Definizione algebrica dello stato di tensione

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1 Comportameto meccaco de materal Defoe algebrca dello stato d tesoe Stato d tesoe e d deformaoe Defoe algebrca dello stato d tesoe Premessa Tesoe e rapporto bvettorale Il tesore della tesoe Equlbro e relao tra compoet Dreo e teso prcpal 006 Poltecco d Toro 1

2 Comportameto meccaco de materal Defoe algebrca dello stato d tesoe Defoe algebrca dello stato d tesoe Premessa (1/8) La costruoe de cerch d Mohr permette d trovare le teso, su superfc specal: quelle apparteet a u fasco d pa avete come asse u asse prcpale Poltecco d Toro

3 Comportameto meccaco de materal Defoe algebrca dello stato d tesoe Premessa (/8) Fasco d pa avete asse 3 Superfce all asse asse 1: sola tesoe Superfce all asse asse : sola tesoe 1 3 1,, 3 ass prcpal α 3 1 α3 1 5 Premessa (3/8) Fasco d pa avete asse Superfce all asse asse 1: sola tesoe Superfce all asse asse 3: sola tesoe α ,, 3 ass prcpal α Poltecco d Toro 3

4 Comportameto meccaco de materal Defoe algebrca dello stato d tesoe Premessa (4/8) Fasco d pa avete asse 1 Superfce all asse asse : sola tesoe Superfce all asse asse 3: sola tesoe 3 3 1,, 3 ass prcpal α 1 1 α Premessa (5/8) Osservaoe: el caso del provo d traoe, 1-dmesoale, queste tre superfc prcpal erao defte aturalmete = Poltecco d Toro 4

5 Comportameto meccaco de materal Defoe algebrca dello stato d tesoe Premessa (6/8) Abbamo po mplctamete assuto che esstesse u caso pù geerale bdmesoale = 0 9 Premessa (7/8) Possamo qud estrapolare l esstea d: 1 3 Coè d tre superfc: Tra loro ortogoal Su cu agsce solo (traoe/compressoe) e ulla 3 = Poltecco d Toro 5

6 Comportameto meccaco de materal Defoe algebrca dello stato d tesoe Premessa (8/8) È u assuoe molto forte, che a questo puto deve essere provata = 0 È quato c propoamo dalla prossma seoe 11 Defoe algebrca dello stato d tesoe 006 Poltecco d Toro 6

7 Comportameto meccaco de materal Defoe algebrca dello stato d tesoe Defoe della superfce tera (1/5) Puto P sul pao d seoe P β π Corpo: parte β α Pao d seoeπ Corpo: parte α 13 Defoe della superfce tera (/5) β Rmooe della parte β P π Poltecco d Toro 7

8 Comportameto meccaco de materal Defoe algebrca dello stato d tesoe Defoe della superfce tera (3/5) P π Area ftesma sul pao π e coteete P; s rduce al puto P per 0 15 Defoe della superfce tera (4/5) : verso ormale al pao π P π Poltecco d Toro 8

9 Comportameto meccaco de materal Defoe algebrca dello stato d tesoe Il vettore della tesoe (1/) Sulla superfce, la parte β rmossa eserctava, prma della rmooe, la fora df corrspodea del puto P sull area P df 17 Il vettore della tesoe (/) Vettore della tesoe, dpedete dal valore t = df df Relaoe b-vettorale tra e df Poltecco d Toro 9

10 Comportameto meccaco de materal Defoe algebrca dello stato d tesoe Defoe algebrca dello stato d tesoe Il tesore della tesoe (1/18) Obettvo Lo stato d tesoe u puto è oto quado sao ot vettor delle teso t assocat a tutte le possbl dreo Cooscedo vettor delle teso su tre superfc dstte è possble cooscere l vettore delle teso t assocato a ua dreoe qualuque (o utleremo però solo le tre superfc ortogoal a tre ass cartesa) Poltecco d Toro 10

