22534

Плоское напряженное состояние

Лекция

Производство и промышленные технологии

Тензор напряжений в этом случае имеет вид Геометрическая иллюстрация представлена на рис. Инварианты тензора напряжений равны а характеристическое уравнение принимает вид Корни этого уравнения равны 1 Нумерация корней произведена для случая Рис. Позиция главных напряжений Произвольная площадка характеризуется углом на рис. Если продифференцировать соотношение 2 по и приравнять производную нулю то придем к уравнению 4 что доказывает экстремальность главных напряжений.

Русский

2013-08-04

98.5 KB

7 чел.

Сопротивление материалов Сагадеев В.В.

Лекция № 7. Плоское напряженное состояние

   Рассмотрим важный для приложений случай плоского напряженного состояния, реализуемого, например, в плоскости Oyz. Тензор напряжений в этом случае имеет вид

   Геометрическая иллюстрация представлена на рис.1. При этом площадки х=const являются главными с соответствующими нулевыми главными напряжениями. Инварианты тензора напряжений равны , а характеристическое уравнение принимает вид

Корни этого уравнения равны

(1)

Нумерация корней произведена для случая



Рис.1. Исходное плоское напряженное состояние.

 



Рис.2. Позиция главных напряжений

 

   Произвольная площадка характеризуется углом на рис. 1, при этом вектор п имеет компоненты: , , nх=0. Нормальное и касательное напряжения на наклонной площадке выражаются через угол следующим образом:

(2)

(3)

   Так как на главных площадках касательное напряжение отсутствует, то, приравнивая нулю выражение (3), получим уравнение для определения угла между нормалью п и осью Оу

(4)

   Наименьший положительный корень уравнения (4) обозначим через . Так как tg(х)—периодическая функция с периодом , то имеем два взаимно ортогональных направления, составляющие углы и с осью Оу. Эти направления соответствуют взаимно перпендикулярным главным площадкам (рис. 2).

   Если продифференцировать соотношение (2) по и приравнять производную нулю, то придем к уравнению (4), что доказывает экстремальность главных напряжений.

   Для нахождения ориентации площадок с экстремальными касательными напряжениями приравняем нулю производную от выражения

,

откуда получим

(5)

 

Сравнивая соотношения (4) и (5), находим, что

   Это равенство возможно, если углы и отличаются на угол . Следовательно, направления площадок с экстремальными касательными напряжениями отличаются от направлений главных площадок на угол (рис. 3).



Рис.3. Экстремальность касательных напряжений

 

Величины экстремальных касательных напряжений получим после подстановки (5) в соотношение (3) с использованием формул

.

После некоторых преобразований получим

Сравнивая это выражение с полученными ранее значениями главных напряжений (2.21), выразим экстремальные касательные напряжения через главные напряжения

Аналогичная подстановка в (2) приводит к выражению для нормальных напряжений на площадках с

Полученные соотношения позволяют проводить направленно-ориентированный расчет конструкций на прочность в случае плоского напряженного состояния.

 

ТЕНЗОР ДЕФОРМАЦИИ

   Рассмотрим вначале случай плоской деформации (рис. 4). Пусть плоский элемент MNPQ перемещается в пределах плоскости и деформируется (изменяет форму и размеры). Координаты точек элемента до и после деформации отмечены на рисунке.



Рис.4. Плоская деформация.

 

По определению относительная линейная деформация в точке М в направлении оси Ох равна

Из рис. 4 следует

Учитывая, что MN=dx, получим

В случае малых деформаций, когда , , можно пренебречь квадратичными слагаемыми. С учетом приближенного соотношения

справедливого при x<<1, окончательно для малой деформации получим

Угловая деформация определяется как сумма углов и (4). В случае малых деформаций

Для угловой деформации имеем

Проводя аналогичные выкладки в общем случае трехмерной деформации, имеем девять соотношений

(6)

   связывающих линейные и угловые деформации с перемещениями. Эти соотношения носят название соотношений Коши.

Три линейных и шесть угловых деформаций (6) образуют тензор малых деформаций

(7)

   Этот тензор полностью определяет деформированное состояние твердого тела. Он обладает теми же свойствами, что и тензор напряжений. Свойство симметрии непосредственно следует из определения угловых деформаций. Главные значения и главные направления, а также экстремальные значения угловых деформаций и соответствующие им направления находятся теми же методами, что и для тензора напряжений.

   Инварианты тензора деформаций определяются аналогичными формулами, причем первый инвариант тензора малых деформаций имеет ясный физический смысл. До деформации его объем равен dV0 =dxdydz. Если пренебречь деформациями сдвига, которые изменяют форму, а не объем, то после деформации ребра будут иметь размеры

(рис. 4), а его объем будет равен

.

Относительное изменение объема

в пределах малых деформаций составит

что совпадает с определением первого инварианта. Очевидно, что изменение объема есть физическая величина, не зависящая от выбора системы координат.

   Так же, как и тензор напряжений, тензор деформаций можно разложить на шаровой тензор и девиатор. При этом первый инвариант девиатора равен нулю, т. е. девиатор характеризует деформацию тела без изменения его объема.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

58592. Значение и организация нервной системы 59.5 KB
  Цель урока: Рассмотреть общий план строения нервной системы и определить ее значение в системе всего организма Основные вопросы урока: Общая характеристика нервной системы Этапы развития нервной системы Общий план строения нервной системы человека.
58593. Оur university 344.5 KB
  The families of the words: to arrange, arrangement; to teach, teacher; to instruct, instruction, instructor; to prepare, preparation, preparatory; stomatology, stomatological, stomatologist; medicine, medical, medicinal...
58594. Основы рационального питания 75 KB
  И поэтому нам хочется чтобы вы узнали зачем мы едим из чего состоят продукты какие продукты полезные а какие вредные и что лучше есть чтобы быть здоровым хорошо расти учиться и быть в хорошем настроении.
58595. Телепередачи 49 KB
  Цель: Повторение и закрепление материала по теме «Простое прошедшее время», введение нового лексического материала по теме Задачи: Практические: Тренировка произносительных навыков учащихся...
58596. Безударная гласная корня. Способы словообразования Конспекты уроков 127 KB
  Повторить правописание безударных гласных в корне, отработать умение классифицировать данную орфограмму. Оборудование: карточки с заданиями, варианты тестовых заданий.
58599. Электропитание системного блока ПК 153 KB
  В некоторой степени блок питания также: выполняет функции стабилизации и защиты от незначительных помех питающего напряжения; будучи снабжён вентилятором участвует в охлаждении компонентов персонального компьютера Компьютерный блок питания для настольного компьютера стандарта PC персонального или игрового...
58600. Лампа накаливания 34 KB
  Для примера решим следующую задачу: Есть электрическая плитка рассчитанная на ток 1 кВт. Сколько потребуется денег чтобы заплатить за электроэнергию если воду кипятили каждый день в течение месяца при тарифе...