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Resistencia de Materiales EL SÓLIDO ELÁSTICO (El tensor de tensiones)

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Resistencia de Materiales

EL SÓLIDO ELÁSTICO (El tensor de tensiones)

Resistencia de Materiales

EL SÓLIDO ELÁSTICO (El tensor de tensiones)

• Introducción.• Componentes intrínsecas del vector tensión.• El tensor de tensiones.• Ecuaciones de equilibrio interno.• Reciprocidad de las tensiones tangenciales.• Lema de Cauchy.• Cambio de sistemas de referencia.• Tensiones y direcciones principales.• Representación gráfica del tensor de tensiones. Círculos de Möhr• Tensiones tangenciales máximas.• Tensiones octaédricas.• Tensor esférico y tensor desviador.• Tensión plana

El Tensor de Tensiones

Castillo López, G. García Sánchez, F. López Taboada, C . Pedraza Rodríguez, C. (2014) Resistencia de Materia les. OCW-Universidad de Málaga. http://ocw.uma.es Bajo licencia Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Spai n

uuuu

P(x)P(x)P(x)P(x)

PPPP2

PPPP1PPPPi

PPPPn

Ω

Γ

Introducción

El Tensor de Tensiones

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Introducción

El Tensor de Tensiones

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Introducción

El Tensor de Tensiones

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Introducción

El Tensor de Tensiones

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El Tensor de Tensiones

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El Tensor de Tensiones

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El Tensor de Tensiones

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El Tensor de Tensiones

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Diagramade sólido libre

0=∑F

0M =∑

Introducción

El Tensor de Tensiones

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¿Qué ocurre en el interior?

Introducción

El Tensor de Tensiones

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z

y

x

¿Qué ocurre en el interior?

Introducción

El Tensor de Tensiones

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z

y

x z

yx

P(x,y,z)

¿Qué ocurre en el interior?

Introducción

El Tensor de Tensiones

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z

y

x

Introducción

El Tensor de Tensiones

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z

y

x

Introducción

El Tensor de Tensiones

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0limzS

F

S∆ →

∆=∆

T

z

y

x

Introducción

El Tensor de Tensiones

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z

y

x

z

yx

P(x,y,z)

El tensor de tensiones

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z

y

P(x,y,z)

x

z

y

x

El tensor de tensiones

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z

y

P(x,y,z)

0limyS

F

S∆ →

∆=∆

Tx

z

y

x

El tensor de tensiones

El Tensor de Tensiones

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P(x,y,z)

z

y

x

El tensor de tensiones

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P(x,y,z)

El tensor de tensiones

z

y

x

El Tensor de Tensiones

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z

yx

P(x,y,z)

El tensor de tensiones

z

y

x

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z

y

P(x,y,z)

z

yx

0limxS

F

S∆ →

∆=∆

T

El tensor de tensiones

z

y

x

x

El Tensor de Tensiones

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z

y

x

P(x,y,z)

El tensor de tensiones

z

y

x

El Tensor de Tensiones

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z

y

x

P(x,y,z)

El tensor de tensiones

z

y

x

xyT

xxT

xzT

xT

El Tensor de Tensiones

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( , , )yx zx

yy

xx

xy

xz

zy

yx zz

T T

T T

T

y

T

x

T

z T

T

=

T

El tensor de tensiones

z

y

x

z

y

x

P(x,y,z)xyT

xxT

xzT

xT

El Tensor de Tensiones

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z

y

x

P(x,y,z)

El tensor de tensiones

z

y

x

yT

yxT

yzT

yyT

( , , )yx zx

yy

xx

xy

xz

zy

yx zz

T T

T T

T

y

T

x

T

z T

T

=

T

El Tensor de Tensiones

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z

y

x

P(x,y,z)

El tensor de tensiones

z

y

x

( , , )yx

yy

zx

z

xx

y

zzx yz

xy

z

T

T

T

T

z Tx T

T

T

y

T

=

T

yT

yxT

yzT

yyT

El Tensor de Tensiones

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z

y

x

P(x,y,z)

