Le piastre:classificazione

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1 Le piastre 1. piastre sottili h/l= 1/50-1/10 : piastre sottili con rigidezza flessionale che portano distribuzioni di carico bidimensionale prevalentemente attraverso momenti flettenti, momenti torcenti e taglio in una maniera simile alle travi 2. Membrane h/l<1/50: piastre molto sottili senza rigidezza flessionale che portano carichi prevalentemente attraverso azioni membranali assiali e taglio centrale. La capacità di sopportare i carichi può essere assimilata ad una reticolo di cavi in trazione dal momento che il momento resistente è trascurabile 1) 2)

2 Le piastre:classificazione 3. piastre moderatamente spesse h/l= 1/10-1/5 : piastre in cui l effetto del taglio sulle componenti normali viene messo in conto 4. Piastre spesse h/l>1/5: stato di sollecitazione tridimensionale 3) 4)

3 Studio delle piastre: breve storia

4 Studio delle piastre: breve storia

5 Studio delle piastre: breve storia

6 Studio delle piastre: breve storia

7 Studio delle piastre: breve storia

8 Studio delle piastre: breve storia

9 Le piastre: stato tensionale

10 Teoria di Kirchhoff delle piastre sottili

11 Teoria di Kirchhoff delle piastre sottili 1) Ipotesi sulla tensione: la tensione normale in direzione dello spessore della piastra è trascurabile 2) Ipotesi sulle deformazioni: la dilatazione lineare in direzione dello spessore della piastra è trascurabile 3) Gli scorrimenti angolari tra il piano della piastra e la fibra ortogonale a tale piano sono trascurabili Ipotesi valida solo nella teoria di Kirchhoff e che non influenza le equazioni di equilibrio in termini di sforzi generalizzati

12 Teoria di Kirchhoff delle piastre sottili la fibra ortogonale al piano medio della piastra risulta ortogonale alla superficie media della piastra a deformazione avvenuta

13 Teoria di Kirchhoff delle piastre sottili

14 Ipotesi cinematiche: dilatazione lineare in z e scorrimenti angolari in z trascurabili Ipotesi sulla dilatazione lineare ε z 0 w, = 0 = z Che integrata nello spessore fornisce w = w(, y) y,v φy φ,u Ipotesi sugli scorrimenti angolari γ γ yz z = 0 = 0 v u, z, z + w + w Che integrate nello spessore forniscono u = u v = v 0 0 zw zw,, y, y, = 0 = 0 z,w

15 Ipotesi cinematiche: dilatazione lineare in z e scorrimenti angolari in z trascurabili Il campo di spostamenti diventa ), ( ), ( ), (, 0 y zw y u y u =,u φ φy y,v Rotazione φ positiva se antioraria nel piano z attorno asse y Rotazione φy positiva se antioraria nel piano yz attorno asse ), ( ), ( ), ( ), (, 0, 0 y w w y zw y v y v y = = + = y w w z w v u w v u,, z,w

16 Teoria di Kirchhoff delle piastre sottili Introduciamo le curvature come le derivate delle rotazioni cambiate di segno dove : Curvature flessionali : Curvatura torsionale = = y y y y w w S w w y y,,,, / / / 0 0 / χ χ χ z y z y m m

17 Teoria di Kirchhoff delle piastre sottili dove Deformazioni 0 0 / / / 0 0 / v u y y e e e y y Dove in uno stato piano di tensione il tensore costitutivo è Tensioni

18 Sforzi specifici Integrando sullo spessore si ottengono gli sforzi specifici per unità di lunghezza N/m Si annulla in quanto integrale di funzione dispari su dominio pari

19 Momenti specifici Integrando sullo spessore si ottengono i momenti specifici per unità di lunghezza Nm/m

20 Sforzi membranali generalizzati

21 Sforzi flessionali : momenti specifici o generalizzati

22 Sforzi membranali : equazioni di equilibrio Equilibrio alla traslazione lungo e y Semplificando e dividendo per y nel limite per e y che tendono a zero

