Dvě varianty rovinného problému: rovinná napjatost. rovinná deformace

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

FAKULTA STAVEBNÍ NELINEÁRNÍ MECHANIKA. Telefon: WWW:

Prostorové konstrukce. neznámé parametry: u, v w. (prvky se středostranovými uzly)

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

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

OTÁZKY K PROCVIČOVÁNÍ PRUŽNOST A PLASTICITA II - DD6

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

Programový systém ANSYS

1 Ohyb desek - mindlinovské řešení

FAKULTA STAVEBNÍ. Telefon: WWW:

Téma 12, modely podloží

PRUŽNOST A PEVNOST II

ZÁKLADY MATEMATICKÉ TEORIE PRUŽNOSTI

4. Napjatost v bodě tělesa

NOSNÍK NA PRUŽNÉM PODLOŽÍ (WINKLEROVSKÉM)

PRUŽNOST A PLASTICITA I

ÚVOD DO MODELOVÁNÍ V MECHANICE

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

12. Prostý krut Definice

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

TENSOR NAPĚTÍ A DEFORMACE. Obrázek 1: Volba souřadnicového systému

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

Pružnost a pevnost I

Obecný Hookeův zákon a rovinná napjatost

Typy nelinearit. jen v tahu (jen v tlaku), pružnost, plasticita, lomová mechanika,... ), geometrická nelinearita velká posunutí, pootočení.

Přednáška 10. Kroucení prutů

7 Lineární elasticita

Rozdíly mezi MKP a MHP, oblasti jejich využití.

16. Matematický popis napjatosti

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

ÚVOD DO MODELOVÁNÍ V MECHANICE

SMA2 Přednáška 09 Desky

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

Cvičení 7 (Matematická teorie pružnosti)

Nosné konstrukce AF01 ednáška

3.2 Základy pevnosti materiálu. Ing. Pavel Bělov

Přednáška 10. Kroucení prutů

OTÁZKY VSTUPNÍHO TESTU PP I LS 2010/2011

Betonové konstrukce (S) Přednáška 3

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

Vícerozměrné úlohy pružnosti

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

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

1 Modelování pružného podloží

Pružnost a plasticita II CD03

Přednáška 10. Kroucení prutů

PRUŽNOST A PLASTICITA

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

MECHANIKA HORNIN A ZEMIN

7. CVIČENÍ. Sedmé cvičení bude vysvětlovat tuto problematiku:

ARST - Architektura a statika SKOŘEPINOVÉ KONSTRUKCE. ARST - Architektura a statika. ARST - Architektura a statika

Rotačně symetrická deska

Kap. 3 Makromechanika kompozitních materiálů

Tvorba výpočtového modelu MKP

ANALÝZA KONSTRUKCÍ. 5. přednáška

1.1 Shrnutí základních poznatků

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

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

Statika 2. & Stabilita tuhé konstrukce. Miroslav Vokáč 10. prosince ČVUT v Praze, Fakulta architektury.

POŽADAVKY KE ZKOUŠCE Z PP I

Stěnové nosníky. Obr. 1 Stěnové nosníky - průběh σ x podle teorie lineární pružnosti.

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

7. Základní formulace lineární PP

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

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

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

13. Prostý ohyb Definice

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.

PRUŽNOST A PLASTICITA

Příklad oboustranně vetknutý nosník

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

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

Martin NESLÁDEK. 14. listopadu 2017

Zde je uveden abecední seznam důležitých pojmů interaktivního učebního textu

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

Energetické principy a variační metody ve stavební mechanice

Nelineární problémy a MKP

Pružnost a pevnost. zimní semestr 2013/14

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ

Optimalizace vláknového kompozitu

Analýza napjatosti PLASTICITA

TENKOSTĚNNÉ A SPŘAŽENÉ KONSTRUKCE

Mechanika zemin a zakládání staveb, 2 ročník bakalářského studia. Zemní tlaky

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

MECHANIKA PODZEMNÍCH KONSTRUKCÍ Statické řešení výztuže podzemních děl

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

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STROJNÍ

Kontraktantní/dilatantní

Mechanika s Inventorem

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

Pružnost a plasticita CD03

KONSTITUČNÍ VZTAHY. 1. Tahová zkouška

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

Vnitřní síly v prutových konstrukcích

Pružnost a plasticita II DD6

Přednáška 08. Obecná trojosá napjatost

TENKOSTĚNNÉ A SPŘAŽENÉ KONSTRUKCE

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

Výpočet přetvoření a dimenzování pilotové skupiny

Transkript:

Rovinný problém Řešíme plošné konstrukce zatížené a uložené v jejich střednicové rovině. Dvě varianty rovinného problému: rovinná napjatost rovinná deformace 17