El tensor de tensiones

z

y

x

zzT

zyT

zxT

zT

( , , )yx

yy

zx

z

xx

y

zzx yz

xy

z

T

T

T

T

z Tx T

T

T

y

T

=

T

El Tensor de Tensiones

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z

y

x

P(x,y,z)

El tensor de tensiones

z

y

x

zzT

zyT

zxT

zT

( , , )yx

yy

zx

z

xx

y

zzx yz

xy

z

T

T

T

T

z Tx T

T

T

y

T

=

T

El Tensor de Tensiones

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z

y

xxxT

xzT

xyTP(x,y,z)

yxT

yzT

yyT

zzT

zyT

zxT

La representación gráficade todas las componentes juntas

no tiene ningún sentidoni interés práctico

El tensor de tensiones

z

y

x

( , , )yx

yy

zx

z

xx

y

zzx yz

xy

z

T

T

T

T

z Tx T

T

T

y

T

=

T

El Tensor de Tensiones

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P(x,y,z)P(x,y,z)

yxT

yzTyyT

zzT

zyT

zxT

Pero su representaciónen el llamado

paralelepípedo elementalnos permite “ver”el estado tensional

en el entorno del punto

El tensor de tensiones

z

y

x

xxT

xzT

xyT

( , , )yx

yy

zx

z

xx

y

zzx yz

xy

z

T

T

T

T

z Tx T

T

T

y

T

=

T

El Tensor de Tensiones

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yxT

yzTyyT

zzT

zyT

zxT

Pero su representaciónen el llamado

paralelepípedo elementalnos permite “ver”el estado tensional

en el entorno del punto

P(x,y,z)

z

yx

P(x,y,z)

El tensor de tensiones

z

y

x

xxT

xzT

xyT

( , , )yx

yy

zx

z

xx

y

zzx yz

xy

z

T

T

T

T

z Tx T

T

T

y

T

=

T

El Tensor de Tensiones

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yxT

yzTyyT

zzT

zyT

zxT

Pero su representaciónen el llamado

paralelepípedo elementalnos permite “ver”el estado tensional

en el entorno del punto

P(x,y,z)

El tensor de tensiones

P(x,y,z)

z

y

x

P(x,y,z)

z

yx

xxT

xzT

xyT

( , , )yx

yy

zx

z

xx

y

zzx yz

xy

z

T

T

T

T

z Tx T

T

T

y

T

=

T

El Tensor de Tensiones

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z

y

x

( , , )yx

yy

zxx

zy

x

xy

yzxz zz

x y z

σσσ

=

σ σ

σσ

σσ

σ

yxσ

yxτ

yzσ

yyσ

zzσ

zyσzxσ

yzτ

zzσ

zyτzxτ

P(x,y,z)

P(x,y,z)

Otras notacionesEl tensor de tensiones

xxσ

xzσ

xyσ

xxσ

xzτ

xyτ( , , )

yx

yy

zxx

zy

x

xy

yzxz zz

x y z

σττ

=

τ τ

σσ

ττ

σ

yyσ

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xyτ

El tensor de tensiones Caras ocultas

P(x,y,z)

z

y

x

yxτ

zzσ

zyτ

zxτ

xxσ

xzτ

xyτ

yzτ

yyσ

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yxτ

yzτyyσ

zzσ

zyτzxτ

En las caras ocultas están,OBVIAMENTE,

las mismas componentesdel tensor de tensiones

El tensor de tensiones Caras ocultas

P(x,y,z)

z

y

x

xxσ

xzτ

xyτ

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El vector tensión: componentes intrínsecas

