1. Podstawowe założenia wytrzymałości materiałów :
- idealizacja materiału
- idealizacja konstrukcji uproszczenie konstrukcji: elementy prętowe, cienkościenne, masywne
- idealizacja więzów przeguby, utwierdzenia, podpory
- idealizacja obciążenia siły, momenty
Ciągłość materiału- w materiale nie występują mikropęknięcia, pustki. Rozpatrywane
materiały można uważać za continuum materialne.
continuum materialne każdy punkt geometryczny ciała ma przypisaną masę która jest w
sposób ciągły rozłożona w przestrzeni ciała.
Jednorodność materiału- właściwości mechaniczne, fizyczne materiału nie są funkcjami
położenia, czyli są jednakowe w każdym punkcie elementu konstrukcyjnego.
Izotropowość materiału- właściwości mechaniczne, fizyczne nie zależą od orientacji
rozpatrywanej objętości elementarnej ciała.
Liniowa sprężystość materiału- zakłada że do pewnej granicy obciążenia ciało zachowuje
ciągłość struktury oraz, że istnieje jednoznaczny, bez naprężenia stan ciała, do którego
badane ciało powraca, ilekroć zostaną usunięte siły zewnętrzne.
To są zasady obliczeniowe:
Zasada zesztywnienia linie działania sił przyłożonych do ciała nieodkształconego nie
zmieniają położenia w ciele odkształconym. Niezależnie od obciążeń konstrukcja nie zmienia
geometrii.
Zasada superpozycji lub zasada niezależności obciążeń, reakcje na obciążenia można
sumować.
Zasada De Saint-Venanta jeśli w pewnym miejscu danej bryły przyłożymy różne, ale
statecznie równoważne obciążenia, to naprężenia miejscowe będą różne, natomiast w
pozostałej części bryły sposób przyłożenia nie ma wpływu na rozkład naprężeń. Przyjmujemy,
że siła jest w punkcie lub na jakiejś długości a nie na fragmencie objętości.
Założenia statyczności obciążeń- przyjmuje się, że działające na konstrukcje siły wzrastają od
wartości zerowej aż do ich ostatecznej wartości w sposób ciągły i nieskończenie powolny
Ciało rozważamy w stanie statycznym
Zasada płaskich przekrojów zakłada się, że przekrój płaski przeprowadzony myślowo w ciele
nieodkształconym, chociaż może zmienić swe położenie przy odkształceniu ciała, pozostaje
nadal płaski.
2. siła przekrojowa, siła wewnętrzna, siłą zewnętrzna, gęstość sił wewnętrznych
siła przekrojowa - uogólniona siła (czyli siła albo moment) wypadkowa pochodząca od
obciążeń działających na odrzuconą część układu a redukowana do (względem) układu
własnego przekroju poprzecznego; znak określany na podstawie konwencji znakowania sił
przekrojowych
siłą zewnętrzna siłą jaką przykładamy do ciała z zewnątrz , dzielimy je na
objętościowe(masowe siły wywołane przyspieszeniem, związane z masą lub objętością
ciała) i powierzchniowe(przyłożone do powierzchni ciała, przyczyną ich występowania jest
zwykle oddziaływanie dwu ciał na siebie[akcja-reakcja]). Układ sił zew. Działających na
ciało możemy podzielić na czynne(obciążenia) i bierne(reakcji).
siła wewnętrzna - (w punkcie), siła wypadkowa, z jaką cząstki odrzuconej części układu
działają na wybrany punkt przekroju(zawsze parami przeciwne, działają wzdłuż tej samej
prostej, równe wartości, przeciwne zwroty)
gęstość powierzchniowa sił wewnętrznych jego miarą jest naprężenie. Jednostką
naprężenia jest paskal. Naprężenie to stosunek siły działającej na jakimś elemencie pola
do pola tego elementu.
3. tensor/macierz naprężenia i odkształcenia, interpretacja składowych
macierz naprężenia - macierz, której elementami są współrzędne tensora naprężenia;
matematyczny zapis stanu naprężenia w wybranym układzie współrzędnych
macierz symetryczna, reprezentacją tensora naprężeń jest macierz naprężeń
s t t
x xy xz
t s t x, y, z naprężenia normalne na płaszczyznie prostopadłej do osi: X,Y,Z
yx y yz
t t s
zx zy z
(gęstość powierzchniowa sił normalnych)
naprężenia styczne
yx naprężenie styczne na płaszczyznie prostopadłej do osi Y i równoległe do osi X(analogicznie& )
xy= yx xz= zx yz= zy
macierz odkształcenia - macierz, której elementami są współrzędne tensora odkształcenia;
matematyczny zapis stanu odkształcenia w wybranym układzie współrzędnych. Jest to
uporządkowany zbiór odkształceń linowych i kątowych.
