Vít Šmilauer Czech Technical University in Prague, Faculty of Civil Engineering, Department of Mechanics, Czech Republic Permission is granted to copy, distribute andor modify this document under the terms of the GNU Free Documentation icense, Version. or any later version published by the Free Software Foundation; with no Invariant Sections, no Front-Cover Tets, and no Back-Cover Tets. A copy of the license is included in the section entitled "GNU Free Documentation icense" found at http:www.gnu.orglicenses

Princip virtuálních posunutí (obecný princip rovnováhy) Skutečný stav E,A N N u N N u E,A Virtuální stav Virtuální práce vnějších posunutí We δu N skutečná síla na prutu u skutečný posun konce prutu u virtuální (myšlený) posun, který nezávisí na skutečných posunutích a má libovolnou velikost (nenarušuje lineární systém) N virtuální síla, která plyne ze zvoleného u O EA u W e N u u Hustota energie deformace Virtuální práce vnitřních posunutí Wi E O W i V d V

Princip virtuálních posunutí (obecný princip rovnováhy) Pro prut z lineárně elastického materiálu platí δ W i V σ δ ε d V Eu δ u EA A d u δu d δ W e N δ u ( ) ( EA u δw i δw e δ u u d N δ u EA N δu ( N i N ) ) Z rovnosti vnitřních a vnějších virtuálních prací posunutí plyne obecně podmínka rovnováhy. Pozn. Virtuální posun u prozatím uvažujeme na okraji prutu (uzlu), posun po délce prutu uvažujeme lineární s maimální hodnotou u. ze však obecněji uvažovat, že u() je variace funkce posunutí a tím položit základ pro přibližné řešení úlohy (např. metoda konečných prvků).

Srovnání silové a deformační metody Silová metoda (SM) Obecná deformační metoda (ODM) Princip virtuálních posunutí Řídící princip Princip virtuálních sil Neznámé Síly, momenty Posuny a natočení ve styčnících (uzlech) Základní předpoklad Rovnováha sil a momentů Spojitost posunutí a natočení Počet neznámých (rovnic) Stupeň statické Stupeň kinematické neurčitosti konstrukce (přetvárné) neurčitosti SNK konstrukce KNK Podmínečné rovnice Podmínky spojitosti posunů a natočení v odebraných vazbách Poznámky Vhodná pro ruční výpočet Snadná algoritmizovatelnost, speciální případ metody konečných prvků Podmínky rovnováhy sil a momentů ve styčnících 4

Statická a kinematická neurčitost Stupeň statické neurčitosti určuje počet přetvárných podmínek v SM neznámé X, X... Stupeň kinematické neurčitosti určuje počet podmínek rovnováhy v ODM neznámé u, w,... u u w w SUK, KNK rovnic SM, rovnice ODM SUK, 9 KNK rovnic SM, 9 rovnic ODM SNK, KNK rovnice SM, rovnice ODM SNK, 6 KNK rovnice SM, 6 rovnic ODM u SNK, KNK rovnice SM, rovnice ODM 7 SNK, KNK 7 rovnic SM, rovnice ODM 5

Matice tuhosti prutu pro tahtlak Potřebovali bychom odvodit vztah mezi posunem konce prutu u a výslednou normálovou silou na prutu N, abychom se vyhnuli časté integraci po délce prutu. Eu A EA δw i δw e V σ δε d V N δuδ u d N δ u u N ( ) ( ) Tuhost prutu v tahutlaku. Výsledek integrace hustoty virtuální energie posunutí. Výsledek nezávisí na virtuálním posunu v deformační metodě se u přímo nevyskytuje. () ( ) (4) (5) (6) T Přeznačení dle konvence deformační metody r {u() a, w a, φ a, ub, w b, φ b } () z X Styčník a ab ua ub () 4 X ba (4 ) (5 ) (6) T Styčník b ua { } [ () R{X ab, Z ab, M ab, X ba, Z ba, M ba } ub ]{ } X ab EA u a u b X ba { }[ Matice tuhosti prutu pro tahtlak. Singulární, pozitivně semidefinitní symetrická matice, na diagonále čísla vždy >. ]{ } X ab k k u 4 a X ba k 4 k 44 ub Síla v místě a směru síly 4 od jednotkového posunu v místě a směru síly. 6

Matice tuhosti prutu pro ohyb () ( ) (4) (5) (6) T r {u() a, w a, φ a, ub, w b, φ b } z 4 5 6 T R{X ab, Z ab, M ab, X ba, Z ba, M ba } 6 Styčník a wa M ba M ab φa Z Styčník b wb 5 Z ba ab φb Získání prvků matice tuhosti. Vynucení jednotkového posunu wa. k 6 k w a z () M ab k 5 k { }[ () Z ab (5) Z ba M (6) ba k k k 5 k 6 k k k 5 k 6 k 5 k 5 k 55 k 65 ]{ } () w a k 6 () k 6 φ a ) k 56 w(5 b k 66 φ (6) b Matice tuhosti prutu pro ohyb. Symetrická pozitivně definitní matice. 7

Alt. : Pomocí diferenciální rovnice ohybové čáry 6 M ba k 6 ab M k Staticky určitá kce w a ab w a Z ab Z k 5 [ 5 Z ba M Z ab M ab Integrace diferenciální rovnice ohybové čáry. w ' 'Z ab +M ab w 'Z ab + M ab +C wz ab +M ab +C +C 6 C w () C w ' ( ) C M ba a 5 ba Z k 6 M ab... čtyři okrajové podmínky, čtyři neznámé. w ( ) + Tzv. Kubická bázová funkce pro posun wa. ] w ' ( ) Z ab +M ab M ab Z ab [ ] [ ] w ( ) Z ab +M ab + Z ab + Z ab, M ab 6 6 6 4 8

