Usuario:


Modelo mecánico de solido clásico

Descripción

Variables

Símbolo
Texto
Variable
Valor
Unidades
Calcule
Valor MKS
Unidades MKS
$\nu$
nu
Coeficiente de Poisson
-
$\kappa$
kappa
Compresibilidad del material
m^3
$\epsilon$
epsilon
Deformación
-
$w$
w
Densidad de energía de deformación
J/m^3
$U$
U
Densidad de energía elástica
Pa
$\Delta u$
Du
Elongación o contracción
m
$L$
L
Largo
m
$E$
E
Modulo de elasticidad
Pa
$\sigma$
sigma
Tensión
Pa
$\Delta V$
DV
Variación del volumen
m^3
$V$
V
Volumen del cuerpo
m^3

Cálculos


Primero, seleccione la ecuación:   a ,  luego, seleccione la variable:   a 

Símbolo
Ecuación
Resuelto
Traducido

Cálculos

Símbolo
Ecuación
Resuelto
Traducido

 Variable   Dado   Calcule   Objetivo :   Ecuación   A utilizar



Ecuaciones

La fuerza elástica ($F_k$) es una funci n que depende de el módulo de Elasticidad ($E$), la sección del elemento ($S$), la elongación ($u$) y el largo del cuerpo ($L$).

$ F_k =\displaystyle\frac{ E S }{ L } u $



Esta funci n se puede expresar mediante la definici n de la tensión ($\sigma$)

$ \sigma =\displaystyle\frac{ F }{ S }$



y la definici n de la deformación ($\epsilon$)

$ \epsilon =\displaystyle\frac{ u }{ L }$



resultando en

$ \sigma = E \epsilon $

(ID 8100)

La energía de deformación ($W$) se expresa en funci n de el volumen ($V$), el módulo de Elasticidad ($E$) y la deformación ($\epsilon$) de la siguiente manera:

$ W =\displaystyle\frac{1}{2} V E \epsilon ^2$



Y con la densidad de energía de deformación ($w$) definido como:

$ w =\displaystyle\frac{ W }{ V }$



Obtenemos:

$ U =\displaystyle\frac{1}{2} E \epsilon ^2$

(ID 8104)


Ejemplos

La compresibilidad de un material esta definida con list=12039 por

$ \kappa \equiv-\displaystyle\frac{1}{ V }\left(\displaystyle\frac{\partial V }{\partial p }\right)_ T $



lo que en este caso se puede aproximar con como

$ k_p = -\displaystyle\frac{1}{ V }\displaystyle\frac{ \Delta V }{ \sigma }$

(ID 8098)

La deformaci n se define como la variaci n del largo de un canto del volumen.

Con es

$ \epsilon = \displaystyle\frac{ \Delta u }{ L }$

(ID 8099)

La fuerza elástica ($F_k$) es una funci n que depende de el módulo de Elasticidad ($E$), la sección del elemento ($S$), la elongación ($u$) y el largo del cuerpo ($L$).

$ F_k =\displaystyle\frac{ E S }{ L } u $



Esta funci n puede ser reescrita utilizando las definiciones de la tensión ($\sigma$) y la deformación ($\epsilon$), lo que nos lleva a la versi n continua de la Ley de Hooke:

$ \sigma = E \epsilon $

(ID 8100)

Si se considera un cubo de largo, ancho y alto L el volumen ser igual a L^3. Si se aplica una tensi n sobre dos caras opuestas se tiene que se deformara en \epsilon en la direcci n de la tensi n siendo con deformación $-$, modulo de elasticidad $Pa$ y tensión $Pa$

$ \sigma = E \epsilon $



con E el modulo de elasticidad. Mientras se deforme en \epsilon lateralmente lo har en \epsilon_{\perp} de modo que con

$ \epsilon_{\perp} = - \nu \epsilon_{\parallel} $

\\n\\nComo el largo en la direcci n de la tensi n pasara de L a L(1+\epsilon) y en la direcci n perpendicular a L(1-\nu\epsilon) con \nu el modulo de Poisson.\\n\\nPor ello al aplicar la tensi n \sigma el volumen pasara a ser\\n\\n

$L(1+\epsilon)L(1-\nu\epsilon)L(1-\nu\epsilon)=L^3(1-\nu\epsilon-\nu^2\epsilon^2+\nu^3\epsilon^3)$

\\n\\nSi se introduce el volumen V_0 y se supone peque as deformaciones (\epsilon\ll 1) se obtiene\\n\\n

$V_0+dV=V_0(1+\epsilon-2\nu\epsilon)$



o en la aproximaci n de peque as deformaciones con

$ \Delta V = V (1-2 \nu ) \epsilon $

(ID 8102)

Como el volumen deformado es con coeficiente de Poisson $-$, deformación $-$, variación del volumen $m^3$ y volumen del cuerpo $m^3$

$ \Delta V = V (1-2 \nu ) \epsilon $

\\n\\ny la tensi n es\\n\\n

$\sigma = E\epsilon$

\\n\\ncon E el modulo de elasticidad. Como la variaci n de la presi n es igual a el promedio de las tensiones en las tres direcciones\\n\\n

$\Delta p=-\displaystyle\frac{1}{2}(\sigma_1+\sigma_2+\sigma_3)$

\\n\\nEn el caso de que solo se tiene tensi n en un eje\\n\\n

$\sigma_1=\sigma,,\sigma_2=\sigma_3=0$



se tiene que con compresibilidad del material $1/Pa$, tensión $Pa$, variación del volumen $m^3$ y volumen del cuerpo $m^3$

$ k_p = -\displaystyle\frac{1}{ V }\displaystyle\frac{ \Delta V }{ \sigma }$



por lo que se puede reescribir con compresibilidad del material $1/Pa$, tensión $Pa$, variación del volumen $m^3$ y volumen del cuerpo $m^3$ con

$ k_p = \displaystyle\frac{3(1-2 \nu )}{ E }$

(ID 8103)

La energía de deformación ($W$) en funci n de el volumen ($V$), el módulo de Elasticidad ($E$) y la deformación ($\epsilon$) es igual a

$ W =\displaystyle\frac{1}{2} V E \epsilon ^2$



As que si dividimos por el volumen ($V$), obtenemos la densidad de energía de deformación ($w$), que se define como

$ U =\displaystyle\frac{1}{2} E \epsilon ^2$

(ID 8104)

Como la energ a potencial es con deformación $-$, densidad de energía de deformación $J/m^3$ y modulo de elasticidad $Pa$

$ U =\displaystyle\frac{1}{2} E \epsilon ^2$



y la deformaci n es con coeficiente de Poisson $-$, deformación $-$, variación del volumen $m^3$ y volumen del cuerpo $m^3$

$ \Delta V = V (1-2 \nu ) \epsilon $

\\n\\nse tiene que la energ a potencial se puede escribir como\\n\\n

$U=\displaystyle\frac{E}{2(1-2\nu)^2}\displaystyle\frac{\Delta V^2}{V^2}$



Con la compresibilidad con coeficiente de Poisson $-$, compresibilidad del material $1/Pa$ y modulo de elasticidad $Pa$

$ k_p = \displaystyle\frac{3(1-2 \nu )}{ E }$



se tiene con coeficiente de Poisson $-$, compresibilidad del material $1/Pa$ y modulo de elasticidad $Pa$

$ U =\displaystyle\frac{3}{2}\displaystyle\frac{1}{(1-2 \nu ) k_p }\left(\displaystyle\frac{ \Delta V }{ V }\right)^2$

(ID 8105)


ID:(861, 0)