11 Comportameto meccaco de materal Defoe algebrca dello stato d tesoe Il tesore della tesoe (/18) Predamo tre put sugl ass e costruamo tre aree tragolar, ortogoal agl ass,, (tetraedro d Cauch) 1 Il tesore della tesoe (3/18) Le aree soo,, su pa coordat, e sul pao oblquo d ormale d d d 006 Poltecco d Toro 11

12 Comportameto meccaco de materal Defoe algebrca dello stato d tesoe Il tesore della tesoe (4/18) Sul pao oblquo è applcato al sstema d massa coteuto el tetraedro l vettore della tesoe t e oltre ~ t su ~ t su t ~ ~ ~ t su t t dalla parte etrate ~ t 3 Il tesore della tesoe (5/18) Sulla superfce perpedcolare a, dalla parte uscete, agsce: t ~ = t t ~ t Poltecco d Toro 1

13 Comportameto meccaco de materal Defoe algebrca dello stato d tesoe Il tesore della tesoe (6/18) Il vettore della tesoe tre ass coordat: t s scompoe secodo t 5 Il tesore della tesoe (7/18) : compoete d secodo l asse t : compoete d secodo l asse t : compoete d t secodo l asse Poltecco d Toro 13

14 Comportameto meccaco de materal Defoe algebrca dello stato d tesoe Il tesore della tesoe (8/18) Sgfcato degl dc: k Secodo dce: dreoe secodo cu la tesoe agsce Prmo dce: dreoe della ormale alla superfce su cu la tesoe agsce 7 Il tesore della tesoe (9/18) ( ) t,,, k k soo teso defte postve se applcate sulla facca da cu l asse esce; coè se la matera del corpo al quale s applcao le fore prodotte dalle teso sta dalla parte de valor egatv dell asse Poltecco d Toro 14

15 Comportameto meccaco de materal Defoe algebrca dello stato d tesoe Il tesore della tesoe (10/18) Equlbro delle fore: t t t t = 0 t t t t 9 Il tesore della tesoe (11/18) La fora d volume: ρ g dv ρ g d d d è ftesma d orde superore (3) rspetto alle fore d area, ftesme d orde (), pertato vee omessa: t = t t t Poltecco d Toro 15

16 Comportameto meccaco de materal Defoe algebrca dello stato d tesoe Il tesore della tesoe (1/18) Le aree s proettao come vettor B B P P O C A O H H α cos α 1 AC BH ; 1 = AC OH = OH= BH cosα 31 Il tesore della tesoe (13/18) 1 1 = AC OH= AC BH cosα= 1443 = cosα B B P P O C A O H H α, versore e sue compoet secodo gl ass (,,) Poltecco d Toro 16

17 Comportameto meccaco de materal Defoe algebrca dello stato d tesoe Il tesore della tesoe (14/18) Geeralado a tre ass la: = = t = t = t t t t t = 33 Il tesore della tesoe (15/18) L equaoe vettorale d equlbro alla traslaoe: t t t = t s scompoe tre equao scalar: t t t = t t t t = t t t t = t Poltecco d Toro 17

18 Comportameto meccaco de materal Defoe algebrca dello stato d tesoe Il tesore della tesoe (16/18) Nella otaoe usuale al settore delle scee applcate: = t = t = t 35 [ ] Il tesore della tesoe (17/18) =Rappresetaoe matrcale del tesore delle teso (tesore d Cauch): t = t t Poltecco d Toro 18

19 Comportameto meccaco de materal Defoe algebrca dello stato d tesoe [ ] Il tesore della tesoe (18/18) Noto s assegao valor d,,,, coè e qud la posoe del pao oblquo, e s trovao le tre compoet t, t, t, del tesore della tesoe agete sul pao oblquo t t t = t Applcare questo algortmo permette d cooscere lo stato d tesoe 37 Defoe algebrca dello stato d tesoe 006 Poltecco d Toro 19

