background image

1

Metoda Elementów 

Metoda Elementów 

Sko czonych



Sko czonych



Podstawy teorii 

Podstawy teorii 

nieliniowej

nieliniowej

Leonard Ziemia ski



Leonard Ziemia ski



Katedra Mechaniki Konstrukcji

Katedra Mechaniki Konstrukcji

2

2

Mechanika

Mechanika

Mechanika

Mechanika

Teoretyczna

Teoretyczna

Stosowana

Stosowana

Obliczeniowa

Obliczeniowa

3

3

Zale no ci w mechanice cia  







Zale no ci w mechanice cia  







spr ystych



spr ystych



Zadane

Zadane

Przemieszczenia

Przemieszczenia

Przemieszczenia

Przemieszczenia

Odkszta cenia



Odkszta cenia



Napr enia



Napr enia



Obci enia



Obci enia



Zadane

Zadane

Reakcje

Reakcje

Równania

Równania

kinematyczne

kinematyczne

Równania

Równania

konstytutywe

konstytutywe

Równania

Równania

równowagi

równowagi

Warunki

Warunki

brzegowe

brzegowe

Warunki

Warunki

brzegowe

brzegowe

Teoria 

Teoria 

spr ysto ci





spr ysto ci





Teoria

Teoria

spr ysto ci





spr ysto ci





4

4

Równania w mechanice cia  



Równania w mechanice cia  



spr ystych



spr ystych



q

q

u

u

ε

ε

σ

σ

f

f

r

r





 = 

 = 

u

u

 

 

D

D

T

T

 

 





 

 

+ f = 0

+ f = 0





n

n

 = 0

 = 0

u = q

u = q





 = D 

 = D 

e

e

background image

5

5

ród a nieliniowo ci







ród a nieliniowo ci







q

q

u

u

ε

ε

σ

σ

f

f

r

r

nieliniowo  



nieliniowo  



materia owa



materia owa



nieliniowo  



nieliniowo  



geometryczna

geometryczna

nieliniowe 

nieliniowe 

przemieszczeniowe 

przemieszczeniowe 

warunki brzegowe

warunki brzegowe

nieliniowe obci eniowe 



nieliniowe obci eniowe 



warunki brzegowe

warunki brzegowe

6

6

Cechy nieliniowej analizy

Cechy nieliniowej analizy

Zasada superpozycji nie obowi zuje



Zasada superpozycji nie obowi zuje



Historia obci enia wp ywa na odpowied





Historia obci enia wp ywa na odpowied





Wp yw stanu pocz tkowego konstrukcji





Wp yw stanu pocz tkowego konstrukcji





Analiza dla poszczególnych kroków czasowych

Analiza dla poszczególnych kroków czasowych

7

7

Typy nieliniowo ci



Typy nieliniowo ci



G adkie



G adkie



Ostre

Ostre

Nieliniowo  geometryczna



Nieliniowo  geometryczna



Nieliniowo  materia owa





Nieliniowo  materia owa





Obci enie  ledz ce







Obci enie  ledz ce







Wi zy jednostronne



Wi zy jednostronne



8

8

Zale no ci mi dzy wielko ciami 









Zale no ci mi dzy wielko ciami 









statycznymi i geometrycznymi

statycznymi i geometrycznymi

q

Q

k

Q = k q

1





E



 = E 



1

Q

q

background image

9

9

Nieliniowe zale no ci





Nieliniowe zale no ci





q

Q

k

t

Q = k q

1

ε

σ

E

t

σ = E ε

1

10

10

Zele no  





Zele no  





σ−ε

σ−ε

Liniowa

Liniowa

Nieliniowa

Nieliniowa

Teoria 

Teoria 

spr ysto ci





spr ysto ci





σ

σ

 

 

= D 

= D 

ε

ε

11

11

Klasyfikacja

Klasyfikacja

    problemów

    problemów

          nieliniowych

          nieliniowych

12

12

Grupa 1

Grupa 1

Nieliniowo  w 



Nieliniowo  w 



równaniach konstytutywnych

równaniach konstytutywnych

Przemieszczenie

Przemieszczenie

Odkszta cenie



Odkszta cenie



ma e

ł

ma e

ł

background image

13

13

Przemieszczenia ma e, 



Przemieszczenia ma e, 



odkszta cenia ma e





odkszta cenia ma e





x

1

x

2

u

1

u

2

σ,ε

E

t

σ = E ε

1

14

14

Grupa 2

Grupa 2

Nieliniowo  w równaniach kinematycznych, 



Nieliniowo  w równaniach kinematycznych, 



równania konstytutywne mog  by ; 





równania konstytutywne mog  by ; 





liniowe lub nieliniowe

liniowe lub nieliniowe

Przemieszczenie

Przemieszczenie

Odkszta cenie



Odkszta cenie



du e

ż

ma e

ł

15

15

1

2

u

1

u

2

σ,ε

ε

σ

E

σ = E ε

1





E

t

σ = E ε

1

16

16

Zwiazki fizyczne z uwzgl dnieniem 



Zwiazki fizyczne z uwzgl dnieniem 



cz ci nieliniowej



cz ci nieliniowej



Teoria 

Teoria 

spr ysto ci





spr ysto ci





background image
background image

21

21

Grupa 3

Grupa 3

Nieliniowo  w równaniach kinematycznych, 



Nieliniowo  w równaniach kinematycznych, 



równania konstytutywne mog  by  liniowe, 





równania konstytutywne mog  by  liniowe, 





ale zwykle s  nieliniowe



ale zwykle s  nieliniowe



Przemieszczenie

Przemieszczenie

Odkszta cenie



Odkszta cenie



du e

ż

du e

ż

22

22

1

2

u

1

u

2

σ,ε

ε

σ

E

t

σ = E ε

1

23

23

Zagadnienia tej grupy pojawiaj  si  np. 





