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Déformation élastique longitudinale

Storyboard

Lorsqu'une force est appliquée à la surface d'un corps, une zone se crée où le matériau se comprime ou se dilate, entraînant un mouvement parallèle au vecteur normal de la surface. C'est ce qu'on appelle la déformation longitudinale.

>Modèle

ID:(325, 0)



Mécanismes

Iframe

>Top



Code
Concept

Mécanismes

ID:(15370, 0)



Modèle

Top

>Top



Paramètres

Symbole
Texte
Variable
Valeur
Unités
Calculer
Valor MKS
Unités MKS
\nu
nu
Coefficient de Poisson
-
L
L
La longueur du corps
m
E
E
Module d'élasticité
Pa
S
S
Section d'élément
m^2

Variables

Symbole
Texte
Variable
Valeur
Unités
Calculer
Valor MKS
Unités MKS
\sigma_i
sigma_i
Contrainte sur l'axe i
Pa
\epsilon
e
Déformation
-
\epsilon_j
e_j
Déformation dans la coordonnée perpendiculaire j
-
\epsilon_{\perp}
e_e
Déformation dans la direction perpendiculaire à la force
-
\epsilon_i
e_i
Déformation de la coordonnée i
-
w
w
Densité d'énergie de déformation
u_i
u_i
Déplacement en i
m
u
u
Élongation
m
W
W
Énergie de déformation
J
F_k
F_k
Force élastique
N
x_i
x_i
Position en i
m
S
S
Section
m^2
\sigma
sigma
Tension
Pa
V
V
Volume
m^3

Calculs


D'abord, sélectionnez l'équation: à , puis, sélectionnez la variable: à

Calculs

Symbole
Équation
Résolu
Traduit

Calculs

Symbole
Équation
Résolu
Traduit

Variable Donnée Calculer Cible : Équation À utiliser




Équations

#
Équation

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

e = u / L


\epsilon_{\perp} =- \nu \epsilon

e_e =- nu * e


\epsilon_i =\displaystyle\frac{\partial u_i }{\partial x_i }

e_i = du_i / dx_i


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

F_k = E * S * u / L


\sigma = E \epsilon

sigma = E * epsilon


\sigma =\displaystyle\frac{ F_k }{ S }

sigma = F / S


\sigma_i = E \epsilon_i

s_i = E * e_i


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

U = E * e ^2/2


V = S L

V = S * L


w =\displaystyle\frac{ E }{2(1+ \nu )}\left( \epsilon ^2+2 \epsilon_{\perp} ^2+\displaystyle\frac{ \nu }{1-2 \nu }( \epsilon +2 \epsilon_{\perp} )^2\right)

w = E *( e ^2+2* e_e ^2 + nu*( e + 2* e_e )^2/(1-2* nu ))/(2*(1+ nu ))


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

W = V * E * e ^2/2


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

W = V * E * sigma ^2/2


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

w = W / V

ID:(15371, 0)



Force de Hooke d'un objet

Équation

>Top, >Modèle


Comme la loi de Hooke relie a force élastique (F_k) à travers a constante de Hooke (k) et a élongation (u) de la manière suivante :

F_k = k u



vous pouvez remplacer a constante de Hooke (k) par l'expression microscopique et en utilisant la définition de le module d'élasticité (E), vous obtenez avec le la longueur du corps (L) et a section d'élément (S) que :

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

u
Élongation
m
5343
F_k
Force élastique
N
4978
L
La longueur du corps
m
5355
E
Module d'élasticité
Pa
5357
S
Section
m^2
10335

Avec la loi de Hooke pour a force élastique (F_k), a constante de Hooke (k) et a élongation (u) comme suit :

F_k = k u



et l'expression de a constante de Hooke (k) en fonction de le la longueur du corps (L), a section d'élément (S), le longueur du ressort microscopique (l), a section de ressort microscopique (s) et a microscopie constante de Hook (k_m) :

k =\displaystyle\frac{ S }{ L }\displaystyle\frac{ l }{ s } k_m



combinée avec l'expression de le module d'élasticité (E) :

E =\displaystyle\frac{ l }{ s } k_m



le résultat est :

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

ID:(3209, 0)



Déformation

Équation

>Top, >Modèle


A force élastique (F_k) est une fonction de le module d'élasticité (E), a section d'élément (S), a élongation (u) et le la longueur du corps (L).



