background image

 
 
Politechnika Gdańska Teoria 

Sprężystości i Plastyczności M-SE4 

Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska 

 sem. VI KBI   r. 2005/2006 

Katedra Mechaniki Budowli 

  prowadzący: Wojciech Witkowski, Marek Skowronek 

 

ZADANIA DOMOWE – zestaw nr 4 

- tarcze, 

układ biegunowy i kartezjański, powtórka – 

 

 
1.  Deformacja dana jest równaniami: 

 

 

 
 
 
Określić materialny gradient deformacji F, tensor deformacji Greena C i tensor odkształceń 
Lagrange – Greena E. Scharakteryzować opisaną powyżej deformację. 

1

1

2

2

1

2

3

3

cos

sin

sin

cos

x

X

X

x

X

X

x

X

α

α

α

α

=

+

⎪ = −

+

⎪ =

 

............................................................................................................................................................... 
 

Materialny gradient deformacji:      

1,1

1,2

1,3

2,1

2,2

2,3

3,1

3,2

3,3

cos

sin

0

sin

cos

0

0

0

x

x

x

x

x

x

x

x

x

α

α

α

α

1

⎥ ⎢

=

= −

⎥ ⎢

⎥ ⎢

F

 

Tensor deformacji Greena: 

 

 

cos

sin

0

cos

sin

0

1 0 0

sin

cos

0

sin

cos

0

0 1 0

0

0

1

0

0

1

0 0

T

α

α

α

α

α

α

α

α

⎤ ⎡

⎤ ⎡

⎥ ⎢

⎥ ⎢

=

=

=

⎥ ⎢

⎥ ⎢

⎥ ⎢

⎥ ⎢

⎦ ⎣

⎦ ⎣

C F F

1

⎥⎦

Tensor odkształceń Lagrange – Greena  

(

)

0 0 0

1

0 0 0

2

0 0 0

=

= ⎢

E

C I

 

Zerowy tensor odkształceń Lagrange – Greena świadczy o tym, że deformacja jest ruchem 
sztywnym. 

 
 
 

1

3

2

3

1

2

2

2

6

=

ε

 
2. Stan odkształcenia określony jest  
 tensorem 

małych odkształceń 

 
 
 - 

rozłożyć tensor odkształceń na część kulistą i dewiator 

 - 

obliczyć niezmienniki tensora odkształceń oraz dewiatora 

 - 

znaleźć odkształcenie podłużne w kierunku wektora 

[

]

0 3 4

T

=

v

  

............................................................................................................................................................... 

 

background image

Część kulista tensora odkształceń: 

8 8 8
3 3 3

ax

diag

=

ε

, dewiator 

5

3

2

3

5

3

2

3

10

2

2

3

dev

=

ε

 

Niezmienniki tensora odkształceń: 

( )

2

2

1

8,

4,

det

32

2

I

tr

II

tr

tr

III

=

=

=

=

=

= −

ε

ε

ε

ε

ε

ε

ε

 

Niezmienniki dewiatora odkształceń: 

 

 

( ) (

)

2

2

1

76

448

0,

,

det

2

3

dev

dev

dev

dev

dev

dev

dev

I

tr

II

tr

tr

III

=

=

=

=

=

=

ε

ε

ε

ε

ε

ε

27

ε

 

Wektor jednostkowy zgodny z v:  

(

)

1

0 3 4

5

T

=

n

 

Odkształcenie podłużne w kierunku wektora n

 

 

(

)

1

3

2

0

1

5

0 3 4

3

1

2

3

2.28

25

25

2

2

6

4

T

ε

⎤ ⎛ ⎞

⎜ ⎟

=

=

=

=

⎜ ⎟

⎜ ⎟

⎦ ⎝ ⎠

n ε n

7

 

 

 

3. Tensor naprężenia w punkcie jest określony składowymi 

7

0

2

0

5

0

2 0

4

= ⎢

σ

 

 - 

znaleźć wektor naprężenia działający w przekroju 

  

normalnej 

[

]

2

2 1

T

=

N

 

    - podać bezpośredni wzór na obliczenie składowej normalnej  
 

  wektora naprężenia we wskazanym przekroju 

............................................................................................................................................................... 
 

    

        Wektor jednostkowy zgodny z N

[

1

2

2 1

3

T

=

n

]

 

 

Wektor naprężenia w przekroju o normalnej n:  

4

7

0

2

2

1

1

0

5

0

2

3

3

2 0

4

1

0

⎤ ⎛

⎞ ⎜

=

=

− = −

⎦ ⎝

t σn

0

 

  Składowa normalna wektora t:  

(

)

12

1

4

2

2 1

10

9

9

0

T

T

σ

=

=

=

=

n t n σn

4

 

 
 
 
 
 

background image

4. Znając ogólną postać operatora Laplace’a w układzie biegunowym 

( )

2

2

2

2

1

1

,

F

F

F r

r

r

r

r

ϕ

2

F

ϕ

=

+

+

 

wyprowadzić równanie biharmoniczne w przypadku obrotowej symetrii w postaci rozwiniętej, 
uporządkowanej względem malejących pochodnych funkcji F względem r

............................................................................................................................................................... 