Zagadnienia tej grupy pojawiaj  si  np. 





w konstrukcjach z mi kkich materia ów





w konstrukcjach z mi kkich materia ów





gumopochodnych lub w mechanice gruntów 

gumopochodnych lub w mechanice gruntów 

organicznych (torf).

organicznych (torf).

24

24

Dworzec kolejowy

Dworzec kolejowy

background image

25

25

26

26

27

27

28

28

Sposoby opisu problemów 

Sposoby opisu problemów 

nieliniowych

nieliniowych

W problemach nieliniowych zmiany po o enia i 

 

W problemach nieliniowych zmiany po o enia i 

 

kszta tu deformowanego cia a w kolejnych, 





kszta tu deformowanego cia a w kolejnych, 





dyskretnych chwilach czasowych, wymuszaj  



dyskretnych chwilach czasowych, wymuszaj  



przyj cie odpowiednich uk adów wspó rz dnych, 





 

przyj cie odpowiednich uk adów wspó rz dnych, 





 

w których opis ten jest dokonywany.

w których opis ten jest dokonywany.

Stosuje si  dwa rodzaje uk adów wspó rz dnych





 

Stosuje si  dwa rodzaje uk adów wspó rz dnych





 

-

uk ad nieruchomy; tzw. opis Lagrange’a



uk ad nieruchomy; tzw. opis Lagrange’a



-

uk ad ruchomy; tzw. opis Eulera



uk ad ruchomy; tzw. opis Eulera



background image
background image
background image

37

37

Napr enie-odkszta cenie





Napr enie-odkszta cenie





σ

e

x

=lnλ

ε

P

38

38

Odkszta cenia (miary)



Odkszta cenia (miary)





Tensor odkszta ce  “in ynierskich” 







P

 



Tensor odkszta ce  Greena (Greena-Lagrangea) 





E

 



Tensor odkszta ce  Almansiego 





A



Tensor pr dko ci odkszta cenia, 







D

 



Tensor odkszta ce  logarytmicznych





e

0

=

l

l

0

l

0

=

l

2

l

0

2

l

0

2

e

x

=



l

0

l

dl

l

0

= ln



l

l

0



=ln 

x





al

=

l

2

l

0

2

l

2

39

39

Wymagania przy budowie 

Wymagania przy budowie 

elementu

elementu

•

Warunek zgodno ci: 



Warunek zgodno ci: 



a) ci g o  pola przemieszcze

  



a) ci g o  pola przemieszcze

  



•

Warunki zupe no ci: 





Warunki zupe no ci: 





a) opis w elemencie pola sta ych 



a) opis w elemencie pola sta ych 



przemieszcze

przemieszcze

b) brak odkszta ce  przy sztywnych 





b) brak odkszta ce  przy sztywnych 





ruchach elementu  

ruchach elementu  

40

40

MODELE KONSTYTUTYWNE

MODELE KONSTYTUTYWNE

background image
background image

45

45

P tla histerezy



P tla histerezy



46

46

O rodki spr ysto-plastyczne





O rodki spr ysto-plastyczne





p

p

p

p

pl

pl

E

B

C

A

D

F

47

47

Materia  spr ysto-idealnie 





Materia  spr ysto-idealnie 





plastyczny

plastyczny

p

p

p

p

pl

pl

E

B

C

A

D

F

48

48

Efekty w o rodkach spr ysto-





Efekty w o rodkach spr ysto-





plastycznych

plastycznych

1.

1.

O rodek idealnie spr

ysty poni ej granicy plastyczno ci









O rodek idealnie spr

ysty poni ej granicy plastyczno ci









2.

2.

Granica plastyczno ci jest funkcj  stanu napr

enia oraz 







Granica plastyczno ci jest funkcj  stanu napr

enia oraz 







innych parametrów termodynamicznych

innych parametrów termodynamicznych

3.

3.

W modelach S-P nie wyst puj  efekty reologiczne





W modelach S-P nie wyst puj  efekty reologiczne





4.

4.

Inne s  PK dla obszaru spr

ystego i plastycznego





Inne s  PK dla obszaru spr

ystego i plastycznego





5.

5.

Wyst puje 



Wyst puje 



wzmocnienie

wzmocnienie

 – wzrost granicy plastyczno ci



 – wzrost granicy plastyczno ci



6.

6.

Nale y uwzgl dnia  efekty termiczne







Nale y uwzgl dnia  efekty termiczne







7.

7.

Materia y S-P s  





Materia y S-P s  





nie ci liwe





nie ci liwe





8.

8.

Odkszta cenia ca kowite = suma odkszta ce  spr

ystych 











Odkszta cenia ca kowite = suma odkszta ce  spr

ystych 











i plastycznych

i plastycznych

background image
background image

53

53

Powierzchnie plastyczno ci



Powierzchnie plastyczno ci



54

54

cie ki równowagi



cie ki równowagi



55

55

56

56

background image

57

57

58

58

59

59

60

60

background image

61

61

Metody rozwi zywania 



Metody rozwi zywania 



równa  nieliniowych



równa  nieliniowych



Dla nieliniowych

Dla nieliniowych

62

62

Obliczenia przyrostowe

Obliczenia przyrostowe

63

63

Metoda Newtona-Raphsona

Metoda Newtona-Raphsona

64

64

background image

65

65

Zmodyfikowana metoda 

Zmodyfikowana metoda 

Newtona-Raphsona

Newtona-Raphsona

66

66

67

67

68

68

background image

69

69

Metoda Quasi-Newton

Metoda Quasi-Newton

70

70

71

71

72

72