macierz symetryczna, reprezentacją tensora odkształcenia, jest macierz odkształcenia
1 1
e g g
x xy xz
2 2
1 1
g e g lub
yx y yz
2 2
1 1
g g e
zx zy z
2 2
x, y, z odkształcenia liniowe włókna równoległego do osi: X,Y,Z
odkształcenia kątowe
xy odkształcenie kątowe włókien równoległych do osi X i Y(analogicznie& )
xy= yx, xz= zx, yz= zy
4. wartości (kierunki) własne macierzy odkształceń i naprężeń
naprężenia:
Wartości własne macierzy naprężeń określają maksymalne występujące naprężenia
normalne(ściskające lub rozciągające) nazywane naprężeniami głównymi. Przy występowaniu
naprężeń głównych nie ma naprężeń ścinających. Macierz naprężeń posiada wartości tylko na
głównej diagonali i są one ekstremalne.
Kierunki własne są to kierunki osi układu współrzędnych dla którego macierz tensora naprężeń jest
macierzą diagonalną(posiada ekstremalne naprężenia normalne na przekątnej macierzy).
odkształcenia:
Wartości własne macierzy odkształceń to ekstremalne odkształcenia liniowe występujące w danym
stanie odkształcenia. Macierz odkształceń głównych posiada wartości tylko na głównej przekątnej i są
to właśnie ekstremalne odkształcenia liniowe.
Kierunki główne są to 3 prostopadłe do siebie kierunki na których działają ekstremalne odkształcenia
liniowe. Odkształceniom głównym nie towarzyszą zmiany kątów odkształcenia postaciowego
(kątowego)
Równanie wiekowe - równanie sześcienne, w którym współczynnikami są niezmienniki główne a jego
pierwiastkami wartości własne tensora.
naprężenie głowne
Niezmienniki - wielkość nie zależąca od przyjętego układu współrzędnych.
Niezmienniki główne wyznaczymy z:
5. płaski stan naprężeń - wzory transformacyjne
Płaskim stanem naprężenia nazywamy przypadek kiedy dla wszystkich przekrojów
poprowadzonych przez dany punkt ciała naprężenia leża na jednej płaszczyznie.
Płaski stan naprężenia w punkcie można jednoznacznie określić za pomocą trzech niezależnych
składowych wektora:
s = [s s t ] lub s = [s1 s kat q] - naprężenia głowne
x y xy 2
Wzory transformacyjne przy obrocie układu wsp. o dany kąt (znamy naprężenia główne i kąt):
s1 + s s1 - s
2 2
s = + cos 2a
x
2 2
s1 + s s1 - s
2 2
s = - cos 2a
y
2 2
s1 - s
2
t = - sin 2a
xy
2
Naprężenia główne dla płaskiego stanu naprężeń (znamy s s t ):
x y xy
s + s
1
x y
2
s1+,2- = ą (s -s )2 + 4 t
x y xy
2 2
2 t
xy
tg2a = - kąt
s -s
x y
Kierunki naprężeń głównych nazywamy kierunkami głównymi a przekroje przekrojami głównymi.
Stan, w którym współrzędne w jednym wierszu i jednej kolumnie (symetrycznego) tensora
naprężenia są równe zero; najczęściej nie odpowiada mu jednocześnie płaski stan odkształcenia;
przykład: tarcza
Przykładowa macierz płaskiego stanu naprężeń:
6. prawo Hook'a i współczynniki sprężystości
Prawo Hooke'a prawo mechaniki określające zależność odkształcenia od naprężenia. Głosi ono, że
w pewnych granicach właściwych danemu materiałowi odkształcenie jest proporcjonalne do
naprężenia. Współczynnik między naprężeniem a odkształceniem jest często nazywany
współczynnikiem (modułem) sprężystości.
dla odkształceń liniowych
Moduł Younga (E) inaczej moduł (współczynnik) sprężystości podłużnej (w układzie jednostek SI)
wielkość określająca sprężystość materiału. Wyraża ona, charakterystyczną dla danego materiału,
zależność względnego odkształcenia liniowego materiału od naprężenia , jakie w nim występuje w
zakresie odkształceń sprężystych.
