Esercizi sull'analisi della tensione
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Versione italiana
Esercizi sull'analisi della tensione
Concetti Fondamentali
Tensore delle Tensioni: Il tensore delle tensioni è una matrice 3 \times 33×3 che rappresenta le tensioni in un materiale in tre dimensioni. La forma generale del tensore delle tensioni è:
\sigma_xσx​, \sigma_yσy​, \sigma_zσz​ sono le tensioni normali,
\tau_{xy}τxy​, \tau_{yz}τyz​, \tau_{zx}τzx​ sono le tensioni di taglio.
Invarianti di Tensione: Gli invarianti di tensione possono essere calcolati utilizzando il tensore delle tensioni. Gli invarianti sono definiti come segue:
Utilizzando gli invarianti di tensione, possiamo classificare lo stato tensionale come segue:
Stato Piano:
Per essere considerato piano, I_3I3​ deve essere zero.
Stato Puramente Tangenziale:
Per essere considerato puramente tangenziale, I_1I1​ deve essere zero e I_2I2​ deve essere positivo.
Stato Monoassiale:
Per essere considerato monoassiale, una sola tensione normale deve essere significativa e le altre tensioni normali devono essere nulle o trascurabili.
Esercizio
Problema: Considera un elemento sottoposto a tensioni normali e di taglio. Le tensioni sono:
\sigma_x = 50 \, MPaσx​=50MPa
\sigma_y = 30 \, MPaσy​=30MPa
\sigma_z = 10 \, MPaσz​=10MPa
\tau_{xy} = 5 \, MPaτxy​=5MPa
\tau_{yz} = 3 \, MPaτyz​=3MPa
\tau_{zx} = 2 \, MPaτzx​=2MPa
Trovare gli invarianti di tensione e classificare lo stato tensionale.
Calcolo del Terzo Invariante(I_3)(I3​):
Il terzo invariante può essere calcolato come il determinante del tensore delle tensioni \mathbf{T}T. Il determinante di una matrice 3 \times 33×3 è dato dalla formula:
Per classificare lo stato tensionale dell'elemento utilizziamo gli invarianti di tensione.
Primo Invariante (I_1)(I1​):
I_1 = 90 \, MPa
I1​=90MPa
Questo valore rappresenta la somma delle tensioni normali. Un valore positivo indica che ci sono tensioni normali complessive.
Secondo Invariante (I_2)(I2​):
I_2 = 5762 \, MPa^2
I2​=5762MPa2
Questo valore è positivo e indica che ci sono tensioni di taglio significative. Un I_2I2​ positivo suggerisce che l'elemento è soggetto a uno stato di tensione non puramente idrostatico.
Terzo Invariante (I_3)(I3​):
I_3 = 14340 \, MPa^3
I3​=14340MPa3
Anche questo valore è positivo, il che implica che il sistema di tensioni non è degenerato e che ci sono interazioni tra le tensioni normali e di taglio.
Conclusione
In base agli invarianti di tensione:
Lo stato tensionale dell'elemento è tridimensionale. Non è classificabile come piano, puramente tangenziale o monoassiale, poiché presenta tensioni normali e di taglio significative in tutte e tre le direzioni.
English version
Stress Analysis Exercises
Fundamental Concepts
Stress Tensor: The stress tensor is a 3 \times 33×3 matrix that represents the stresses in a material in three dimensions. The general form of the stress tensor is:
Calculation of the Third Invariant(I_3)(I3​):
The third invariant can be calculated as the determinant of the stress tensor \mathbf{T}T. The determinant of a matrix 3 \times 33×3 is given by the formula:
To classify the stress state of the element we use the stress invariants.
First Invariant (I_1)(I1​):
I_1 = 90 \, MPa
I1​=90MPa
This value represents the sum of the normal stresses. A positive value indicates that there are overall normal stresses.
Second Invariant (I_2)(I2​):
I_2 = 5762 \, MPa^2
I2​=5762MPa2
This value is positive and indicates that there are significant shear stresses. A positive I_2I2​ suggests that the element is subject to a stress state that is not purely hydrostatic.
Third Invariant (I_3)(I3​):
I_3 = 14340 \, MPa^3
I3​=14340MPa3
This value is also positive, which implies that the stress system is not degenerate and that there are interactions between the normal and shear stresses.
Conclusion
According to the stress invariants:
The stress state of the element is three-dimensional. It cannot be classified as planar, purely tangential or uniaxial, as it presents significant normal and shear stresses in all three directions.
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