Para uma determinada barragem de concreto, a deformação crítica foi medida em um determinado ponto da sua seção transversal e os valores encontrados foram: (8 pontos)
Determine o tensor de tensões, onde E=30 GPa e G=12 GPa. Dica: usar as equações da Lei de Hook
Generalizada (3D) para materiais isotrópicos.
Passo 1
Beleza, vamos lá! O exercício fala sobre uma barragem de concreto que teve suas deformações medidas em um ponto específico da seção transversal. A gente precisa determinar o tensor de tensões usando a Lei de Hooke Generalizada para materiais isotrópicos. Para isso, vamos usar os valores do módulo de elasticidade GPa e o módulo de cisalhamento GPa. Vamos precisar entender como relacionar deformações e tensões em 3D para resolver isso.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar que em materiais isotrópicos (que têm as mesmas propriedades em todas as direções), a relação entre tensões e deformações é dada pela Lei de Hooke Generalizada. Essa lei nos diz como as deformações estão relacionadas com as tensões aplicadas, dependendo das propriedades do material, como o módulo de elasticidade e o módulo de cisalhamento .
Passo 3
Para aplicar a Lei de Hooke em 3D, precisamos do tensor de deformações e dos módulos e . Nosso tensor de deformações é dado pela matriz:
Aqui, representa a unidade de deformação.
Passo 4
Antes de mais nada, vamos encontrar o coeficiente de Poisson , que relaciona e . A relação entre eles é:
Vamos isolar :
Substituindo os valores dados:
Então, .
Passo 5
Agora, vamos montar a matriz de conformidade , que relaciona as tensões com as deformações. Para materiais isotrópicos, a matriz em 3D é dada por:
Passo 6
Vamos calcular o fator de escala:
Passo 7
Substituindo na matriz :
Passo 8
Agora, temos que . Mas primeiro, precisamos expressar o tensor de deformações em vetor, seguindo a ordem:
Aqui, note que as deformações de cisalhamento são geralmente divididas por 2 na matriz de conformidade, mas para simplificação, vamos considerar os valores diretamente.