π

TTTT

TTTT

π

σσσσ

ττττ

σσσσ

ττττ

ηηηη

S P

ηηηη

2 2 2= σ + τT

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P(x,y,z)

xyτ

xzτ

El vector tensión: componentes intrínsecas

yxτ

yzτσ

σ

zyτzxτ τ

σ

ττ

2 2 2= σ + τT

π

TTTT

TTTT

π

σσσσ

ττττ

σσσσ

ττττ

ηηηη

S P

ηηηη

El Tensor de Tensiones

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El vector tensión: componentes intrínsecas

P(x,y,z)

π

ηηηη

−−−−ηηηη

Conocidas las c.i.no podemos determinar

ni la dirección ni el sentidodel vector tensión

π

TTTT

TTTT

π

σσσσ

ττττ

σσσσ

ττττ

ηηηη

S P

ηηηη

El Tensor de Tensiones

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Equilibrio interno Tomamos un elemento de volumen diferencial

dxdy

dz

Q(x+dx,y+dy,z+dz)

z

y

x

El Tensor de Tensiones

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Equilibrio interno

dxdy

dz

Q(x+dx,y+dy,z+dz)

z

y

x

P(x,y,z)

Tomamos un elemento de volumen diferencial

El Tensor de Tensiones

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Q(x+dx,y+dy,z+dz)

( )yy Qσ

( )yx Qτ( )yz Qτ

( )zz Qσ( )zx Qτ

( )zy Qτ

Equilibrio interno

( )xx Qσ

( )xy Qτ

( )xz Qτz

y

x

Tensiones en las caras vistas

dx

dy

dz

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( )zz Pσ

( )zx Pτ( )zy Pτ

( )xx Pσ( )xy Pτ

( )xz Pτ

( )yy Pσ ( )yx Pτ

( )yz Pτ

z

y

x

Q(x+dx,y+dy,z+dz)

Equilibrio interno Tensiones en las caras ocultas

dx

dy

dz

P(x,y,z)

El Tensor de Tensiones

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P(x,y,z)

Q(x+dx,y+dy,z+dz)

Equilibrio interno

z

y

x

Fuerzas de volumen

cdg

El Tensor de Tensiones

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P(x,y,z)

Q(x+dx,y+dy,z+dz)

Equilibrio interno

z

y

x

Fuerzas de volumen

cdg

Fv

El Tensor de Tensiones

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P(x,y,z)

Q(x+dx,y+dy,z+dz)

Equilibrio interno

z

y

x

Fuerzas de volumen

Z

YX

cdg

Fv

El Tensor de Tensiones

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0yxxx zx Xx y z

∂τ∂σ ∂τ+ + + =∂ ∂ ∂

0xy yy zy Yx y z

∂τ ∂σ ∂τ+ + + =

∂ ∂ ∂

0yzxz zz Zx y z

∂τ∂τ ∂σ+ + + =∂ ∂ ∂

Equilibrio interno Imponiendo equilibrio elásticode fuerzas

Ecuaciones deequilibrio interno

0xF =∑

0yF =∑

0zF =∑

( )( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( ) 0

xx yx zx

xx yx zx

Q Q Q

P P P

dydz dxdz dxdy

dydz dxdz dxdy X dxdydz

σ + τ + τ −

− σ + τ + τ + =

El Tensor de Tensiones

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( )( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( ) 0

xx yx zx

xx yx zx

Q Q Q

P P P

dydz dxdz dxdy

dydz dxdz dxdy X dxdydz

σ + τ + τ −

− σ + τ + τ + =

z

y

x

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0yxxx zx Xx y z

∂τ∂σ ∂τ+ + + =∂ ∂ ∂

0xy yy zy Yx y z

∂τ ∂σ ∂τ+ + + =

∂ ∂ ∂

0yzxz zz Zx y z

∂τ∂τ ∂σ+ + + =∂ ∂ ∂

Equilibrio interno Imponiendo equilibrio elásticode fuerzas

0xF =∑

0yF =∑

0zF =∑

( )( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( ) 0

xx yx zx

xx yx zx

Q Q Q

P P P

dydz dxdz dxdy

dydz dxdz dxdy X dxdydz

σ + τ + τ −

− σ + τ + τ + =

Ecuaciones deequilibrio interno

El Tensor de Tensiones

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El problema elásticoEl problema elásticoEl problema elásticoEl problema elásticoEl problema elásticoEl problema elásticoEl problema elásticoEl problema elástico