STAN OBROTOWOSYMETRYCZNY: 

( )

F

F r

=

 

 

 

 

 

 

(a) (b) 

(c) (d) 

 

 

(

)

(

)

2

2

1

2

2

2

1

1

,

ac

ad

bc

bd

F

F

F x x

I

I

I

I

r

r r

r

r

r

⎞⎛

∂ ⋅

∂ ⋅

∆ ∆

=

+

+

=

+

+

+

⎟⎜

⎠⎝

 

2

2

4

2

2

4

2

2

2

2

2

3

2

2

3

2

3

2

2

2

2

3

3

2

2

1

1

1

1

1

1

1

1

1

2

2

ac

ad

F

F

I

r

r

r

F

F

F

I

r

r r

r

r

r

r r

F

F

F

F

F

F

F

r r

r

r

r

r

r r

r r

r

r

r r

=

=

∂ ∂

=

=

=

=

+

=

+

3

1

2

 

lub korzystając ze wzoru na drugą pochodną iloczynu: 

( )

( )

2

uv

uv

vu

uv

uv

u v

vu

′′

′′

=

=

+

+

′′

 

2

3

2

3

2

2

2

2

2

2

1

1

1

1

1

1

1

1

bc

bd

F

F

I

r r

r

r r

F

F

F

F

I

r r

r r

r

r

r

r r

r

r

r r

∂ ∂

=

=

∂ ∂

=

=

=

3

1

F

 

Stąd 

( )

(

)

4

3

2

4

3

2

2

3

2

1

1

0

F

F

F

F

F r

r

r

r

r

r

r

r

∆ ∆

=

+

+

=

 

Jest to równanie różniczkowe z niewiadomą funkcją jednej zmiennej, a więc równanie 

różniczkowe zwyczajne: 

4

3

2

=

4

3

2

2

3

2

1

1

0

d F

d F

d F

dF

dr

r dr

r

dr

r dr

+

+

 

 

Z postaci równania różniczkowego liniowego o zmiennych współczynnikach można łatwo 

przejść do postaci o stałych współczynnikach, dokonując podstawienia 

 

 

t

t

r

e

dr

e dt

rdt

=

=

=

Stąd     

4

3

4

1

1

t

dF

dF

dF

e

r dr

r

dt

dt

=

=

2

2

4

2

2

4

2

2

1

1

t

d F

d F

d F

e

r

dr

r

dt

dt

=

=

2

 

            

3

3

4

3

4

3

1

1

t

d F

d F

d F

e

r dr

r

dt

dt

=

=

3

3

4

4

4

4

4

4

1

t

d F

d F

d F

e

dr

r

dt

dt

=

=

4

4

 

Zatem równanie przyjmie postać: 

4

3

2

4

3

2

2

0

d F

d F

d F

dF

dt

dt

dt

dt

+

+

=  

DODATKOWO

background image

 
 

P

σ

A

σ

B

2

2

P

 

2

P

2

 

5. Obliczyć podane naprężenia 

σ

A

 i 

σ

B

  

we wskazanych punktach  
klina prostokątnego  
jak na rys. 

 

 

 
 
 
 

.......................................................................  

    

 
 
 

 

 

 

 

 

a

 a 

grubość 
tarczy 
równa g 

 
 

 

 

(

)

2

2

2

2

2

2

2

1

2

I

A

P

P

a

ga

g

σ

π

π

=

=

+

+

 

 

 

(

)

2

2

2

2

2

2

2

1

2

I

B

P

P

a

ga

g

σ

π

π

=

=

+

+

 

 

 

   

 

B

A

 
 
 
 

 

(

)

2

2

2

2

2

2

2

1

2

II

A

P

P

a

ga

g

σ

π

π

⎞ ⎛

− −

⎟ ⎜

⎠ ⎝

=

=

 

 

 

(

)

2

2

2

2

2

2

2

1

2

II

B

P

P

a

ga

g

σ

π

π

− −

=

=

 

B

A

II 

 
Stąd 

 

(

)

(

)

2

2

2

1

1

4

2.141

2

2

4

2

1

1

8

1.363

2

2

4

I

II

A

A

A

I

II

B

B

B

P

P

ga

ga

ga

P

P

ga

ga

ga

π

σ

σ

σ

π

π

π

σ

σ

σ

π

π

π

=

+

=

+

=

≅ −

+

=

+

=

=

+

P

P

 


Document Outline