7. Skręcanie- stan obciążenia materiału, w którym na materiał działa moment, nazwany momentem
skręcającym, działający w płaszczyznie przekroju poprzecznego materiału. Powoduje on
występowanie naprężeń ścinających w płaszczyznie równoległej do płaszczyzny działania
momentu. Skręcanie występuje w prętach, którymi najczęściej są wały.
Wzory:
M l M I0
s s
Dla pręta pryzmatycznego (I0=const, Ms=const) = j t = W0 =
G I0 max W0 rmax
Do obliczeń wytrzymałościowych: t Ł ks jmax Ł jdop
max
Ms moment skręcający w danym przekroju
max naprężenia styczne (maksymalne) w punktach odległych o r od środka przekroju
I0 biegunowy moment bezwładności pola przekroju względem środka
W0 wskaznik wytrzymałości przekroju przy skręcaniu
kąt skręcenia względem siebie przekrojów
max odległość od osi gdzie występują maksymalne naprężenia styczne
G moduł sprężystości postaciowej
l - długość
Macierz naprężeń i odkształceń przy skręcaniu:
indeksy na odwrót w pierwszych kolumnach
8. Zginanie- stan deformacji, przy którym prosty w stanie niezdeformowanym pręt, po deformacji
jest zakrzywiony (wykazuje różną od zera krzywiznę). Występuje wówczas, kiedy w wyniku
redukcji wszystkich sił zewnętrznych (po obu stronach przekroju), otrzymamy parę sił w
płaszczyznie prostopadłej do tego przekroju i zwykle jeszcze siłę poprzeczną lub podłużną.
Zginanie jest dominującym sposobem pracy elementów konstrukcji, którymi są belki.
Zginanie czyste - naprężenia w przekroju redukują się jedynie do momentu zginającego, brak jest
dM (x)
sił podłużnych i sił poprzecznych (ścinających) = 0 (moment stały)
dx
Zginanie poprzeczne występuje gdy naprężenia w przekroju redukują się do momentu
zginającego i do sił poprzecznych. Płaszczyzną działania obu tych sił przekrojowych jest płaszczyzna
dM (x)
symetrii pręta. Moment zginający zmienia swoją wartość na długości pręta = T(x)
dx
Macierz naprężeń i odkształceń przy zginaniu czystym:
Macierz naprężeń i odkształceń przy zginaniu poprzecznym :
Wzory:
Mgmax I
z
s = Ł kg Wg =
max
Wg Ymax
9. energia sprężysta- energia odkształcenia nagromadzona w ciele sprężystym w wyniku jego
odkształceń; Energia sprężysta to praca sił wewnętrznych na odkształceniach przez nie
wywołanych. Jest ona odwracalna, co znaczy, ze po usunięciu sił obciążających zużywa się na
odzyskanie początkowej konfiguracji ciała. Jest częścią energii wewnętrznej pochodzącą od
pracy sił zewnętrznych na przemieszczeniach ośrodka w zakresie sprężystym.
W=U W praca odkształcenia sprężystego U energia odkształcenia
10. hipotezy wytężeniowe- hipotezy podające sposób (zasadę) obliczenia wytężenia; celem jest
odniesienie złożonego stanu naprężenia na stan jednoosiowy, czyli taki, w którym możemy
określić jednoznacznie stan mechaniczny materiału; Hipotezy wytężeniowe określają miarę
wytężenia niezależnie od rodzaju stanu naprężenia. Niektóre z hipotez:
Hipoteza Coulomba-Tresci-Guesta zakłada, że miarą wytężenia materiału jest największe
naprężenie styczne;
2
s = s1 -s3 Ł s dla płaskiego stanu naprężenia: s = (s -s )2 + 4t Ł s
red dop red x y xy dop
Hipoteza de Saint-Venenta zakłada, że miarą wytężenia jest największe wydłużenie względne.
s = s1 - v(s +s3) Ł s
red 2 dop
Hipoteza Hubera-Misesa-Hencky ego zakłada, że miarą wytężenia jest energia właściwa
odkształcenia postaciowego
Warunek wyrażony przez naprężenia główne:
1
s = (s1 -s )2 + (s -s3)2 + (s -s1)2 Ł s
red 2 2 3 dop
2
Dla dowolnych składowych:
1
2 2 2
s = [(s1 -s )2 + (s -s )2 + (s3 -s1)2 ] + 3 (t +t +t ) Ł s
red 2 2 3 xy yz zx dop
2
W płaskim stanie naprężenia:
2 2 2
s = s +s -s s + 3t Ł s
red x y x y xy dop
11. Wyboczenie - przemieszczenia układu powstałe w wyniku utraty stateczności. Utrata
stateczności prostoliniowej postaci równowagi pręta może wystąpić wówczas gdy osiowa siłą
ściskająca P przekroczy wartość siły krytycznej.