Alt. : Pomocí silové metody 6 () M ba k 6 M ab k M ab X w a 6 a M ba w a ( ) Z ab k Z ab X 5 Z ba k 5 5 Z ba M δ radknm, δ radkn δ mkn δ rad, δ m [ ]{ } { } { } ]{ } { } [ ]{ } [ } M 6 X + 6 X [ { M 6 X 6 X M ab X Z ab X 4 9 4 6 4 6 6 ]{ } { 6 6 } 9

Matice tuhosti prutu pro ohyb (bez vlivu smyku) Stav pro wa 6 M ab k M ba k 6 M 6 Stav pro wb M ab k 5 6 M ba k 65 M 6 w a w b + Z ab k w Z ba k5 Stav pro a M ab k 4 Z ab k5 M ba k 6 M M ab k 6 Z ba k55 + Z ba k5 M ba k 66 M w 6 Z ab k6 6 4 b w 6 + Stav pro b φ a Z ab k w + Z ba k56 6

Matice tuhosti prutu pro tahtlak a ohyb { }[ X (ab) EA EA ( ) Z ab 6 6 M (ab) 6 4 6 EA EA X (4ba) (5 ) 6 6 Z ba (6 ) 6 6 4 M ba ]{ } u() a w() a φ () a ) u(4 b w(5b ) φ (6) b 6 Zkráceně pomocí vektorů a matic: {R}[K ]{r } Vnitřní a vnější energie prutu: Ei T σ εd V E {r } [K ]{r } e V X ab M M ba ab 4 X ba {R} Pro ruční výpočet lze výpočet z uzlových přetvořeních přepsat. Přidejme vliv zadaných koncových momentů a koncových sil na prutu: w wa M ab M ab + φ a+φb+ b ( Z ab Z ab ) w w φ + φ +6 ) ( b a b a Z w wa φ a + φ b + b ) w w + φ + φ + 6 ) ( M ba M ba + Z ba Z ba 5 Z ba ab ( b a a b Pozn. Vliv smykové deformace (Timošenkův, Mindlinův prut) by se v matici tuhosti projevil dalšími členy. Ty jsou standardně obsaženy ve většině programů pro analýzu konstrukcí.

Pomůcka Vzorce a koncové sílymomenty

Příklad Určete průběh M na polorámu pomocí ODM 8 knm φb 8 knm c b 4 m M bc 5 knm M bc Z cb Z bc M ba M cb M ba a 5 m Z ba Podmínka momentové rovnováhy ve styčníku b : M ba Z ab φ b ), M bc ( ( φ b ) M ba +M bc 8, M ab 8 ( φ b )+ ( φ b ) 8 M ba ( φ b ) knm, M ab 5 knm M bc ( φ b )8 knm, M cb4 knm,4,4 8,75 Zpětná substituce: M ba,75,75 φ b ( 5+8)4 φ b8 φ b7,47e-4 rad 4,4 M,75 5 +,4 5 4

Program EduBeam Volně šiřitelný software pro D lineární analýzu prutových konstrukcí, ODM http:www.oofem.orgwikidoku.php?idedubeam:edubeam Napsán v jazyce Python.7 Běží na většině OS (Win, Mac, Uni), vytvořen ee pro Win Grafické rozhraní pro vstupyvýstupy, pdf manuál 4

Řešený rám v EduBeamu Vliv smykového zkosení eliminujeme nastavením >> b, m h, m A,6 m I y 4,5 4 m 4 E GPa Vstup Výstup M Globální neredukovaná matice tuhosti konstrukce dofdof, u, _Y, p, _, p, _z, p, _Y 4, p, _ 5, p, _z 6, p, _Y 7, p, _ 8, p, _z, u, _Y 4-56.49 6749.98 4 599.99 56.49-4, p, _ -56.49 5.5-56.49-5.5, p, _z 449999-449999, p, _Y 6749.98-56.49 5 56.49 4, p, _ 6-6 5, p, _z 4 96 4-96 6, p, _Y 599.99 4 8-4 7, p, _ 56.49-5.5 56.49-6 65 8, p, _z -4-449999 -96-4 4595 5

Otázky. Z diferenciální rovnice ohybové čáry odvoďte koncové síly a momenty na prutu s jednotkovým natočením pravého konce.. Jaký je rozdíl mezi statickou a kinematickou neurčitostí? Ukažte na příkladu staticky neurčitého spojitého nosníku. Namalujte konstrukci, která je staticky neurčitá a kinematicky určitá a konstrukci, která je staticky určitá a kinematicky neurčitá.. Jak vypadá průběh momentu na prutu, kde je vynucen posun a bráněno pootočení? Jaký je poměr velikostí momentů na pravé a levé straně? 4. Určete, zda je matice prutu pro tahtlak singulární. Jaká je hodnost matice? Vysvětlete pozadí problému z pohledu mechaniky. 5. Určete, zda je matice prutu pro ohyb 44 singulární. Jaká je hodnost matice? Vysvětlete pozadí problému z pohledu mechaniky a jak prut podepřít, aby matice byla regulární. 6. Z jakých podmínek vypočteme neznámé deformace na konstrukci v obecné deformační metodě? Vytvořeno v OpenOffice., Ubuntu.4, Vít Šmilauer 6