Sources/Lexikon/Spannungs-Dehnungs-Beziehung (Stress-Strain-Relation)
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Allgemeines Werkstoffgesetzt (3D)
Der Zusammenhang zwischen Dehnung un Spannung für isotropes, linear-elastisches Werkstoffverhalten wird durch
beschrieben. In Komponenten-Schreibweise ist dies
- ,
wobei λ und μ die Lamé'schen Konstanten sind und zum Elastizitäts-Modul E und der Querkontraktion ν folgende Beziehung haben:
/* Maxima */
/* version 5.38.1 */
/* general strain-displacement relation (sdr)*/
declare("σ", alphabetic);
declare("ε", alphabetic);
params: [%lambda=E*nu/((1+nu)*(1-2*nu)), mu=E/(2*(1+nu))];
sdr[3]: E = 2*mu*diagmatrix (6, 1) +
%lambda*matrix([1,1,1,0,0,0],
[1,1,1,0,0,0],
[1,1,1,0,0,0],
[0,0,0,0,0,0],
[0,0,0,0,0,0],
[0,0,0,0,0,0]);
σ : matrix([ sigma[xx]],[ sigma[yy]],[ sigma[zz]],[ sigma[yz]],[ sigma[xz]],[ sigma[xy]]);
ε : matrix([epsilon[xx]],[epsilon[yy]],[epsilon[zz]],[epsilon[yz]],[epsilon[xz]],[epsilon[xy]]);
print(σ," = ", subst(sdr[3],E),"∙",ε)$
Ebener Spannugnszustand
Alle anderen Werkstoff-Gesetze lassen sich daraus ableiten, z.B. für den ebenen Spannungszustand mit
erhalten wir
In Matrixschreibweise erhalten wir
bzw mit E und ν
- .
/* Maxima */
/* version 5.38.1 */
/*ebener Spannungszustand*/
assumption: [sigma[zz]=0, sigma[yz]=0, sigma[xz]=0];
/* general strain-displacement relation (sdr)*/
equs: subst(assumption,makelist(σ[i][1] = (subst(sdr[3],E).ε)[i][1],i,1,6));
Q: [ sigma[xx], sigma[yy], sigma[xy],
epsilon[zz],epsilon[yz],epsilon[xz]];
sol: ratsimp(solve(equs,Q))[1];
ACM: augcoefmatrix([-sol[1],-sol[2],-sol[3]],[epsilon[xx],epsilon[yy],epsilon[xy]]);
sdr[2] : submatrix(ACM,4);
sdr[2]: [sdr[2],ratsimp(subst(params,sdr[2]))];
Eindimensionaler Spannungszustand
Ganz entsprechend erhalten wir für
die Ergebnisse
bzw.
/* Maxima */
/* version 5.38.1 */
/*eindimensionaler Spannungszustand*/
assumption: [sigma[yy]=0, sigma[zz]=0, sigma[yz]=0, sigma[xz]=0, sigma[xy]=0];
/* general strain-displacement relation (sdr)*/
equs: subst(assumption,makelist(σ[i][1] = (subst(sdr[3],E).ε)[i][1],i,1,6));
Q: [ sigma[xx],
epsilon[yy], epsilon[zz],epsilon[yz],epsilon[xz], epsilon[xy]];
sol: ratsimp(solve(equs,Q))[1];