F(x,y,z) u(x,y,z)

εεεε(x,y,z)

Rel. cinemáticas

Comportamiento

Equilibrio

σσσσ(x,y,z)

0yxxx zx Xx y z

∂τ∂σ ∂τ+ + + =∂ ∂ ∂

0xy yy zy Yx y z

∂τ ∂σ ∂τ+ + + =

∂ ∂ ∂

0yzxz zz Zx y z

∂τ∂τ ∂σ+ + + =∂ ∂ ∂

El Tensor de Tensiones

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yz zyτ = τ

Equilibrio interno Imponiendo equilibrio elásticode momentos

Reciprocidadtensiones

tangenciales

xz zxτ = τ

xy yxτ = τ

El tensor de tensiones esSIMÉTRICO

0xM =∑

0yM =∑

0zM =∑

( , , )xx xy xz

yy yz

zz

x y z

sim

σ τ τ = σ τ σ

σ

El Tensor de Tensiones

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P(x,y,z)

z

yx

Lema de Cauchy

z

y

x

El Tensor de Tensiones

Castillo López, G. García Sánchez, F. López Taboada, C . Pedraza Rodríguez, C. (2014) Resistencia de Materia les. OCW-Universidad de Málaga. http://ocw.uma.es Bajo licencia Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Spai n

z

yx

ηηηηP(x,y,z)

Lema de Cauchy

z

y

x

ηηηηcos

cos

cos

l

m

n

α = = β γ

η

γ

βα

El Tensor de Tensiones

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Lema de Cauchy

z

y

x

ηηηηcos

cos

cos

l

m

n

α = = β γ

η

γ

βα

z

yx

T ηηηη

El Tensor de Tensiones

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T

Lema de Cauchy

z

y

x

ηηηηcos

cos

cos

l

m

n

α = = β γ

η

γ

βα

z

yx

ηηηη

xx xy xz

yy yz

zz

l

m

sim n

σ τ τ = = σ τ σ

T σ η

Lema deCauchy

Equilibrioen el contorno

2 2 2 1l m n+ + =

El Tensor de Tensiones

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El problema elásticoEl problema elásticoEl problema elásticoEl problema elásticoEl problema elásticoEl problema elásticoEl problema elásticoEl problema elástico

F(x,y,z) u(x,y,z)

εεεε(x,y,z)

Rel. cinemáticas

Comportamiento

Equilibrio

σσσσ(x,y,z)

Equilibrio en el contornoEquilibrio interno

0yxxx zx Xx y z

∂τ∂σ ∂τ+ + + =∂ ∂ ∂

0xy yy zy Yx y z

∂τ ∂σ ∂τ+ + + =

∂ ∂ ∂

0yzxz zz Zx y z

∂τ∂τ ∂σ+ + + =∂ ∂ ∂

xx xy xz

yy yz

zz

l

m

sim n

σ τ τ = = σ τ σ

T σ η

El Tensor de Tensiones

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z

yx

xx xy xz

yy yz

zzsim

σ τ τ = σ τ σ

σ

xxσxyτ

yyσ

zzσ

xzτyzτ

Cambio de sistema de referencia

El Tensor de Tensiones

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2

3

1

11 12 13

22 23

33

'

sim

σ τ τ = σ τ σ

σ

22σ

11σ12τ

33σ

23τ13τ

2

3

1

13τ

Cambio de sistema de referencia

El Tensor de Tensiones

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z

yx

xx xy xz

yy yz

zzsim

σ τ τ = σ τ σ

σ

11 12 13

22 23

33

'

sim

σ τ τ = σ τ σ

σxxσxyτ

yyσ

zzσ

xzτyzτ

2

3

1

22σ

11σ 12τ

33σ

23τ13τ

13τ

Cambio de sistema de referencia

El Tensor de Tensiones

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z

yx

xx xy xz

yy yz

zzsim

σ τ τ = σ τ σ

σ

11 12 13

22 23

33

'

sim

σ τ τ = σ τ σ

σ

2

3

1

Cambio de sistema de referencia

¿f , ′ 0?

