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scienza_costruzioni:il_solido_elastico

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Linea 12: Linea 12:
 La funzione $\Phi (\boldsymbol{\epsilon})$ è detta **potenziale elastico di deformazione**.  La funzione $\Phi (\boldsymbol{\epsilon})$ è detta **potenziale elastico di deformazione**. 
  
-Discorso analogo può essere impostato considerando la relazione che lega il vettore $\boldsymbol{\sigma}$ al vettore $\boldsymbol{\epsilon}$ ($\boldsymbol{\sigma}$ è la variabile indipendente). Anche stavolta dovremo supporre l'esistenza di una funzione $\Psi ( \boldsymbol{\sigma } )$+Analogamente possiamo analizzare la relazione che lega il vettore $\boldsymbol{\sigma}$ al vettore $\boldsymbol{\epsilon}$ ($\boldsymbol{\sigma}$ è la variabile indipendente). In tal caso supponiamo esista una funzione $\Psi \left( \boldsymbol{\sigma } \right)$
  
 $$ \boldsymbol{\epsilon} (\boldsymbol{\sigma}) = \nabla \Psi (\boldsymbol{\sigma}) $$ $$ \boldsymbol{\epsilon} (\boldsymbol{\sigma}) = \nabla \Psi (\boldsymbol{\sigma}) $$
  
-La funzione $\Psi ( \boldsymbol{\sigma} )$ è detta **potenziale elastico complementare**. +La funzione $\Psi \left( \boldsymbol{\sigma} \right)$ è detta **potenziale elastico complementare**. 
  
-Se $\boldsymbol{\sigma} (\boldsymbol{\epsilon})$ è un campo conservativo, anche $\boldsymbol{\epsilon} (\boldsymbol{\sigma})$ lo è, e viceversa. Altrimenti detto, l'esistenza del potenziale elastico di deformazione implica l'esistenza del potenziale elastico complementare, e viceversa.+Se $\boldsymbol{\sigma} (\boldsymbol{\epsilon})$ è un campo conservativo, anche $\boldsymbol{\epsilon} (\boldsymbol{\sigma})$ lo è, e viceversa. Di conseguenza l'esistenza del potenziale elastico di deformazione è equivalente all'esistenza del potenziale elastico complementare.
  
-Dimostriamo che la prima parte dell'asserto $ \left( \exists \Phi (\boldsymbol{\epsilon}) | \boldsymbol{\sigma} (\boldsymbol{\epsilon}) = \nabla \Phi (\boldsymbol{\epsilon}) \Longrightarrow \exists \Psi (\boldsymbol{\sigma}) | \boldsymbol{\epsilon} (\boldsymbol{\sigma}) = \nabla \Psi (\boldsymbol{\sigma}) \right)$; analogamente si dimostra la relazione inversa.+Dimostriamo la prima parte dell'asserto  
 + 
 +$$\exists \Phi (\boldsymbol{\epsilon}) | \boldsymbol{\sigma} (\boldsymbol{\epsilon}) = \nabla \Phi (\boldsymbol{\epsilon}) \Longrightarrow \exists \Psi (\boldsymbol{\sigma}) | \boldsymbol{\epsilon} (\boldsymbol{\sigma}) = \nabla \Psi (\boldsymbol{\sigma})$$
  
 Consideriamo un qualsiasi processo di carico tra i punti $A$ e $B$ funzione della variabile $t$.  Consideriamo un qualsiasi processo di carico tra i punti $A$ e $B$ funzione della variabile $t$. 
Linea 26: Linea 28:
 Dalle proprietà del prodotto di derivate abbiamo che Dalle proprietà del prodotto di derivate abbiamo che
  