Rovinná deformace 1 Obsahuje složky deformace ležící pouze v rovině (x y): ε = {ε x, ε y, γ xy } T (11) Konstrukce se nemůže volně deformovat ve směru osy z, a proto v ní existuje nenulové napětí σ z : σ = {σ x, σ y, σ z, τ xy } T (12) 18

Rovinná napjatost y σ y τ xy σ x Obsahuje složky napětí ležící pouze v rovině (x y): σ = {σ x, σ y, τ xy } T (13) z x Stěna se může volně deformovat ve směru osy z, složka deformace ε z je proto nenulová: ε = {ε x, ε y, ε z, γ xy } T (14) 19

Měrné stěnové síly Nx = σx h [ N m ] Ny = σy h [ N m ] Nxy = τxy h [ N m ] x yx n xy z n n n y τ xy yx h τ σ σ x y y x 20

Rovinný problém shrnutí (1) Podmínky rovnováhy σ x x + τ xy y + X = 0 (15) τ xy x + σ y y + Y = 0 Geometrické rovnice ε x = u x, ε y = v y, γ xy = γ yx = u y + v x. (16) 21

Rovinný problém shrnutí (2) Fyzikální rovnice: rovinná napjatost σ x = σ y = τ x = E 1 µ 2 (ε x + µ ε y ) E 1 µ 2 (ε y + µ ε x ) (17) E 2(1 µ) γ xy (18) 22

Rovinný problém shrnutí (3) Fyzikální rovnice: rovinná deformace σ x = σ y = τ x = E (1 + µ)(1 2µ) [(1 µ) ε x + µ ε y ] E (1 + µ)(1 2µ) [µ ε x + (1 µ) ε y ] (19) E (1 + µ)(1 2µ) γ 1 xy (1 µ) 2 23

Průběh normálových napětí N S N... nosníkové řešení, S... stěna (rovinná napjatost). 24

Hlavní napětí (1) Jsou to: normálová napětí v takovém směru, ve kterém jsou všechna smyková napětí nulová extrémní (největší, nejmenší) normálová napětí v daném místě Značíme a řadíme: σ 1 σ 2 σ 3 (20) 25

Hlavní napětí (2) v rovině σ 1 σ 2 (21) σ 1,2 = 1 2 [ (σ x + σ y ) ± ] (σ x σ y ) 2 + 4 τxy 2 (22) tg(2α) = τ xy σ x σ y (23) 26

Hl. napětí (3) Mohrova kružnice σ x σ y D τ max A τ 2α B +τ σ 2 C σ 1 27

Diskuse: spojitost a výstižnost výsledků (2) pro uvedený prvek jsou deformace aproximovány lineárně poměrné deformace a napětí jsou na prvku konstantní pro přesnější výsledky hustší sít konečných prvku ufem 0.2.53d ufem 0.2.53d CS: CART Result: s_x Set: 1: 1.000 Set: 1: 1.000 2.98177e+03 2.60905e+03 2.23632e+03 1.86360e+03 1.49088e+03 1.11816e+03 7.45442e+02 3.72721e+02 0.00000e+00-4.89130e+03-9.78261e+03-1.46739e+04-1.95652e+04-2.44565e+04-2.93478e+04-3.42391e+04-3.91304e+04 0.00000e+00-5.73718e+03-1.14744e+04-1.72115e+04-2.29487e+04-2.86859e+04-3.44231e+04-4.01602e+04-4.58974e+04 y z x y z x bigfile 06. 01. 2011 bigfile 06. 01. 2011 43

Diskuse 2: okrajové podmínky a zatížení (1) Stěna uložená jako konzola se silou na konci 44

Diskuse 2: okrajové podmínky a zatížení (2) Konzola se silou na konci: σ x uprostřed a na konci 45

Diskuse 2: okrajové podmínky a zatížení (3) Konzola se silou na konci: τ xy 46

Diskuse 2: okrajové podmínky a zatížení (4) Konzola se silou na konci: rozložení σ x 47

Diskuse 2: okrajové podmínky a zatížení (5) Stěna uložená jako konzola spojitě rovnoměrně zatížená 48

Diskuse 2: okrajové podmínky a zatížení (6) Konzola spojitě zatížená: σ x uprostřed a na konci 49

Diskuse 2: okrajové podmínky a zatížení (7) Konzola spojitě zatížená: τ xy 50

Diskuse 2: okrajové podmínky a zatížení (8) Konzola spojitě zatížená: rozložení σ x 51

Diskuse 2: okrajové podmínky a zatížení (9) Stěna jako prostý nosník rovnoměrně spojitě zatížený 52

Diskuse 2: okrajové podmínky a zatížení (10) Nosník spojitě zatížený: σ x uprostřed a na konci 53

