Enunciado

O elemento, em estado duplo de tensão, mostrado na Fig. 2.5, tem deformações principais, ϵ x e ϵ y , nas direções x e y , respectivamente. Deduzir uma expressão para a deformação ϵ θ na direção de σ θ , exprimindo ϵ θ em termos de ϵ x , ϵ y e do ângulo θ . Comparar o resultado com a Eq. (2-7a) ou (2-8a).

Passo 1

E aí Pessoal, tudo bem? Vamos dar início a mais uma questão juntos!

Precisamos determinar a expressão para o cálculo de ϵ θ e depois comparar com a relação para a tensão σ θ .

A ideia para resolvermos esta questão é bem semelhante ao cálculo de σ θ . Enquanto para a tensão nós analisamos as tensões no plano inclinado para que o elemento mantivesse o equilíbrio, aqui temos que analisar o que acontece com o elemento antes e após a deformação de ϵ x e ϵ y .

Então, vamos começar desenhando um esboço do elemento antes e após a deformação. Vejamos só ele abaixo:

OBS: a deformação γ x y é uma deformação angular. Como a questão não falou nada deste parâmetro, vamos considerar que ele é nulo.

Então, o nosso triângulo após a deformação continuará sendo retângulo. Aplicando Pitágoras, temos:

Δ s 1 + ϵ θ 2 = Δ x 1 + ϵ x 2 + Δ y 1 + ϵ y 2

Só que, da geometria antes da deformação, nós temos que Δ s = Δ x cos ⁡ θ e Δ s = Δ y s en ⁡ θ . Então,

Δ s 1 + ϵ θ 2 = Δ x cos ⁡ θ 1 + ϵ x 2 + Δ y sen ⁡ θ 1 + ϵ y 2

1 + ϵ θ 2 = cos ⁡ θ 1 + ϵ x 2 + sen ⁡ θ 1 + ϵ y 2

1 + 2 ϵ θ + ϵ θ 2 = cos 2 ⁡ θ 1 + 2 ϵ x + ϵ x 2 + sen 2 ⁡ θ 1 + 2 ϵ y + ϵ y 2

Como ϵ x e ϵ y são valores muito pequenos, então, podemos desconsiderar os termos de segunda ordem ϵ x 2 e ϵ y 2 . Então,

1 + 2 ϵ θ = cos 2 ⁡ θ + 2 cos 2 ⁡ θ ϵ x + sen 2 ⁡ θ + 2 sen 2 ⁡ θ ϵ y

1 + 2 ϵ θ = 1 + 2 cos 2 ⁡ θ ϵ x + 2 sen 2 ⁡ θ ϵ y

ϵ θ = ϵ x cos 2 ⁡ θ + ϵ y sen 2 ⁡ θ

E assim obtemos a nossa relação para ϵ θ . E ela é exatamente a relação para o cálculo de σ θ , a diferir apenas das tensões pelas deformações!

E assim finalizamos a questão!

Resposta

ϵ θ = ϵ x cos 2 ⁡ θ + ϵ y sen 2 ⁡ θ

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