| Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью , добавив цитаты из надежных источников . Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален Найти источники: «Результаты стресса» - новости · газеты · книги · ученый · JSTOR ( август 2012 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
Результирующие напряжения - это упрощенные представления напряженного состояния в элементах конструкции, таких как балки , пластины или оболочки . [1] Геометрия типичных структурных элементов позволяет упростить внутреннее напряженное состояние из-за наличия направления «толщины», в котором размер элемента намного меньше, чем в других направлениях. Как следствие, три компонента тяги, которые изменяются от точки к точке в поперечном сечении, могут быть заменены набором равнодействующих сил и результирующих моментов. Это результирующие напряжения (также называемые мембранными силами, поперечные силы и изгибающий момент ), которые можно использовать для определения подробного напряженного состояния в структурном элементе. Тогда трехмерная задача может быть сведена к одномерной задаче (для балок) или двумерной задаче (для пластин и оболочек).
Результирующие напряжения определяются как интегралы напряжения по толщине элемента конструкции. Интегралы взвешиваются целыми степенями координаты толщины z (или x 3 ). Результирующие напряжения определены таким образом, чтобы представить эффект напряжения как мембранную силу N (нулевая степень по z ), изгибающий момент M (степень 1) на балку или оболочку (конструкцию) . Результирующие напряжения необходимы для исключения зависимости напряжения от z из уравнений теории пластин и оболочек.
Результирующие напряжения в балках [ править ]
Компоненты напряжения на поверхностях конструктивного элемента.
Рассмотрим элемент, показанный на соседнем рисунке. Предположим, что направление толщины равно x 3 . Если элемент был извлечен из балки, ширина и толщина сопоставимы по размеру. Пусть x 2 будет направлением ширины. Тогда x 1 - это направление длины.
Мембранные и поперечные силы [ править ]
Вектор результирующей силы из-за тяги в поперечном сечении ( A ), перпендикулярном оси x 1, равен
где e 1 , e 2 , e 3 - единичные векторы вдоль x 1 , x 2 и x 3 соответственно. Определим результирующие напряжения так, что
где N 11 - мембранная сила, а V 2 , V 3 - поперечные силы. Более точно, для пучка высоты т и шириной Ь ,
Аналогичным образом равнодействующие силы сдвига равны
Изгибающие моменты [ править ]
Вектор изгибающего момента из-за напряжений в поперечном сечении A, перпендикулярном оси x 1, определяется выражением
Расширяя это выражение, мы имеем
Результирующие компоненты изгибающего момента можно записать как
Результирующие напряжения в пластинах и оболочках [ править ]
Для пластин и оболочек размеры x 1 и x 2 намного больше, чем размер в направлении x 3 . Интегрирование по площади поперечного сечения должно было бы включать одно из более крупных измерений и привело бы к модели, которая слишком проста для практических расчетов. По этой причине напряжения интегрируются только по толщине, а результирующие напряжения обычно выражаются в единицах силы на единицу длины (или моменте на единицу длины ) вместо истинной силы и момента, как в случае балок.
Мембранные и поперечные силы [ править ]
Для пластин и оболочек необходимо учитывать два поперечных сечения. Первый перпендикулярен оси x 1, а второй перпендикулярен оси x 2 . Следуя той же процедуре, что и для балок, и учитывая, что теперь результирующие на единицу длины, мы имеем
Мы можем записать это как
где мембранные силы определяются как
а поперечные силы определяются как
Изгибающие моменты [ править ]
Для результирующих изгибающих моментов имеем
где r = x 3 e 3 . Расширяя эти выражения, мы получаем
Определите равнодействующие изгибающего момента так, чтобы
Тогда равнодействующие изгибающих моментов имеют вид
Это результаты, которые часто встречаются в литературе, но необходимо следить за тем, чтобы знаки были правильно интерпретированы.
- ^ Барберо, Эвер Дж. (2010). Введение в дизайн композитных материалов . Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. ISBN 978-1-4200-7915-9.