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]))];





</math>

Eindimensionaler Spannungszustand

Ganz entsprechend erhalten wir für

die Ergebnisse

bzw.

<math>\displaystyle {{\sigma}_{\mathit{xx}}}=E\,{{\epsilon}_{\mathit{xx}}},{{\epsilon}_{\mathit{yy}}}=-\nu{{\epsilon}_{\mathit{xx}}},{{\epsilon}_{\mathit{zz}}}=-\nu{{\epsilon}_{\mathit{xx}}},{{\epsilon}_{\mathit{yz}}}=0,{{\epsilon}_{\mathit{xz}}}=0,{{\epsilon}_{\mathit{xy}}}=0

/* 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];