Исследование плоского напряженного состояния

Контрольная работа - Физика

Другие контрольные работы по предмету Физика

Задача 1. Анализ плоского напряженного состояния

 

Стальной кубик находится под действием сил, создающих плоское деформированное состояние.

Общие данные: Е = 2 105 МПа, ?z = 0.

Вариант 78: ?x = 160 МПа, ?у = 70 МПа, ?y = ?х = 80 МПа, ? = 0,29.

 

 

Найти:

1.Вычертить схему элемента.

2.Определить главные напряжения и направление главных площадок.

.Вычислить величину наибольших касательных напряжений.

.Вычислить относительные линейные деформации.

.Вычислить относительное изменение объема.

.Определить удельную потенциальную энергию деформации.

 

Решение:

 

Рис. 1. Нормальные и касательные напряжения по граням кубика:

а - направления напряжений для исследуемого напряженного состояния;

б - положительные направления напряжений

 

Прежде всего, установим знаки нормальных и касательных напряжений, показанных на рис. 1, а. Положительные направления нормальных напряжений ?x, ?y и касательных напряжений ?x = ?y показаны на рис. 1, б. Нормальные растягивающие напряжения принято брать со знаком плюс, а сжимающие - со знаком минус. Следовательно, ?x = 160 МПа и ?y = -70 МПа, ?y = ?х = 80 МПа.

Определение главных напряжений. Определяем наибольшее и наименьшее главные напряжения.

Наибольшее ?1:

 

 

наименьшее из главных напряжений ?3:

 

 

Определение направления главных площадок. Угол наклона нормали главной площадки к оси X определяется по формуле

 

 

Знак касательных напряжений и угла ? можно не устанавливать, если пользоваться следующим правилом для определения ориентации главных площадок.

Главные площадки, на которых действует наибольшее из главных напряжений ?1, получаются поворотом на угол ? тех из исходных площадок, на которых действует большее (по алгебраической величине) из исходных напряжений ?x, ?y. В нашем примере такими исходными площадками будут площадки, где действует нормальное напряжение ?х, так как ?х > ?у.

Направление поворота указывает стрелка касательного напряжения на исходной площадке (рис. 2). Вторая пара главных площадок перпендикулярна найденным.

Определение максимальных касательных напряжений:

 

 

Эти напряжения действуют на площадках, наклоненных под углом 45 к главным, и направлены в сторону ?1 (см. рис. 2).

 

Рис. 2. Расположение главных площадок

сила напряженный состояние деформация

Определение относительных деформаций ?x, ?y, ?z:

 

 

Обратите внимание на то, что при ?z = 0 ?z ? 0 , т.е. при отсутствии напряжения по оси Z деформация в этом направлении имеет место.

Определение относительного изменения объема ?:

 

 

Определение удельной потенциальной энергии деформаций. Потенциальная энергия изменения объема Uоб:

 

 

Потенциальная энергия изменения формы Uф:

 

 

Полная энергия U:

 

U = Uоб + Uф = 2,8310-3 +89,6510-3 = 92,4810-3 МПа (Н/мм2).