background image

J. Górski, M. Skowronek, 

M. Gołota, K. Winkelmann  •  Teoria sprężystości i plastyczności  – Ćwicz. 2  •  KMBiM WILiŚ PG 

Ćwiczenie 3 

 

Płaski stan naprężeń (PSN) i płaski stan odkształceń (PSO) 

Nowe oznaczenia osi układu współrzędnych: 

1

2

3

,

,

x x x  

(odrzucamy oznaczenia 

, ,

x y z

 ze w

zględu na notację tensorową – indeksy 1,2,3!)  

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Macierz naprężeń: 

Płaski stan naprężeń: 

11

12

21

22

0

0

0

0

0

σ

σ

σ

σ

σ

= 

 lub 

11

13

31

33

0

0

0

0

0

σ

σ

σ

σ

σ

= 

 lub 

22

23

32

33

0

0

0

0

0

σ

σ

σ

σ

σ

= 

 

przy czym kolejno: 

12

21

σ

σ

=

 lub 

13

31

σ

σ

=

 lub 

23

32

σ

σ

=

 

→ zależnie od oznaczenia osi 
 

Macierz małych odkształceń: 

Płaski stan odkształceń: 

11

12

21

22

0

0

0

0

0

ε

ε

ε

ε

ε

= 

 lub 

11

13

31

33

0

0

0

0

0

ε

ε

ε

ε

ε

= 

 lub 

22

23

32

33

0

0

0

0

0

ε

ε

ε

ε

ε

= 

 

przy czym kolejno: 

12

21

ε

ε

=

 lub 

13

31

ε

ε

=

 lub 

23

32

ε

ε

=

 

→ zależnie od oznaczenia osi 
 
 

→ zależność 

Uogólnione prawo Hooke’a 

( )

ε σ

 

 

zapisana na podstawie „myślowych doświadczeń” 

 

dla materiału izotropowego opisanego stałymi: 

→ 

E

 [MPa] – 

moduł Younga 

→ ν  [–] – współczynnik Poissona 
→ 

(

)

2 1

E

G

ν

=

+

 [MPa] 

 

 

Uogólnione prawo Hooke’a: 

(

)

11

11

22

33

1

E

ε

σ

ν σ

σ

=

+

  

(

)

22

22

11

33

1

E

ε

σ

ν σ

σ

=

+

 

(

)

33

33

11

22

1

E

ε

σ

ν σ

σ

=

+

 

13

23

12

12

21

13

31

23

32

2

2

2

G

G

G

σ

σ

σ

ε

ε

ε

ε

ε

ε

=

=

 ,   

=

=

 ,   

=

=

 

 

1

dx

 

2

dx

 

1

x

 

2

x

 

3

x

 

22

σ

 

11

σ

 

12

σ

 

PSN

 

1

x

 

2

x

 

3

x

 

11

ε

 

22

ε

 

PSO

 

12

21

,

ε ε

 

background image

J. Górski, M. Skowronek, 

M. Gołota, K. Winkelmann  •  Teoria sprężystości i plastyczności  – Ćwicz. 2  •  KMBiM WILiŚ PG 

→ związki odwrotne 

( )

ε σ

 

 

uzyskamy rozwiązując powyższy układ równań względem składowych naprężeń: 

(

)

11

11

11

22

33

1

1 2

E

ν

σ

ε

ε

ε

ε

ν

ν

=

+

+

+

+

,  

12

21

12

21

2

2

G

G

σ

σ

ε

ε

=

=

=

 

(

)

22

22

11

22

33

1

1 2

E

ν

σ

ε

ε

ε

ε

ν

ν

=

+

+

+

+

,  

13

31

13

31

2

2

G

G

σ

σ

ε

ε

=

=

=

 

(

)

33

33

11

22

33

1

1 2

E

ν

σ

ε

ε

ε

ε

ν

ν

=

+

+

+

+

,  

23

32

23

32

2

2

G

G

σ

σ

ε

ε

=

=

=

 

 

Z definicji PSN, 

33

0

σ = , dostajemy: 

33

11

22

(

)

E

ν

ε

σ

σ

= −

+

 

→ to oznacza, iż istnieje odkształcenie w kierunku prostopadłym do płaszczyzny naprężeń 

 

 
Z definicji PSO, 

33

0

ε = , dostajemy: 

33

11

22

(

)

σ

ν σ

σ

=

+

 

→ to oznacza, iż istnieje składowa naprężenia w kierunku prostopadłym do płaszczyzny odkształceń 

 

→ zagadnienia teorii sprężystości i plastyczności są na ogół statycznie niewyznaczalne 

Elementarne wyprowadzenie równań równowagi w PSN 

→ równania równowagi stanowią ważną grupę w pełnym układzie równań 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
gdzie: 

g

 – 

grubość elementu, 

1

2

,

b

b

ρ ρ  – składowe sił objętościowych, 

3

[

/

]

kN m

ρ  

 – 

gęstość, 

1

2

[

/

]

b b kN kg

,   

 – 

siły masowe 

3 równania równowagi płaskiego układu sił: 

→ 

1

2

0,

0,

0

x

x

o

P

P

M

=   ∑

=   ∑

=

 

 

Rozpisując: 

1) 

1

0

x

P

=

 

→ 

11

21

1

2

2

1

1

1

2

1

2

0

dx dx g

dx dx g

b dx dx g

x

x

σ

σ

ρ

+

+

=

 

→ stąd: 

11

21

1

1

2

0

b

x

x

σ

σ

ρ

+

+

=

 

2) 

2

0

x

P

=

 

→ 

22

12

2

1

1

2

2

2

1

2

1

0

dx dx g

dx dx g

b dx dx g

x

x

σ

σ

ρ

+

+

=

 

