Cap. 7. Princípio dos trabalhos virtuais

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1 Cap. 7. Princípio dos trabalhos virtuais
1. Energia de deformação interna 1.1 Definição e pressupostos adoptados 1.2 Densidade da energia de deformação interna 1.3 Caso particular: Lei constitutiva é representada pela recta 1.4 Energia de deformação interna 2. Existência da solução do problema de elasticidade linear 3. Unicidade da solução do problema de elasticidade linear 4. Energia de deformação externa 5. Lei de conservação da energia 6. Energia potencial 7. Princípios variacionais 8. Princípio dos trabalhos virtuais 8.1 Princípio dos deslocamentos virtuais 8.2 Princípio das forças (tensões) virtuais 9. Ligação do Princípio dos trabalhos virtuais aos Princípios variacionais

2 1. Energia de deformação interna
1.1 Definição e pressupostos adoptados Energia acumulada no corpo elástico devido ao trabalho das forças externas, usa-se o termo “acumulada” porque no caso de elasticidade depois de remover as cargas, o MC volta ao seu estado inicial com a libertação desta energia Energia de deformação interna pode-se chamar energia potencial elástica ou energia potencial das forças internas Pressupostos 1. Comportamento do material elástico 2. Lento e gradual aumento das cargas 3. Campo de temperatura mantém-se constante (processo de deformação adiabático) Tem que se estabelecer um nível zero estado natural W=0, estado inicial, sem carga, sem solicitações,

3 1.2 Densidade da energia de deformação interna
Densidade tem o sentido de “por unidade de volume do material” Lei constitutiva Densidade da energia complementar de deformação interna Nas expressões costuma-se omitir a “barra” Transformação de Legendre Adrien-Marie Legendre ( )

4 1.3 Caso particular: Lei constitutiva é representada pela recta
Existem deformações iniciais da origem térmica Equações constitutivas podem-se determinar a partir de energia de deformação Válido igualmente para a lei não-linear George Green  ( )

5 Energia complementar de deformação interna
Omitindo as deformações iniciais térmicas W é forma quadrática em termos da deformação W* é forma quadrática em termos da tensão 1.4 Energia de deformação interna Energia complementar de deformação interna

6 2. Existência da solução do problema de elasticidade linear
Caso mais simples, lei constitutiva linear, não há deformações iniciais (cap. 6) Analogia c/ corpo rígido Para deslocar a esfera Equilíbrio Estável Energia potencial aumenta Equilíbrio Indiferente Energia potencial é igual Equilíbrio Instável Energia potencial diminui Condição necessária para assegurar a estabilidade do MC, ou seja para assegurar a existência da solução do problema de elasticidade é preciso que seja satisfeito W tem que ser forma quadrática, elíptica ou positivamente definida, ou seja o determinante da matriz de rigidez e de flexibilidade tem que ser positivo ou nulo

7 3. Unicidade da solução do problema de elasticidade linear
Prova pela contradição Pressuposto: existem duas soluções diferentes do mesmo problema de valores de fronteira Designa-se: Equações Deformações - deslocamentos Equações Constitutivas Equações de Equilíbrio Analisa-se:

8 Teoremas em analogia com a integração por partes
Teorema de divergência & Extensão para 3D Teorema de Clapeyron ou de Green Émile Clapeyron ( )

9 Voltando a prova de unicidade da solução
(Teorema de Clapeyron) + Condições de fronteira & No 1º problema de valores de fronteira as soluções de deslocamento diferem pelo movimento de corpo rígido (as cargas tem que assegurar o equilíbrio global) Quando Quando

10 4. Energia de deformação externa
= trabalho das forças externas Ex.: Uma força concentrada assumindo que o deslocamento aumenta proporcionalmente com o aumento da força: P=kw e w=P/k Caso geral Impostos

11 5. Lei de conservação da energia
Quando as condições geométricas são homogéneas, ou seja Quando as condições estáticas são homogéneas e as forças de volume nulas 6. Energia potencial Energia potencial = - trabalho mecânico no sistema conservativo Energia potencial das forças exteriores Energia potencial complementar das forças exteriores

12 Energia potencial total
Energia potencial complementar total Deslocamentos geometricamente admissíveis 1. são contínuos e derivadas são contínuas em partes 2. satisfazem as condições de fronteira geométricas 3. deformações admissíveis calculam-se usando as relações deformações - deslocamentos Tensões estaticamente admissíveis 1. são contínuos e derivadas são contínuas em partes 2. satisfazem as condições de fronteira estáticas 3. satisfazem as condições de equilíbrio

13 7. Princípios variacionais
Princípio de Lagrange De todos os campos dos deslocamentos (e das deformações) geometricamente admissíveis acontece aquele, que dá mínimo ao funcional Princípio de Castigliano De todos os campos das tensões estaticamente admissíveis acontece aquele, que dá mínimo ao funcional Carlo Alberto Castigliano ( )

14 8. Princípio dos trabalhos virtuais
Virtual = não real, mas não precisa de ser infinitesimal Deslocamentos geometricamente admissíveis Tensões estaticamente admissíveis Sem qualquer ligação entre si pelas relações constitutivas Prova directamente pelo teorema de Clapeyron

15 8.1 Princípio dos deslocamentos virtuais
Deslocamento virtual Real, ou seja estaticamente admissível Real, ou seja geometricamente admissível geometricamente admissível PTV para PTV para

16 8.2 Princípio das forças (tensões) virtuais
Tensão virtual Real, ou seja geometricamente admissível Real, ou seja estat. admiss. E. adm. PTV para PTV para

17 9. Ligação do Princípio dos trabalhos virtuais aos Princípios variacionais
Princípio de Lagrange geometricamente admissível real PDV Princípio de Castigliano estaticamente admissível real PFV