Diskuse 2: okrajové podmínky a zatížení (12) Nosník spojitě zatížený: σ x v 1 4 rozpětí 54

Diskuse 2: okrajové podmínky a zatížení (11) Nosník spojitě zatížený: τ xy 55

Téma 3: Nosné desky Deska je těleso, které má jeden rozměr mnohem menší než rozměry zbývající. Zatížení desky je orientováno výhradně kolmo k její střednicové rovině. 1. Kirchhoffova teorie ohybu tenkých desek (h/l < 1/10) 2. výpočet deformačních a silových veličin na tenké desce metodou sítí 3. Mindlinova teorie pro tlusté desky (h/l < 1/5) 1

Kirchhoffova teorie ohybu tenkých desek (K1) technická teorie ohybu tenkých desek jednotlivé vrstvy desky na sebe netlačí σ z = 0 normálová napětí ve střednicové rovině jsou nulová body ve střednicové rovině se mohou přemist ovat pouze ve směru osy z normály střednicové roviny zůstávají i po deformaci přímé a kolmé k této rovině h z u ϕ w(x,y) 2

Vnitřní síly na desce (K2) Posunutí a pootočení : w, ϕ x, ϕ y [m] Napětí: σ x, σ y, τ xy, τ xz, τ yz [P a] Poměrné deformace: ε x, ε y, γ xy [ ] Měrné vnitřní síly: Měrné momenty: m x, m y (ohybové), m xy (krouticí) [ N m m ], [N] Měrné posouvající síly: q x, q y [ N m ] 3

Vnitřní síly na desce (K3) x τ xy τ xz τ yz y τ yx z σ y σ x m x m xy q x m yx m y q y 4

Deformace a poměrné deformace (K4) h z u = z w x, w v = z y (1) u ϕ w(x,y) ε x = u x = z 2 w x 2 (2) ε y = u y = z 2 w y 2 (3) γ xy = u x + v y = 2 z x y (4) 5

Fyzikální rovnice na desce (Hookeův zákon) (K5) σ x = σ y = E 1 µ 2 (ε x + µ ε y ) = E 1 µ 2 E 1 µ 2 (ε y + µ ε x ) = E 1 µ 2 τ xy = G γ = E 2 (1 + µ) 2 z 2 w x y ( 2 w x 2 + µ 2 w y 2 ( 2 w y 2 + µ 2 w x 2 ) ) (5) (6) (7) 6

Vnitřní síly na desce (K6) m x = m y = m xy = ( 2 σ w x z dx = D t/2 x 2 + µ 2 w y 2 t/2 t/2 t/2 σ y z dx = D t/2 kde D je desková tuhost: ( µ 2 w x 2 + 2 w y 2 ) ), (8), (9) t/2 τ xy z dx = D (1 µ) 2 w x y, (10) D = E t 3 12 ( 1 µ 2) (11) q x = q y = t/2 t/2 τ xzdz = D t/2 t/2 τ yzdz = D ( 3 w x 3 + ( 3 w x 3 + 3 ) w x y 2 3 w x 2 y ) (12) (13) 7

Desková rovnice (1) Získáme z podmínek rovnováhy na elementu desky: p Qy1 M x1 Qx1 M yx1 y z x M xy1 My1 h M yx2 Mx2 My2 Qy2 Mxy2 Qx2 dy dx 8

Desková rovnice (7) Do rovnice: 2 m x x 2 + 2 2 m xy x y + 2 m y x 2 = p lze dosadit vztahy: ( 2 w m x = D x 2 + µ 2 w y 2 q x = D ) ( 3 w x 3 +, m y = D ( µ 2 w x 2 + 2 w y 2 ) 3 ) ( w 3 w x y 2, q y = D x 3 +, m xy = D (1 µ) 2 w x y, 3 w x 2 y ) Po úpravě vznike desková rovnice: 4 w x 4 + 2 4 w x 2 y 2 + 4 w y 4 = p D (14) 14

Desková rovnice (8) Rovnici (14) lze stručně zapsat pomocí Laplaceových operátorů : w(x, y) = p(x, y) D (15) Kde D je desková tuhost: D = E t 3 12 ( 1 µ 2) 15

Příklad 1 - obdélníková deska (1) Porovnejte výsledky výpočtu obdélníkové desky o velikosti 6 x 3 x 0.2 m prostě uložené na koncích vetknuté na jednom konci. Deska je zatížena vlastní tíhou. Deska je řešena metodou konečných prvků (program ufem). 28