Dans ce cas, le rapport entre a élongation (u) et le la longueur du corps (L) est représenté par a déformation (\epsilon), qui peut être défini de la manière suivante :

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

\epsilon
Déformation
-
5358
u
Élongation
m
5343
L
La longueur du corps
m
5355

ID:(3762, 0)



Déformation comme continuum

Équation

>Top, >Modèle


En général, a déformation (\epsilon) est défini comme la variation de a élongation (u) en proportion de le la longueur du corps (L) :



Ce concept peut être généralisé dans la limite microscopique, où A déformation de la coordonnée i (\epsilon_i) est introduit comme a variation du déplacement en i (\partial u_i) sur le longueur d'un élément en i (\partial x_i) dans la direction i, et serait exprimé comme suit :

\epsilon_i =\displaystyle\frac{\partial u_i }{\partial x_i }

\epsilon_i
Déformation de la coordonnée i
-
5359
u_i
Déplacement en i
m
10232
x_i
Position en i
m
10233



La raison d'utiliser un symbole différent pour désigner la différentielle

d \rightarrow \partial

est qu'il existe plusieurs différentielles qui affectent différentes variables dans le modèle. L'utilisation du symbole \partial indique qu'une variation doit être effectuée à chaque fois, c'est-à-dire qu'en considérant une variable, les autres sont supposées avoir leurs valeurs initiales.

ID:(3763, 0)



Tension

Équation

>Top, >Modèle


A force élastique (F_k) est une fonction qui dépend de le module d'élasticité (E), a section d'élément (S), a élongation (u) et le la longueur du corps (L).



De la même manière, tout comme a déformation (\epsilon) est introduit pour éviter l'utilisation de la dimension le la longueur du corps (L), nous pouvons construire un facteur qui exprime a force élastique (F_k) en fonction de a section d'élément (S) comme a tension (\sigma).

\sigma =\displaystyle\frac{ F_k }{ S }

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

F
F_k
Force élastique
N
4978
S
Section d'élément
m^2
5352
\sigma
Tension
Pa
5387

ID:(3210, 0)



Loi de Hooke dans la limite continue

Équation

>Top, >Modèle


A force élastique (F_k) est une fonction qui dépend de le module d'élasticité (E), a section d'élément (S), a élongation (u) et le la longueur du corps (L).

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



Cette fonction peut être réécrite en utilisant les définitions de a tension (\sigma) et a déformation (\epsilon), ce qui donne la version continue de la loi de Hooke :

\sigma = E \epsilon

A force élastique (F_k) est une fonction qui dépend de le module d'élasticité (E), a section d'élément (S), a élongation (u) et le la longueur du corps (L).

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



Cette fonction peut être exprimée en utilisant la définition de a tension (\sigma)

\sigma =\displaystyle\frac{ F_k }{ S }



et la définition de a déformation (\epsilon)

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



ce qui donne

\sigma = E \epsilon

ID:(8100, 0)



Loi de Hooke continue par direction

Équation

>Top, >Modèle


La loi de Hooke pour ($$), ($$) et ($$) est exprimée comme suit :



Cette loi peut être généralisée pour a contrainte sur l'axe i (\sigma_i) et a déformation de la coordonnée i (\epsilon_i) de la manière suivante :

\sigma_i = E \epsilon_i

\sigma_i
Contrainte sur l'axe i
Pa
5361
\epsilon_i
Déformation de la coordonnée i
-
5359
E
Module d'élasticité
Pa
5357

ID:(3764, 0)



Volume corporel

Équation

>Top, >Modèle


La masse totale le volume (V) du corps est calculée en utilisant a section d'élément (S) et le la longueur du corps (L) :

V = S L

L
La longueur du corps
m
5355
S
Section
m^2
10335
V
Volume
m^3
10334

ID:(15374, 0)



Énergie de déformation

Équation

>Top, >Modèle


Tout comme dans un ressort, la déformation d'un matériau nécessite de l'énergie. L'énergie a travail (W) nécessaire pour comprimer ou étendre le matériau est calculée comme l'intégrale de a force élastique (F_k) le long du chemin ds pendant la déformation :

W=\displaystyle\int_0^u \vec{F}\cdot d\vec{s}



Dans le cas de la Loi de Hooke continue, cela se réduit à :

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

\epsilon
Déformation
-
5358
W
Énergie de déformation
J
5368
E
Module d'élasticité
Pa
5357
V
Volume
m^3
10334

Si nous utilisons l'équation pour calculer a travail (W) comme l'intégrale de a force élastique (F_k) le long du chemin lors de la déformation :

W=\displaystyle\int_0^u \vec{F}\cdot d\vec{s}



Et que nous utilisons l'équation pour a force élastique (F_k) avec le module d'élasticité (E), a section d'élément (S), a élongation (u), le la longueur du corps (L) et a élongation (u)

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



où nous additionnons le long du chemin parcouru. Dans le cas d'une déformation élastique, la relation est linéaire et devient :

W=\displaystyle\frac{ES}{L}\displaystyle\int_0^u d\vec{s}\cdot\vec{s}



Cela nous conduit à :

W=\displaystyle\frac{ES}{2L}u^2



En utilisant l'équation pour a déformation (\epsilon)

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



et l'équation pour le volume (V)

V = S L



nous obtenons :

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

ID:(3206, 0)