20 Comportameto meccaco de materal Defoe algebrca dello stato d tesoe Equlbro e relao tra compoet (1/14) Le compoet del tesore della matrce: [ ] ovvero gl elemet soo fuo d (,,) legate tra d loro da relao dovute alle equao d equlbro: Equao d equlbro alla traslaoe Equao d equlbro alla rotaoe 39 Equlbro e relao tra compoet (/14) S studa ora l equlbro alla traslaoe, applcato a u paralleleppedo ftesmo co spgol parallel agl ass coordat d d d Poltecco d Toro 0

21 Comportameto meccaco de materal Defoe algebrca dello stato d tesoe Equlbro e relao tra compoet (3/14) Approfttamo d questa fgura per detfcare gl elemet su rghe e coloe della matrce [ ] : 41 Equlbro e relao tra compoet (4/14) Equlbro alla traslaoe secodo l asse -mo per : 1 d k 1 d d k d Poltecco d Toro 1

22 Comportameto meccaco de materal Defoe algebrca dello stato d tesoe Equlbro e relao tra compoet (5/14) Equlbro alla traslaoe secodo l asse -mo per : d k 1 d d 1 d 43 Equlbro e relao tra compoet (6/14) Equlbro alla traslaoe secodo l asse -mo per : k k 1 k k d k k k 1 k k d k k k d d Poltecco d Toro

23 Comportameto meccaco de materal Defoe algebrca dello stato d tesoe Equlbro e relao tra compoet (7/14) Fora d volume: Φ dv Φ d d d 45 Equlbro e relao tra compoet (8/14) Sommado gl effett d,, Φ : k Φ dv = 0 k k d d d k k 1 1 k k, 1 d d k k d k k Poltecco d Toro 3

24 Comportameto meccaco de materal Defoe algebrca dello stato d tesoe Equlbro e relao tra compoet (9/14) Teuto coto d: d = d = dk k = dv k Φ = k Valda, aturalmete, Per =, =, k= Per =, =, k= Per =, =, k= 0 Soo qud tre equao scalar d equlbro 47 Equlbro e relao tra compoet (10/14) Equlbro alla rotaoe: asse k k Le sole e dao mometo rspetto all asse k; le altre soo o cdet l asse k o parallele a esso Poltecco d Toro 4

25 Comportameto meccaco de materal Defoe algebrca dello stato d tesoe Equlbro e relao tra compoet (11/14) Equlbro alla rotaoe: asse k 1 d 1 d 1 d d d 1 d 49 Equlbro e relao tra compoet (1/14) Mometo rspetto all asse k, postvo atoraro: 1 1 d d d d 1 1 d d d d = Poltecco d Toro 5

26 Comportameto meccaco de materal Defoe algebrca dello stato d tesoe Equlbro e relao tra compoet (13/14) Segue: d d d d = 0 dv dv = Qud: l equlbro alla rotaoe mplca uguaglaa de valor delle teso tageal co dc scambat 51 Equlbro e relao tra compoet (14/14) Pertato la matrce che rappreseta l tesore della tesoe [ ] è smmetrca: smm smm smm Poltecco d Toro 6

27 Comportameto meccaco de materal Defoe algebrca dello stato d tesoe Defoe algebrca dello stato d tesoe Dreo e teso prcpal (1/15) Dreo e teso prcpal S è vsto che scelta ua ormale per P, coè scelto l pao d seoe passate per l puto P, sulla superfce (ftesma) coteete P è applcato l vettore della tesoe (fto) t P t Poltecco d Toro 7

28 Comportameto meccaco de materal Defoe algebrca dello stato d tesoe Dreo e teso prcpal (/15) Dato qud, scrttura matrcale {}, esste u t, ovvero {t}, ad esso cougato, che s trova co l algortmo: []{}= {t} 55 Dreo e teso prcpal (3/15) I geerale l vettore delle teso t o è colleare co la ormale alla superfce ma ha compoet secodo la ormale e sulla superfce t Poltecco d Toro 8