-$$\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}t} \left( \boldsymbol{\sigma} \left(\boldsymbol{\epsilon}(t)\right) \cdot \boldsymbol{\epsilon} \left(\boldsymbol{\sigma}(t)\right) \right) =+$$\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}t} \left( \boldsymbol{\sigma} \left(\boldsymbol{\epsilon}(t)\right) \cdot \boldsymbol{\epsilon} (t) \right) =
 \sum \limits_{i=1}^{6} \left( \epsilon_i \frac{\partial \sigma_i}{\partial \epsilon_i } \frac{\mathrm{d} \epsilon_i}{\mathrm{d}t} + \sum \limits_{i=1}^{6} \left( \epsilon_i \frac{\partial \sigma_i}{\partial \epsilon_i } \frac{\mathrm{d} \epsilon_i}{\mathrm{d}t} +
-\sigma_i \frac{\partial \epsilon_i}{\partial \sigma_i } \frac{\mathrm{d} \sigma_i}{\mathrm{d}t} \right)$$+\sigma_i \frac{\mathrm{d} \epsilon_i}{\mathrm{d}t } \right)$$
  
 Integrando tra i punti $A$ e $B$ Integrando tra i punti $A$ e $B$
Linea 47: Linea 49:
 \left[ \Phi (B) - \Phi (A) \right]$$ \left[ \Phi (B) - \Phi (A) \right]$$
  
-che ci permette di definire, a meno di una costante, il potenziale elastico complementare ricordando che, per le proprietà dei [[matematica:campi conservativi|campi conservativi]],+che ci permette di definire, a meno di una costante, il potenziale elastico complementare
  
 $$\Psi(B) - \Psi(A) = \int \limits_{A}^{B} \boldsymbol{\sigma} \cdot \mathrm{d} \boldsymbol{\epsilon}$$ $$\Psi(B) - \Psi(A) = \int \limits_{A}^{B} \boldsymbol{\sigma} \cdot \mathrm{d} \boldsymbol{\epsilon}$$
  
-Abbiamo così dimostrato l'esistenza del potenziale elastico complementare.+Abbiamo così dimostrato che l'esistenza del potenziale elastico implica l'esistenza del potenziale elastico complementare. Procedendo in maniera analoga è possibile dimostrare che l'esistenza del potenziale elastico complementare implica l'esistenza dal potenziale elastico.
  
-====== Materiale elastico-lineare ======+====== Legge costitutiva elastico-lineare ======
  
-Si definisce elastico-lineare un materiale per il quale il potenziale elastico è una funzione polinominiale di secondo grado delle deformazioni. Sotto tale ipotesi è quindi possibile sostituire la funzione potenziale con il suo sviluppo in serie di Mc-laurin arrestato al secondo ordine, secondo la relazione+Si definisce elastico-lineare un materiale per il quale il potenziale elastico è una funzione polinominiale di secondo grado delle deformazioni. Sotto tale ipotesi è quindi possibile sostituire la funzione potenziale con il suo sviluppo in serie di Mc-Laurin arrestato al secondo ordine, secondo la relazione
  
-$$\Psi( \boldsymbol{\epsilon} ) = \Psi( \boldsymbol{0} ) + \nabla \Psi( \boldsymbol{0} ) \boldsymbol{\epsilon} + \frac{1}{2} \boldsymbol{\epsilon} \cdot H_{\Psi} \cdot \boldsymbol{\epsilon} $$+$$\Phi( \boldsymbol{\epsilon} ) = \Phi( \boldsymbol{0} ) + \nabla \Phi( \boldsymbol{0} ) \boldsymbol{\epsilon} + \frac{1}{2} \boldsymbol{\epsilon} \cdot H_{\Phi} \cdot \boldsymbol{\epsilon} $$
  
 Considerando che ai nostri fini non è tanto importante conoscere il valore della funzione potenziale in un punto quanto la differenza che tale funzione assume tra due punti, possiamo assumere Considerando che ai nostri fini non è tanto importante conoscere il valore della funzione potenziale in un punto quanto la differenza che tale funzione assume tra due punti, possiamo assumere
  
-$$\Psi( \boldsymbol{0} ) = 0$$+$$\Phi( \boldsymbol{0} ) = 0$$
  
 Analogamente sappiamo che Analogamente sappiamo che
  
-$$\nabla \Psi( \boldsymbol{\epsilon} ) = \boldsymbol{\sigma} (\boldsymbol{\epsilon}) $$ +$$\nabla \Phi( \boldsymbol{\epsilon} ) = \boldsymbol{\sigma} (\boldsymbol{\epsilon}) $$
- +
-Per deformazioni elastiche nulle il nostro solido è in condizioni di riposo, pertanto anche le tensioni sono nulle.+
  
