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THE STRUCTURAL PROBLEM

Given:- 3D continuous body w/ volume V and surface S- body forces F- surface forces f- assigned displacement ξ on the constrained surface

We wanna define:- displacement field - stress field - strain field

Hypothesis:- small strains & displacements- isothermal process- no dynamics- linear elastic (isotropic) material behavior

Governing equations:

EQUILIBRIUM

(Partial derivatives notation is not transcribed)

σij,j + Fi = 0   ∀x ∈ Vσijmj = fi   ∀x ∈ SfσMx + τxyMy + τxzMz = Fx

1 THE STRUCTURAL PROBLEM

Given:

  • 3D continuous body w/ volume V and surface S
  • body forces F
  • surface forces f
  • assigned displacement ξ on the constrained surface

We wanna define:

  • displacement field ξ
  • stress field ψ
  • strain field ε

Hypothesis:

  • small strains & displacements
  • isothermal process
  • no dynamics
  • linear elastic (isotropic) material behavior

Governing equations:

  1. EQUILIBRIUM

∂σx/∂x + ∂τxy/∂y + ∂τxz/∂z + Fx = 0

σijj + Fi = 0   ∀x ∈ V

σijmj = fi   ∀x ∈ Sf

σxx + τxy My + τxz Mx = Fx

2

  • KINEMATIC COMPATIBILITY

  • Σij = 1/2 (Sij + Sj,i) on V
  • Si · Si on Su

  • CONSTITUTIVE LAW

  • σij = dijkl Ekk
  • A · = ᾽
  • j = cijkl σj

If the POTENTIAL ELASTIC ENERGY exists then d and c must be symmetric & positive definite.

In the case of an ELASTIC & ISOTROPIC material it is possible to express d and c by using the Lamé’s constants:

  • -1 < v < 1/2
  • λ = vE / ((1+v)(1-2v))
  • μ = G · E / (2(1+v))
  • λ, E [F/A]

d =

  • [λ+2μ λ λ] [0]
  • [λ λ+2μ λ] ~ [0]
  • [λ λ λ+2μ] [0]
  • [0 μ 0 0]
  • [0 μ 0 0]
  • [0 0 μ]

Meaning of v < 0

First 2 equations of σ = d · :

  • εx = λ/E (σx - v (σy + σz))
  • εy = λ/E (σy - v (σx + σz))

- lets now consider an UNIAXIAL STRESS STATE along the x-direction

    | x = Σx / E

   {

    | y = Σy / E (-νΣx)

- by doing the ratio btw. y and x we obtain

    y / x = -νΣx / E / Σx / E = -ν

=> ν can be interpreted as the ratio btw. the TRANSVERSAL STRAIN and the one along the direction of the stress.

     A NEGATIVE ν means that when there is an elongation of the specimen there is an EXPANSION in the y-direction (normally there is a contraction)

These materials don’t exist in nature and they are called AUXETIC MATERIALS

                     meta materials

PRINCIPLE OF VIRTUAL WORK

The PVW is a NECESSARY and SUFFICIENT cond for rigid body balance.

Under the hp of smooth and bilateral constraints, the work done by an acting force must be equal to zero ∀ virtual displacement.

Definitions:

  1. STATICALLY ADMISSIBLE (or equilibrated) set (✱)

    A statically admissible set is a family of σij, Fi, fi that satisfy the EQUILIBRIUM CND:

    { σij,j + Fi = 0   ∂v σijmj = fi   ∂Sf }

  2. KINEMATICALLY ADMISSIBLE SET (Δ)

    A kin admissible set is a family of si, Ėij, ŝi that satisfy the kin cnd.

    { Ėij =

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I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Elebi1 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Computational Mechanics and inelastic structural analysis e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Politecnico di Milano o del prof Corigliano Alberto.
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