29 Comportameto meccaco de materal Defoe algebrca dello stato d tesoe Dreo e teso prcpal (4/15) Esstoo però dreo prvlegate dette DIREZIONI PRINCIPALI l cu vettore delle teso t è colleare co la ormale alla superfce (compoete tageale = 0) Le teso aget su pa ortogoal alle dreo prcpal (pa prcpal) soo dette TENSIONI PRINCIPALI 57 Dreo e teso prcpal (5/15) Per ua dreoe prcpale deve essere: { t} =λ{ } = λ[ 1]{ } Ma per defoe: t = {} [ ]{ } Segue: = 0 ( λ 1 ){ } = { 0} λ λ = { 0} λ t = λ Poltecco d Toro 9

30 Comportameto meccaco de materal Defoe algebrca dello stato d tesoe Dreo e teso prcpal (6/15) Segue: smm smm λ smm λ λ 0 = 0 0 Sccome = = accettable perchè: = 0 o è ua soluoe 3 = 1 = 1 59 Dreo e teso prcpal (7/15) deve allora essere λ det λ λ = 0 che stablsce la dpedea leare tra le equao Poltecco d Toro 30

31 Comportameto meccaco de materal Defoe algebrca dello stato d tesoe Dreo e teso prcpal (8/15) Il determate è l polomo d tero grado λ : ( λ)( λ)( λ) ( λ) ( λ) ( λ) = 0 coè: λ 3 ( ) ( ) ( ) = 0 λ λ 61 Dreo e teso prcpal (9/15) ovvero: λ 3 I1 λ I λ I3 = 0 Dove I1,I, I3, soo coeffcet dett ache prmo, secodo e tero varate S dmostra fatt che o varao al varare del sstema d rfermeto Poltecco d Toro 31

32 Comportameto meccaco de materal Defoe algebrca dello stato d tesoe Dreo e teso prcpal (10/15) S dmostra che a causa della smmetra della Esstoo sempre tre radc real ( λ1, λ, λ3 ) del determate A cascua radce λ (detto autovalore ) è assocata ua soluoe { } detta autovettore I tre autovettor { } ( = 1,,3) soo tra loro ortogoal, e qud costtuscoo tera d rfermeto cartesao [ ] 63 Dreo e teso prcpal (11/15) Il rsultato d questa dmostraoe, qu omessa, è mportatssmo: esste sempre ua tera d rfermeto cartesaa cu ass { } (dett ass prcpal) hao la propretà che { t} è parallelo a { } Coè, sulle superfc ad ess ortogoal agscoo solo teso ormal; le teso tageal soo ulle Poltecco d Toro 3

33 Comportameto meccaco de materal Defoe algebrca dello stato d tesoe Dreo e teso prcpal (1/15) Sccome la tera prcpale esste sempre, quado serve possamo utlarla come sstema d rfermeto, co otevol semplfcao d calcolo Nel rfermeto prcpale: t t t 1 3 = dove s soo adottat smbol: = λ1 = λ ; ; = λ 3 65 Dreo e teso prcpal (13/15) Ifatt se s rcorda l equaoe d partea, per u asse prcpale ovvero : t = λ { } t = λ Poltecco d Toro 33

34 Comportameto meccaco de materal Defoe algebrca dello stato d tesoe Dreo e teso prcpal (14/15) Le tre teso soo state chamate: 1,, 3 dove l pedce a ua sola cfra coveetemete s rserva alle sole teso prcpal 3 Esempo, per l asse : t t = 0 = 0 1 t Dreo e teso prcpal (15/15) Nota bee Se [ ], ass (,,) compare ua coppa rgacoloa tersecate su, e co le rspettve 0 allora la dreoe dell asse è prcpale, k = Esempo, per = asse prcpale: = Poltecco d Toro 34

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