′ ′′

Sea una matrizP tal que

El Tensor de Tensiones

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z

yx

xx xy xz

yy yz

zzsim

σ τ τ = σ τ σ

σ

11 12 13

22 23

33

'

sim

σ τ τ = σ τ σ

σ

2

3

1

Cambio de sistema de referencia

¿f , ′ 0?

′ ′′

Sea una matrizP tal que

El Tensor de Tensiones

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z

yx

xx xy xz

yy yz

zzsim

σ τ τ = σ τ σ

σ

11 12 13

22 23

33

'

sim

σ τ τ = σ τ σ

σ

2

3

1

Cambio de sistema de referencia

¿f , ′ 0?

′ ′′

Sea una matrizP tal que

El Tensor de Tensiones

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z

yx

xx xy xz

yy yz

zzsim

σ τ τ = σ τ σ

σ

11 12 13

22 23

33

'

sim

σ τ τ = σ τ σ

σ

2

3

1

Cambio de sistema de referencia

¿f , ′ 0?

′ ′′

Sea una matrizP tal que

El Tensor de Tensiones

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z

yx

xx xy xz

yy yz

zzsim

σ τ τ = σ τ σ

σ

11 12 13

22 23

33

'

sim

σ τ τ = σ τ σ

σ

2

3

1

Cambio de sistema de referencia

′ ′′

′ Si P es una matriztal que

′′

Si P es una matriztal que

El Tensor de Tensiones

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z

yx

xx xy xz

yy yz

zzsim

σ τ τ = σ τ σ

σ

11 12 13

22 23

33

'

sim

σ τ τ = σ τ σ

σ

2

3

1

Cambio de sistema de referencia

¿f , ′ 0?

′ ′′

Sea una matrizP tal que

El Tensor de Tensiones

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Tensiones y direcciones principales

El Tensor de Tensiones

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Tensiones y direcciones principales

¿Es posible encontrarun plano como este?

π P(x,y,z)

Tl

m

n

=

η

−η

l

m

n

= =

T T η T

El Tensor de Tensiones

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π P(x,y,z)

−η

Tensiones y direcciones principales

Lema de Cauchy

¿Es posible encontrarun plano como este?

l

m

n

=

η

l

m

n

= = λ

T T η

:= λT

=T σ η

El Tensor de Tensiones

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π P(x,y,z)

−η

= = λT σ η η 0− λ =σ η η ( ) 0− λ =σ I η⇒ ⇒

Tensiones y direcciones principales

Lema de Cauchy

¿Es posible encontrarun plano como este?

l

m

n

=

η

l

m

n

= = λ

T T η

=T σ η

El Tensor de Tensiones

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π P(x,y,z)

−η

= = λT σ η η 0− λ =σ η η⇒ ⇒

Tensiones y direcciones principales

Lema de Cauchy

¿Es posible encontrarun plano como este?

l

m

n

=

η

l

m

n

= = λ

T T η

=T σ η

2 2 2 1l m n+ + =

0xx xy xz

xy yy yz

xz yz zz

l

m

n

σ − λ τ τ τ σ − λ τ =

τ τ σ − λ

( ) 0− λ =σ I η

El Tensor de Tensiones

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π P(x,y,z)

⇔∃ solución

Tensiones y direcciones principales

¿Es posible encontrarun plano como este?

l

m

n

=

η

−η

l

m

n

= = λ

T T η

0xx xy xz

xy yy yz

xz yz zz

l

m

n

σ − λ τ τ τ σ − λ τ =

τ τ σ − λ

det 0xx xy xz

xy yy yz

xz yz zz

σ − λ τ τ τ σ − λ τ = τ τ σ − λ 2 2 2 1l m n+ + =

El Tensor de Tensiones

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π P(x,y,z)