→ stąd: 

12

22

2

1

2

0

b

x

x

σ

σ

ρ

+

+

=

 

3) 

0

o

M

=  

→ 

12

21

σ

σ

=

 

(po pominięciu nieskończenie małych składników wyższego rzędu) 

2

x

 

3

x

 

22

σ

 

11

11

1

1

dx

x

σ

σ

+

 

12

σ

 

1

x

 

11

σ

 

21

21

2

2

dx

x

σ

σ

+

 

22

22

2

2

dx

x

σ

σ

+

 

21

σ

 

12

12

1

1

dx

x

σ

σ

+

 

2

b

ρ

 

1

b

ρ

 

1

dx

 

2

dx

 

różniczka funkcji 
– jej przyrost 

g

×

 

background image

J. Górski, M. Skowronek, 

M. Gołota, K. Winkelmann  •  Teoria sprężystości i plastyczności  – Ćwicz. 2  •  KMBiM WILiŚ PG 

 

Ćwiczenie 3 

 

Dwuwymiarowe zagadnienia teorii sprężystości 

Obok równań równowagi i związków konstytutywnych ważną rolę w teorii sprężystości odgrywają równania 

nierozdzielności! 
 

Równanie zgodności odkształceń (nierozdzielności)w zagadnieniach dwuwymiarowych 
 

 

przypomnienie: układy jednowymiarowe (pręty): 

 
 
 
 
 
 
 
 

→ stąd: 

0

ϕ

∆ =

 

→ warunek nierozdzielności dla belki ciągłej! 

układy dwuwymiarowe (powierzchnie): 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Warunek analityczny ciągłości odkształceń w obszarach dwuwymiarowych (równanie nierozdzielności): 
 

   

2

2

2

11

22

12

2

2

2

1

1

2

2

0

x

x

x x

ε

ε

ε

+

=

∂ ∂

 

 
Dowód (rachunkowy): 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
gdzie: 

1

2

( ,

)

q x x

 

→ wektor przemieszczeń 

,

u v

 

→ współrzędne wektora przemieszczeń 

11

1

22

2

12

21

2

1

1

2

u

x

v

x

u

v

x

x

ε

ε

ε

ε

=

=

=

=

+

 

0

ϕ

∆ ≠

 

postać odkształcona 
– krzywa klasy C

1

 

(belka ciągła) 

postać odkształcona 
– krzywa nie jest klasy C

1

 

linie wyobrażonego podziału – „myślowego” 

brak ciągłości odkształceń – pęknięcia 

ciągłość odkształceń zachowana – składowe wektora odkształceń: 

11

12

21

22

,

,

,

ε ε ε ε

 

nie mogą być przyjmowane niezależnie (dowolnie) 

 

u

 

v

 

1

x

 

2

x

 

1

2

( ,

)

q x x

 

1

dx

 

2

dx

 

background image

J. Górski, M. Skowronek, 

M. Gołota, K. Winkelmann  •  Teoria sprężystości i plastyczności  – Ćwicz. 2  •  KMBiM WILiŚ PG 

Podstawiając uzyskane wartości do wzoru: 

2

2

2

11

22

12

2

2

2

1

1

2

2

0

x

x

x x

ε

ε

ε

+

=

∂ ∂

 

otrzymujemy: 

2

2

2

2

2

2

1

1

2

1

2

2

1

1

2

0

2

u

v

u

v

x

x

x

x

x x

x

x

+

+

=

∂ ∂

 

 
To daje: 

3

3

3

3

2

2

2

2

1

2

1

2

1

2

1

2

0

u

v

u

v

x x

x x

x x

x x

+

=

∂ ∂

∂ ∂

∂ ∂

∂ ∂

 

a więc: 

0

0

=

 

co było do okazania! 
 

Głębsze uzasadnienie równania podane będzie w ramach wykładu! 
 
 
Zadanie 1:
Od

powiedź uzasadnić. 

 

Czy podane poniżej funkcje mogą być współrzędnymi tensora małych odkształceń w PSO? 

 

2

2

4

2

1

2

2

1

1 2

2

10

2

ij

x

x

l

x

x x

ε ε

=

,  

[ ]

l

const m

 

 

 

Aby podane powyżej funkcje mogły być współrzędnymi tensora małych odkształceń w PSO musi zostać spełnione 
równanie: 

Rozwiązanie zadania 1:  

2

2

2

11

22

12

2

2

2

1

1

2

2

0

x

x

x x

ε

ε

ε

+

=

∂ ∂

 

 
Zatem obliczamy: 

( )

2

2

2

11

2

2

2

2

2

2

2

(2 )

2

x

x

x

x

x

ε

=

=

=

 

(

)

( )

2

2

22

1 2

2

2

2

1

1

1

0

x x

x

x

x

x

ε

=

=

=

 

oraz: 

( )

( )

2

2

2

12

1

1

2

1

2

1

2

2

2

2

0

2 0

0

x

x x

x x

x

ε

=

=

= ⋅ =

∂ ∂

∂ ∂

 

lub też: 

( )

( )

2

2

2

12

1

1

1

2

1

2

2

2

2

2

2

4

2 0

0

x

x

x x

x x

x

ε

=

=

= ⋅ =

∂ ∂

∂ ∂

 

 

Podstawiając obliczone wartości do równania: 

2

2

2

11

22

12

2

2

2

1

1

2

2

0

x

x

x x

ε

ε

ε

+

=

∂ ∂

 

otrzymujemy: 

2 0 0

2

0

+ − = ≠

 (sprz

eczność) 

 

Odpowiedź: Zatem, podane powyżej funkcje nie mogą być współrzędnymi tensora małych odkształceń w PSO! 


Document Outline