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Esercizi sul cerchio di Mohr

Esercizi sul cerchio di Mohr Esercizi sul cerchio di Mohr
Esercizi sul cerchio di Mohr

Versione italiana

Esercizi sul cerchio di Mohr

Il cerchio di Mohr è uno strumento grafico utilizzato in ingegneria meccanica e strutturale per analizzare le tensioni e le deformazioni in un materiale. È particolarmente utile per visualizzare le tensioni normali e le tensioni di taglio in un punto di un materiale soggetto a carichi. Ecco alcuni concetti fondamentali e alcuni esercizi con le relative soluzioni.

Concetti Fondamentali

  1. Tensioni Normali e di Taglio:

    • Tensione Normale (\sigmaσ\sigma): È la tensione che agisce perpendicolarmente alla sezione trasversale di un materiale.
    • Tensione di Taglio (\tauτ\tau): È la tensione che agisce parallelamente alla sezione trasversale.
  2. Cerchio di Mohr:

    • È un grafico che rappresenta le tensioni in un materiale in funzione dell'angolo di rotazione. Le coordinate del cerchio sono costituite dalle tensioni normali e di taglio.
    • Il centro del cerchio è dato dalla media delle tensioni normali \sigma_xσx\sigma_x e \sigma_yσy\sigma_y, mentre il raggio è dato dalla radice quadrata della somma dei quadrati delle tensioni di taglio.
  3. Formule:

    • Centro del cerchio:
      C = \frac{\sigma_x + \sigma_y}{2}
      C=σx+σy2C = \frac{\sigma_x + \sigma_y}{2}
    • Raggio del cerchio:
      R = \sqrt{\left(\frac{\sigma_x - \sigma_y}{2}\right)^2 + \tau_{xy}^2}
      R=(σx−σy2)2+τxy2R = \sqrt{\left(\frac{\sigma_x - \sigma_y}{2}\right)^2 + \tau_{xy}^2}
    • Tensioni sui piani inclinati:
      \sigma_n = C + R \cos(2\theta)
      σn=C+Rcos⁡(2θ)\sigma_n = C + R \cos(2\theta)
      \tau_n = R \sin(2\theta)
      τn=Rsin⁡(2θ)\tau_n = R \sin(2\theta)

Esercizio

Domanda: Considera un materiale con le seguenti tensioni: \sigma_x = 100 \text{MPa}σx=100MPa\sigma_x = 100 \text{MPa}, \sigma_y = 50 \, \text{MPa}σy=50 MPa\sigma_y = 50 \, \text{MPa}, e \tau_{xy} = 30 \, \text{MPa}τxy=30 MPa\tau_{xy} = 30 \, \text{MPa}. Calcola il centro e il raggio del cerchio di Mohr.

Soluzione:

  1. Calcolo del centro:

    C = \frac{\sigma_x + \sigma_y}{2} = \frac{100 + 50}{2} = 75 \, \text{MPa}
    C=σx+σy2=100+502=75 MPaC = \frac{\sigma_x + \sigma_y}{2} = \frac{100 + 50}{2} = 75 \, \text{MPa}
  2. Calcolo del raggio:

    R = \sqrt{\left(\frac{\sigma_x - \sigma_y}{2}\right)^2 + \tau_{xy}^2} = \sqrt{\left(\frac{100 - 50}{2}\right)^2 + 30^2}
    R=(σx−σy2)2+τxy2=(100−502)2+302R = \sqrt{\left(\frac{\sigma_x - \sigma_y}{2}\right)^2 + \tau_{xy}^2} = \sqrt{\left(\frac{100 - 50}{2}\right)^2 + 30^2}
    R = \sqrt{(25)^2 + (30)^2} = \sqrt{625 + 900} = \sqrt{1525} \approx 39.05 \, \text{MPa}
    R=(25)2+(30)2=625+900=1525≈39.05 MPaR = \sqrt{(25)^2 + (30)^2} = \sqrt{625 + 900} = \sqrt{1525} \approx 39.05 \, \text{MPa}

Quindi, il centro del cerchio è a 75 MPa e il raggio è circa 39.05 MPa.

English version

Mohr's Circle Exercises

Mohr's circle is a graphical tool used in mechanical and structural engineering to analyze stresses and strains in a material. It is particularly useful for visualizing normal stresses and shear stresses at a point in a material subjected to loads. Here are some basic concepts and some exercises with their solutions.

Basic Concepts

  1. Normal and Shear Stresses:
  • Normal Stress (\sigmaσ\sigma): It is the stress that acts perpendicular to the cross-section of a material.
  • Shear Stress (\tauτ\tau): It is the stress that acts parallel to the cross-section.
  1. Mohr's Circle:
  • It is a graph that represents the stresses in a material as a function of the angle of rotation. The coordinates of the circle are the normal and shear stresses.
  • The center of the circle is given by the average of the normal stresses \sigma_xσx\sigma_x and \sigma_yσy\sigma_y, while the radius is given by the square root of the sum of the squares of the shear stresses.
  1. Formulas:
  • Center of the circle:
C = \frac{\sigma_x + \sigma_y}{2}
C=σx+σy2C = \frac{\sigma_x + \sigma_y}{2}
  • Radius of the circle:
R = \sqrt{\left(\frac{\sigma_x - \sigma_y}{2}\right)^2 + \tau_{xy}^2}
R=(σx−σy2)2+τxy2R = \sqrt{\left(\frac{\sigma_x - \sigma_y}{2}\right)^2 + \tau_{xy}^2}
  • Stress on inclined planes:
\sigma_n = C + R \cos(2\theta)
σn=C+Rcos⁡(2θ)\sigma_n = C + R \cos(2\theta)
\tau_n = R \sin(2\theta)
τn=Rsin⁡(2θ)\tau_n = R \sin(2\theta)

Exercise

Question: Consider a material with the following stresses: \sigma_x = 100 \text{MPa}σx=100MPa\sigma_x = 100 \text{MPa}, \sigma_y = 50 \, \text{MPa}σy=50 MPa\sigma_y = 50 \, \text{MPa}, and \tau_{xy} = 30 \, \text{MPa}τxy=30 MPa\tau_{xy} = 30 \, \text{MPa}. Calculate the center and radius of Mohr's circle.

Solution:

  1. Center calculation:
C = \frac{\sigma_x + \sigma_y}{2} = \frac{100 + 50}{2} = 75 \, \text{MPa} 
C=σx+σy2=100+502=75 MPaC = \frac{\sigma_x + \sigma_y}{2} = \frac{100 + 50}{2} = 75 \, \text{MPa}
  1. Radius calculation:
R = \sqrt{\left(\frac{\sigma_x - \sigma_y}{2}\right)^2 + xy}^2 = \sqrt{\left(\frac{100 - 50}{2}\right)^2 + 30^2}
R=(σx−σy2)2+xy2=(100−502)2+302R = \sqrt{\left(\frac{\sigma_x - \sigma_y}{2}\right)^2 + xy}^2 = \sqrt{\left(\frac{100 - 50}{2}\right)^2 + 30^2}
 R = \sqrt{(25)^2 + (30)^2} = \sqrt{625 + 900} = \sqrt{1525} \approx 39.05 \, \text{MPa}
R=(25)2+(30)2=625+900=1525≈39.05 MPa R = \sqrt{(25)^2 + (30)^2} = \sqrt{625 + 900} = \sqrt{1525} \approx 39.05 \, \text{MPa}

So, the center of the circle is at 75 MPa and the radius is about 39.05 MPa.

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