Příklad 1 - obdélníková deska (2) 29

Příklad 1 - obd. deska: m x (3) 30

Příklad 1 - obd. deska: m y (4) 31

Příklad 1 - obd. deska: m xy (4) 32

Příklad 2 - obdélníková deska (1) Porovnejte výsledky výpočtu obdélníkové desky o velikosti 6 x 3 x 0.2 m prostě uložené na koncích vetknuté na jednom konci. Deska je zatížena vlastní tíhou. 0.8m 1.1m 1.1m 2.1m 0.9m 1.0m 33

Příklad 2 - obdélníková deska (2) ufem 0.2.57 CS: CART Time: 1 ETyps: 1 RSets: 1 Mats : 1 KPs : 8 GEnts: 2 Nodes: 3782 Elems: 3204 Disps: 155 Loads: 0 y z x ufem_deska2 14. 10. 2011 34

Příklad 2 - obd. deska: m x (3) 35

Příklad 2 - obd. deska: m y (4) 36

Příklad 1 - obd. deska: m xy (4) 37

Konečné prvky na pružném podloží modely podloží deska na Winklerově pružném podloží další možnosti modelování 38

Obvyklé modely podloží pružný poloprostor vrstevnatý pružný poloprostor kontaktní modely (Winklerův, Pasternakův) 39

Pružný poloprostor (1) vychází z předpokladů teorie pružnosti pružná oblast ohraničená jen z jedné strany ( povrch poloprostoru ) homogenní, obvykle izotropní materiál: E, ν 40

Pružný poloprostor (2) P Klasické řešení válcový souřadný systém (r, ϕ, z): z R θ θ R σ z cos(θ) = z R (36) (37) σ r τrz σ R σθ = 0 τ rz σ r sin(θ) = r R r 2 = x 2 + y 2 (38) R 2 = r 2 + z 2 (39) R 2 = x 2 + y 2 + z 2 (40) r r 41

Pružný poloprostor (3) Pro zatížení osamělým břemenem (J. Boussinesque): σ z = 2 P 3 π R 5 (41) σ r = P [ 1 2 µ 2 π R(R + z) 3 z r2 ] R 5 (42) σ e ta = P [ ] z (1 1 µ) 2 π R 3 1 (43) R(R + z) τ rz = 3 P 2 π z 3 z 2 r R 5 (44) 42

Pružný poloprostor (4) Pro zatížení osamělým břemenem (J. Boussinesque): u = w = P (1 + µ) 2 π E P (1 + µ) 2 π E [ r z r (1 2 µ) R3 R(R + z) [ 2(1 µ) + z2 ] R R 3 ] (45) (46) (47) Pro povrch poloprostoru (z = 0): w pp = R (1 µ)2 π E r (48) 43

Pružný poloprostor (5) Řešení v MKP modelování jen dostatečně velkého výseku poloprostoru modelování jen výseku poloroviny pro úlohy rovinné deformace vrstevnatý poloprostor: různé vlastnosti konečných prvků 44

Kontaktní modely podloží (1) Winklerův model: p(x,y) q(x, y) = C w(x, y) (49) C... součinitel stlačitelnosti podkladu [ N m 3]. q(x,y) 45

Kontaktní modely podloží (2) Pastěrnakův model: p(x,y) q(x,y) q(x, y) = C 1 w(x, y) C 2 w(x, y) x (50) C 1... součinitel stlačitelnosti podkladu [ N m 3], C 2... zohledňuje vliv smyku. 46

Deska na Winklerově podkladu (1) v MKP se obvykle tuhost podloží rozloží do uzlů na obdélníkovém prvku např.: b K h K = 1 4 C 1 b h možno použít i ručně pokud to výpočetní program nepodporuje například program ANSYS: prvek SHELL63, reálná konstanta EFS K K K 47

Deska na Winklerově podkladu (2) výpočet matice tuhosti podloží pomocí tvarových funkcí N: K e = C 1 A NT N da, b K h kde C 1 je konstanta Winklerova podkladu pro čtyřuzlový obdélníkový prvek: K K K = 1 4 C 1 b h K 48

Opakování: Dimenzační momenty m x,dim = m x + sgn(m x ) m xy m y,dim = m y + sgn(m y ) m xy 49

Veličiny pro dimenzování (1) Normové vzorce převážně pro dimenzování prutů Desku je možné dimeznovat jako prut při použití dimenzačních momentů Dále popsaný postup je třeba provést pro oba směry (x a y) pro příslušný moment v daném směru 50

Veličiny pro dimenzování (2) y A Postup: 1. Řez A-A 2. Vykreslení m dim v řezu A-A 3. Po částech konstantní náhrada m dim 4. Dimenzujeme na M i = a i m i Doporučení: polohu řezu A-A zvolíme z rozložení výsledků ve 2D zobrazení náhrada m i : průměr v poli a i nebo o něco vyšší provést několik řezů po délce desky A m i A m x,dim A x ai 51