23 Sforzi flessionali

24 Sforzi flessionali: Equazioni di equilibrio Equilibrio alla traslazione lungo z.

25 Equilibrio alla rotazione attorno ad y ed Semplificando, dividendo per ΔΔy, ed eseguendo il limite per e y che tendono a 0 si ottiene

26 Teoria di Kirchhoff delle piastre sottili In definitiva le equazioni di equilibrio sono

27 Equazione di Sophie Germain Lagrange Sostituendo gli spostamenti Eh 2 1 υ Eh 2(1 + υ) Eh 12 3 u 0, ( u 1 [ 2 1 υ υeh υ 0, y + v v 0, 0, y Eh + ( u 2(1 + υ) υeh ) υ u 0, y 0, yy + v Eh υ 0, y v 0, yy ) + + υ 2 υ 1 w, + w yy + w yy + w yy + w yyyy ] = 2,, 2, 2, 1 υ 1+ υ 1 υ 1 υ f f y = 0 = 0 q In particolare l ultima equazione diventa w, + q D Detta equazione di Sophie Germain Lagrange Anche scritta in forma compatta come 3 Eh 12(1 υ ) 2w, yy + w, yyyy = dove D = 2 4 w = q D Rigidezza flessionale della piastra inflessa

28 Teoria di Kirchhoff delle piastre sottili 4 w = q D Una soluzione esatta del problema governato dall equazione di Sophie-Germain-Lagrange deve soddisfare l equazione stessa sotto le opportune condizioni al contorno. Essendo un equazione del IV ordine (8 costanti da determinare), occorrono 2 condizioni al contorno su ogni bordo: -Condizioni al contorno di tipo CINEMATICO -Condizioni al contorno di tipo STATICO: momento flettente, momento torcente e taglio

29 Teoria di Kirchhoff delle piastre sottili Osserviamo che i tagli Q e Qy non possono essere introdotti come sforzi generalizzati a causa del fatto che γz e γyz sono nulli Essi sono introdotti via equilibrio come gli sforzi staticamente equivalenti ai momenti flettente e torcente

30 Teoria di Kirchhoff delle piastre sottili Kirchhoff ha dimostrato che la condizione al bordo relativa alla componente tagliante deve essere M sn Wsn w = w oppure Tn + = V su s s Dove : Tn è lo sforzo trasversale relativo al bordo Γ di normale n Msn è il momento torcente generalizzato relativo al bordo Γ di normale n in direzione s V rappresenta un azione tagliante esterna applicata sul bordo Γ di normale n nota Wsn rappresenta un momento torcente esterno applicato sul bordo Γ di normale n in direzione s Γ

31 Teoria di Kirchhoff delle piastre sottili

32 Teoria di Kirchhoff delle piastre sottili Il taglio di Kirchhoff risulta essere una misura globale di azione traversale interna comprensiva di un contributo staticamente equivalente al momento torcente T n K = T n + T = T n + M s sn Il metodo seguito rappresenta solo un interpretazione meccanica del taglio di Kirchhoff dovuta Lord Kelvin e Tait alla fine del 800

33 Teoria di Kirchhoff delle piastre sottili I parametri cinematici indipendenti sul contorno sono w: inflessione w/ n : rotazione normale Infatti la rotazione tangente w/ s risulta nota una volta assegnato lo spostamento w sul tratto di contorno Analogamente si dimostra che possono essere assegnate solo 2 condizioni al contorno di tipo statico. Tali sollecitazioni devono essere coniugate nel senso del principio dei lavori virtuali all inflessione w ed alla derivata normale

34 Teoria di Kirchhoff delle piastre sottili Il lavoro virtuale delle caratteristiche di sollecitazione lungo un tratto del contorno vale L = c w M M ds ns n Qn ) wds n ( + + s c Per cui le caratteristiche di sollecitazione da assegnare sul contorno sono M T n n + momento flettente normale M s ns taglio di Kirchhoff

35 Taglio di Kirchhoff Effetti di Bordo dei momenti torcenti

36 Taglio di Kirchhoff Sollevamento degli spigoli

37 Teoria di Kirchhoff : risultanti rispetto ad una direzione generica

38 Teoria di Kirchhoff : momenti generalizzati di asse generico

39 Teoria di Kirchhoff delle piastre sottili