-Pertanto possiamo scrivere+Per deformazioni elastiche nulle il nostro solido è in condizioni di riposo, pertanto anche le tensioni sono nulle. Possiamo allora scrivere
  
-$$\Psi( \boldsymbol{\epsilon} ) = \frac{1}{2} \boldsymbol{\epsilon} \cdot H_{\Psi} \cdot \boldsymbol{\epsilon} $$+$$\Phi( \boldsymbol{\epsilon} ) = \frac{1}{2} \boldsymbol{\epsilon} \cdot H_{\Phi} \cdot \boldsymbol{\epsilon} $$
  
-Da tale espressione possiamo ricavare+Da tale espressione ricaviamo
  
-$$\boldsymbol{\sigma} = \nabla \Psi( \boldsymbol{\epsilon} ) = H_{\Psi} \cdot \boldsymbol{\epsilon} $$+$$\boldsymbol{\sigma} = \nabla \Phi( \boldsymbol{\epsilon} ) = H_{\Phi} \cdot \boldsymbol{\epsilon} $$
  
-Pertanto possiamo esprimere il potenziale elastico di deformazione nella forma+che ci permette di esprimere il potenziale elastico di deformazione nella forma
  
-$$\Psi( \boldsymbol{\epsilon} ) = \frac{1}{2} \boldsymbol{\sigma} \cdot \boldsymbol{\epsilon} $$+$$\Phi( \boldsymbol{\epsilon} ) = \frac{1}{2} \boldsymbol{\sigma} \cdot \boldsymbol{\epsilon} $$
  
 Abbiamo visto nel paragrafo precedente che Abbiamo visto nel paragrafo precedente che
Linea 86: Linea 86:
 \left[ \Phi (B) - \Phi (A) \right] + \left[ \Psi (B) - \Psi (A) \right] $$ \left[ \Phi (B) - \Phi (A) \right] + \left[ \Psi (B) - \Psi (A) \right] $$
  
-Sotto le ipotesi ora introdotte quest'ultima diventa più semplicemente+Considerando che il punto $A$ corrisponde al solido scarico ($\boldsymbol{\sigma} = \boldsymbol{\varepsilon} = \boldsymbol{0}$), applicando quanto visto sopra, la relazione diventa più semplicemente
  
 $$\boldsymbol{\sigma} \cdot \boldsymbol{\epsilon}  = $$\boldsymbol{\sigma} \cdot \boldsymbol{\epsilon}  =
 \Phi (\boldsymbol{\epsilon}) + \Psi (\boldsymbol{\sigma}) = \frac{1}{2} \boldsymbol{\sigma} \cdot \boldsymbol{\epsilon} + \Psi (\boldsymbol{\sigma})$$ \Phi (\boldsymbol{\epsilon}) + \Psi (\boldsymbol{\sigma}) = \frac{1}{2} \boldsymbol{\sigma} \cdot \boldsymbol{\epsilon} + \Psi (\boldsymbol{\sigma})$$
  
-da cui infine ricaviamo che, sotto l'ipotesi di legge costitutiva elastico-lineare,+Sotto l'ipotesi di legge costitutiva elastico-lineare il potenziale elastico è uguale al potenziale elastico complementare
  
 $$\Psi (\boldsymbol{\sigma}) = \Phi (\boldsymbol{\epsilon}) = \frac{1}{2} \boldsymbol{\sigma} \cdot \boldsymbol{\epsilon}$$ $$\Psi (\boldsymbol{\sigma}) = \Phi (\boldsymbol{\epsilon}) = \frac{1}{2} \boldsymbol{\sigma} \cdot \boldsymbol{\epsilon}$$

scienza_costruzioni/il_solido_elastico.1354472166.txt.gz · Ultima modifica: 2021/06/13 13:07 (modifica esterna)

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