Énergie de contrainte et de stress

Équation

>Top, >Modèle


Comme a énergie de déformation (W) est lié à Le volume (V), le module d'élasticité (E) et a déformation (\epsilon), il peut être exprimé comme suit :



En utilisant la loi de Hooke, nous pouvons remplacer a déformation (\epsilon) en fonction de a tension (\sigma), ce qui donne :

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

W
Énergie de déformation
J
5368
E
Module d'élasticité
Pa
5357
\sigma
Tension
Pa
5387
V
Volume
m^3
10334

Comme a énergie de déformation (W) est lié à Le volume (V), le module d'élasticité (E) et a déformation (\epsilon) comme suit :



Si nous remplaçons a déformation (\epsilon) par a tension (\sigma) dans l'équation :



Nous obtenons :

ID:(3790, 0)



Densité d'énergie

Équation

>Top, >Modèle


Pour a énergie de déformation (W) contenue dans un volume (V), nous pouvons définir a densité d'énergie de déformation (w) comme suit :

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

w
Densité d'énergie de déformation
J/m^3
5375
W
Énergie de déformation
J
5368
V
Volume
m^3
10334

ID:(3770, 0)



Densité énergétique potentielle

Équation

>Top, >Modèle


A énergie de déformation (W) en fonction de le volume (V), le module d'élasticité (E) et a déformation (\epsilon) est égal à



Donc, si nous divisons par le volume (V), nous obtenons a densité d'énergie de déformation (w), qui est défini comme

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

w
Densité d'énergie de déformation
J/m^3
5375

A énergie de déformation (W) est exprimé en fonction de le volume (V), le module d'élasticité (E) et a déformation (\epsilon) comme suit :



Et avec a densité d'énergie de déformation (w) défini comme :



Nous obtenons :

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

ID:(8104, 0)



Coefficient de Poisson

Équation

>Top, >Modèle


La déformation latérale est directement proportionnelle à la déformation qu'elle provoque. Le coefficient de proportionnalité est désigné par le coefficient de Poisson (\nu) [1] et se situe généralement dans la plage de 0,15 à 0,4.

Si la déformation initiale est de a déformation (\epsilon) et celle générée est de a déformation dans la direction perpendiculaire à la force (\epsilon_{\perp}), la relation suivante est établie :

Dans l'approximation linéaire, le coefficient de Poisson représente la relation entre les déformations latérales et longitudinales.

\epsilon_{\perp} =- \nu \epsilon

\nu
Coefficient de Poisson
-
5365
\epsilon_j
Déformation dans la coordonnée perpendiculaire j
-
5360
\epsilon_i
Déformation de la coordonnée i
-
5359

où le signe indique que la déformation se produit dans la direction opposée à la cause.

[1] Ce concept a été introduit par Siméon Denis Poisson dans un travail d'analyse statistique, dans lequel il a mentionné, entre autres sujets non liés à la mécanique, ce qui a été ultérieurement désigné sous le nom de coefficient de Poisson dans un exemple d'élasticité. Le travail est intitulé "Recherches sur la Probabilité des Jugements en Matière Criminelle et en Matière Civile", rédigé par Siméon Denis Poisson (1837).

ID:(3765, 0)



Densité d'énergie potentielle générale

Équation

>Top, >Modèle


($$) en fonction de ($$) et ($$) est égal à



Cette équation exprime ($$) sans tenir compte de a déformation dans la direction perpendiculaire à la force (\epsilon_{\perp}), qui est associé à ($$) par le coefficient de Poisson. ($$) peut être exprimé en fonction de ($$) et a déformation dans la direction perpendiculaire à la force (\epsilon_{\perp}) en utilisant l'équation suivante :

w =\displaystyle\frac{ E }{2(1+ \nu )}\left( \epsilon ^2+2 \epsilon_{\perp} ^2+\displaystyle\frac{ \nu }{1-2 \nu }( \epsilon +2 \epsilon_{\perp} )^2\right)

\nu
Coefficient de Poisson
-
5365
E
Déformation
-
5358
\epsilon_{\perp}
Déformation dans la direction perpendiculaire à la force
-
10236
w
Densité d'énergie de déformation
J/m^3
5375
\epsilon
Module d'élasticité
Pa
5357

($$) avec ($$), ($$), a déformation dans la direction perpendiculaire à la force (\epsilon_{\perp}) et le coefficient de Poisson (\nu) est exprimé comme suit :

w =\displaystyle\frac{ E }{2(1+ \nu )}\left( \epsilon ^2+2 \epsilon_{\perp} ^2+\displaystyle\frac{ \nu }{1-2 \nu }( \epsilon +2 \epsilon_{\perp} )^2\right)



Si nous remplaçons a déformation dans la direction perpendiculaire à la force (\epsilon_{\perp}) en utilisant l'équation

\epsilon_{\perp} =- \nu \epsilon



Nous obtenons l'expression initiale :

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

ID:(15375, 0)