−η

ECUACIÓNCARACTERÍSTICA

Tensiones y direcciones principales

¿Es posible encontrarun plano como este?

l

m

n

=

η

l

m

n

= = λ

T T η

det 0xx xy xz

xy yy yz

xz yz zz

σ − λ τ τ τ σ − λ τ = τ τ σ − λ 3 2

2 31 0II Iλ − λ + λ − =

( ) xx yy zztr = σ + σ + σσ

[ ]det σ2 2 2( ) ( ) ( )xx yy xy xx zz xz yy zz yzσ σ − τ + σ σ − τ + σ σ − τ

2 2 2 1l m n+ + =

El Tensor de Tensiones

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π P(x,y,z)

−η

⇒ 1 2 3, ,η η η

⇒∃ ( ) 0i i− λ =σ I η1 2 3, ,λ λ λ

ECUACIÓNCARACTERÍSTICA

Tres raíces reales

Tensiones y direcciones principales

¿Es posible encontrarun plano como este?

l

m

n

=

η

l

m

n

= = λ

T T η

3 22 31 0II Iλ − λ + λ − =

1 0 0

0 1 0 0

0 0 1

xx xy xz i

xy yy yz i i

xz yz zz i

l

m

n

σ τ τ τ σ τ − λ =

τ τ σ

2 2 2 1l m n+ + =

El Tensor de Tensiones

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π P(x,y,z)

−η

Tres planos

¿Es posible encontrarun plano como este?

l

m

n

=

η

l

m

n

= = λ

T T η

Tensiones y direcciones principales

, ,I II IIIη η η

El Tensor de Tensiones

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π P(x,y,z)

−η

Tres planos

¿Es posible encontrarun plano como este?

l

m

n

=

η

l

m

n

= = λ

T T η

Tensiones y direcciones principales

, ,I II IIIη η η

Además las direcciones forman una base

0i j⋅ =η η

El Tensor de Tensiones

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π P(x,y,z)

−η

Tres planos

¿Es posible encontrarun plano como este?

l

m

n

=

η

l

m

n

= = λ

T T η

Tensiones y direcciones principales

, ,I II IIIη η η

Además las direcciones forman una base

IIσ

IIIσ0 0

0 0

0 0

I

II

III

σ σ σ

0i j⋅ =η η

El Tensor de Tensiones

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π P(x,y,z)

−η

Tres planos

¿Es posible encontrarun plano como este?

l

m

n

=

η

l

m

n

= = λ

T T η

Tensiones y direcciones principales

, ,I II IIIη η η

Además las direcciones forman una base

III

III Iσ

IIσ

IIIσ

IIIη

IIη

0 0

0 0

0 0

I

II

III

σ σ σ

0i j⋅ =η η

El Tensor de Tensiones

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Representación gráfica del tensor de tensiones.Circunferencias de Möhr

P(x,y,z)

π

ηηηη

2 2 2= σ + τTz

y

x

ηηηη

γ

βα

T στ

El Tensor de Tensiones

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P(x,y,z)

π

ηηηη

2 2 2= σ + τT

T στ

Representación gráfica del tensor de tensiones.Circunferencias de Möhr

( )T η

σ

τ

z

y

x

ηηηη

γ

βα

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Representación gráfica del tensor de tensiones.Circunferencias de Möhr

¿Estos puntos describen algúnlugar geométrico variando la normal?

P(x,y,z)

π

ηηηη

2 2 2= σ + τT

T στ

1( )T η

6( )T η5( )T η

4( )T η

3( )T η

2( )T η

( )nT η

σ

τ

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Representación gráfica del tensor de tensiones.Circunferencias de Möhr

¿Estos puntos describen algúnlugar geométrico variando la normal?

