Stato di sollecitazione in
solidi con elasticità lineare.
• Stato di tensione/deformazione del solido elastico (lineare):
Introduzione alla definizione del tensore della tensione.
Esempio: l’esperimento di Hooke:
stato di tensione uniassiale (tirante a
forma di barra circolare)
sz=Nz/Az
, Nz=EAz(Dl/l)=EAzez
, E, modulo di
elasticità lineare
ez=Dl/l=sz/E
, eq=(2p(r-Dr)-2pr)/2pr=-nez=(-n/E)sz
, er=Dr/r=-nez=(-n/E)sz
la deformazione è triassiale !
(esistono effetti anche in direzioni
diverse da quella del carico).
NB: lo stato di tensione è descritto da un tensore (doppio
simmetrico):
Componenti di tensione su
piani diversi dalla sezione normale all’asse della barra:
esempio: sezione An, con: cos(nz)=cos45° e sia: t, l’intersezione
fra Az e An:
Nz=szAz
; sn=snn=szcos45°cos45°=(1/2)sz
snt=tn=szsin45°sin45°=(1/2)sz
in genere: sik=sjhnjinhk,
con: nji=cos(yjxi), per proiettare linee di
forza e giaciture
Un tensore doppio ha due indici (nove componenti, ordinati
in una matrice):
(il vettore ha un indice e, per esempio, tre
componenti),
conveniamo di scrivere shk,
quindi, per esempio:
- h, specifica la giacitura dell’elemento d’area su cui
agisce il componente di tensione,
- k specifica la linea d’azione che caratterizza il
componente di tensione.
stato di
tensione biassiale: sxx, sxy, syy ; sxy=syx;
dAx=1 dy , dAy=1 dx,
calcolo delle
componenti di tensione riferite all’areola dAn=1 ds:
cos(xn)=cos(ys)=cosf;
cos(xs)=cos(p/2-f)=-sinf;
cos(yn)=sinf;
snnds-sxxdycosf-syydxsinf-sxydycosf-syxdxsinf=0;
snsds+sxxdysinf-syydxcosf-sxydycosf-syxdxsinf=0;
quindi:
sn=snn=sxxcos2f+syysin2f+2sxysinfcosf=(1/2)(sxx+syy)+(1/2)(sxx-syy)cos2f+sxysin2f;
tn=ssn=(syy-sxx)sinfcosf+sxy(cos2f-sin2f)=-(1/2)(sxx-syy)sin2f+sxycos2f;
Cosa avviene cambiando l’elemento d’area rispetto al quale
calcolare i componenti del tensore della tensione ?
- tenuto a parametro l’inclinazione f,
si esamini la variazione delle componenti di tensione al variare della giacitura
dell’areola dAn=1 ds;
1) differenziando la prima
rispetto a f ed eguagliando a zero:
tan2fo=2sxy/(syy-sxx)
si evidenziano due valori
dell’angolo 2f
e, cioè, le particolari direzioni che corrispondono alla tensione normale
massima sM e,
rispettivamente, minima sm:
(sM,
sm)= ;
con questo orientamento, la
componente tangenziale è nulla (solido isotropo !).
NB:
trasformazione d’assi: X=xcosfo+ysinfo
; Y=ycosfo-xsinfo
;
.
2) differenziando la
seconda rispetto a f ed eguagliando a
zero:
tan2f*=(syy-sxx)/2sxy,
con questo orientamento,
esistono componenti normali.
Il tensore delle tensioni è simmetrico (per l’ipotizzata
isotropia) e presenta direzioni principali (se si scelgono assi di riferimento
che corrispondono con tali direzioni, il tensore ha localmente solo componenti
normali).
, sik = ski ; =>
, sI > sII > sIII.
Per descrivere lo stato di tensione (proprietà vettoriale
di superficie), occorre ricorrere ad una quantità con due indici: uno, per
specificare la giacitura dell’area (infinitesima) su cui agisce; uno, per
specificare direzione e verso d’azione. Indici uguali denotano componenti
normali; indici distinti denotano componenti tangenziali (che giacciono
nell’area).
il tensore della deformazione:
componenti normali e tangenziali
elemento (orientato)
infinitesimo di dimensioni: ux, uy, uz ;
;
analisi linearizzata (piccoli spostamenti e piccole deformazioni) euleriana:
Variazioni di lunghezza (allungamenti, accorciamenti): exx=(dux/dx)
; eyy=(duy/dy)
; ezz=(duz/dz)
;
Variazioni angolari (svergolature): exy= ; eyz=; ezx=.
(il tensore è simmetrico
!!!!). Rotazioni: qz=; qx=; qy=.
cioè: le equazioni di
congruenza (linearizzate e con confusione dei referenziali):
eij= ; componenti normali: i=j; componenti tangenziali:.
effetti trasversali
dei carichi; generalizzazione a lastra finita con doppia trazione:
Ee11
= [s11- n
s22];
Ee22
= [s22- n
s11];
Ee33
= - n (s11+ s22);
generalizzazione a cubo, con
carico su ciascuna faccia:
Ee11=
[s11- n (s22+ s33)] ;
Ee22=
[s22- n (s33+ s11)] ;
Ee33=
[s33- n (s11+ s22)].
campo di validità del modello continuo, elastico, lineare,
omogeneo, isotropo.
metalli tecnici: aggregati policristallini –>
proprietà sub- inter- e trans-granulari.
snervamento monotono: scostamento dalla linearità e limite
di elasticità apparente.
dislocazioni: mobilità sub- e trans-granulare (bande di
Lüders)
.
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