Siła krytyczna - siła przy której pręt (konstrukcja) traci stateczność
2
p E lmin
Pkr =
Ir = a l - długość zredukowana
2
I
r
Wzór ten jest prawdziwy dla smukłości nie mniejszej od smukłości granicznej gr, gdy jest mniejsza
od granicznej to stosujemy wzory empiryczne np. Tetmajera - Jasińsiego
lmin- najmniejszy osiowy moment bezwładności przekroju poprzecznego
ą współczynnik zależny od sposobu zamocowania końców pręta
12. wykres rozciągania/ściskania stali z omówieniem granic i punktów charakterystycznych
wykres rozciągania przypadek ogólny
Statyczna próba rozciągania podstawowa metoda badań wytrzymałościowych materiałów
konstrukcyjnych. Badanie polega na osiowym rozciąganiu znormalizowanej próbki ze stałą szybkością
w temperaturze pokojowej (10-35C), obniżonej lub podwyższonej. W czasie próby rejestruje się
zależność siły rozciągającej od przyrostu długości próbki. Początkowo wzrost przykładanej siły
powoduje liniowy wzrost odkształcenia, aż do osiągnięcia granicy proporcjonalności RH. W zakresie
tym obowiązuje prawo Hooke'a. Następnie po osiągnięciu wyraznej granicy sprężystości Rsp materiał
przechodzi w stan plastyczny, a odkształcenie staje się nieodwracalne. Jeżeli niemożliwe było
określenie wyraznej granicy sprężystości to wyznacza się umowną granicę sprężystości R0,05%. Dalsze
zwiększanie naprężenia powoduje nieliniowy wzrost odkształcenia, aż do momentu wystąpienia
zauważalnego, lokalnego przewężenia zwanego szyjką. Naprężenie, w którym pojawia się szyjka,
zwane jest wytrzymałością na rozciąganie Rm. Dalsze rozciąganie próbki powoduje jej zerwanie przy
naprężeniu zrywającym Ru (Uwaga! Wykres przedstawia dwie linie. Przerywana pokazuje naprężenie
rzeczywiste obliczane przy uwzględnieniu przewężenia próbki. Linia ciągła pokazuje stosunek
uzyskiwanych sił do przekroju początkowego.
Statyczna próba ściskania - metoda badań wytrzymałościowych materiałów konstrukcyjnych. Badanie
polega na osiowym ściskaniu znormalizowanej próbki ze stałą szybkością. W czasie próby rejestruje
się zależność siły ściskającej od skrócenia próbki. W początkowym okresie ściskania, skrócenie próbki
jest proporcjonalne do naprężeń. Odcinek OA wyraża liniową zależność pomiędzy siłą a
odkształceniem. W punkcie A pojawia się siła przy której zaczyna się granica proporcjonalności
materiału, która w praktyce utożsamiamy z granicą sprężystości. Na AB szybszy wzrost deformacji
przy małym wzroście siły obciążającej. W punkcie B jest granica plastyczności. Zwiększenie siły po jej
przekroczeniu powoduje coraz wyrazniejsze pęcznienie próbki, objawiające się stałym wzrostem
przekroju poprzecznego. Próbę kończymy gdy próbka ulegnie zniszczeniu i odczytujemy
wytrzymałość materiału na ściskanie. Często zdarza się, że próbka zostaje spłaszczona, jednak nie
zniszczona. Mało które metale ulegają zniszczeniu podczas tej próby. Nie wyznacza się wytrzymałości
na ściskanie dla metali plastycznych ponieważ próbki te nie ulegają zniszczeniu. Próbę przerywa się
najczęściej wtedy z powodu wyczerpania zakresu maszyny wytrzymałościowej.
Jakie są naprężenia w przekroju wzdłużnym?
Styczne i normalne
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
egzamin pytania i odpowiedziEgzamin Pytania i Odpowiedzi 2Egzamin pytania z odpowiedziamiEgzamin Pytania i Odpowiedzi 1egzamin pytania odpowiedziEgzamin kwalifikacyjny elektryków (D i E) w pytaniach i odpowiedziach zeszyt 8Egzamin kwalifikacyjny elektryków (D i E) w pytaniach i odpowiedziach Część 7EGZAMIN PYTANIA I SUGEROWANE ODPOWIEDZIwięcej podobnych podstron