P(x,y,z)

π

ηηηη

2 2 2= σ + τT

T στ

σ

τ

El Tensor de Tensiones

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Representación gráfica del tensor de tensiones.Circunferencias de Möhr

¿Estos puntos describen algúnlugar geométrico variando la normal?

P(x,y,z)

π

ηηηη

2 2 2= σ + τT

T στ

IσIIσIIIσ σ

τ

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Representación gráfica del tensor de tensiones.Circunferencias de Möhr

0 0 0( , , )xx xy xz

xy yy yz

xz yz zz

x y z

σ τ τ = τ σ τ τ τ σ

σ

0 0 0

0 0

( , , ) 0 0

0 0

I

II

III

x y z

σ = σ σ

σ

El Tensor de Tensiones

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Representación gráfica del tensor de tensiones.Circunferencias de Möhr

¿Máxima?tensión normal

¿Mínima?tensión normal

σ

τ

IIIσ IIσ Iσ

0 0 0( , , )xx xy xz

xy yy yz

xz yz zz

x y z

σ τ τ = τ σ τ τ τ σ

σ

0 0 0

0 0

( , , ) 0 0

0 0

I

II

III

x y z

σ = σ σ

σ

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Representación gráfica del tensor de tensiones.Circunferencias de Möhr

¿Máxima?tensión normal

¿Mínima?tensión normal

σ

τ

IIIσ IIσ Iσ

0 0 0( , , )xx xy xz

xy yy yz

xz yz zz

x y z

σ τ τ = τ σ τ τ τ σ

σ

0 0 0

0 0

( , , ) 0 0

0 0

I

II

III

x y z

σ = σ σ

σ

El Tensor de Tensiones

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Representación gráfica del tensor de tensiones.Circunferencias de Möhr

¿Máxima?tensión normal

¿Mínima?tensión normal

Cuidadocon el signo

σIIIσ IIσ Iσ

0 0 0( , , )xx xy xz

xy yy yz

xz yz zz

x y z

σ τ τ = τ σ τ τ τ σ

σ

0 0 0

0 0

( , , ) 0 0

0 0

I

II

III

x y z

σ = σ σ

σ

!!!

El Tensor de Tensiones

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Representación gráfica del tensor de tensiones.Circunferencias de Möhr

Máximatensión

tangencial

0 0 0( , , )xx xy xz

xy yy yz

xz yz zz

x y z

σ τ τ = τ σ τ τ τ σ

σ

0 0 0

0 0

( , , ) 0 0

0 0

I

II

III

x y z

σ = σ σ

σ

IIIσ IIσ Iσσ

τ

maxτmax 2

I IIIσ − στ =

El Tensor de Tensiones

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Representación gráfica del tensor de tensiones.Circunferencias de Möhr

I

II

III

cos

0

sen

α = α

η

Sea una normalcontenida

en un plano principal

sen

0

cos

α = − α

t

0 0

0 0

0 0

I

II

III

σ = σ σ

σ

α

El Tensor de Tensiones

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Representación gráfica del tensor de tensiones.Circunferencias de Möhr

I

II

III

cos

0

sen

α = α

η

Sea una normalcontenida

en un plano principal

sen

0

cos

α = − α

t

0 0

0 0

0 0

I

II

III

σ = σ σ

σ

cos

0

sen

I

III

σ α = = σ α

T σ ηα

El Tensor de Tensiones

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Representación gráfica del tensor de tensiones.Circunferencias de Möhr

I

II

III

cos

0

sen

α = α

η

Sea una normalcontenida

en un plano principal

sen

0

cos

α = − α

t

Componentesintrínsecas

0 0

0 0

0 0

I

II

III

σ = σ σ

σ

cos

0

sen

I

III

σ α = = σ α

T σ η

2 2( ) cos sentI IIIσ = = σ α + σ α =σ η η

2 1 cos2cos

2

+ αα =

2 1 cos2sen

2

− αα =

sen 2sen cos

2

αα α =

α

El Tensor de Tensiones

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Representación gráfica del tensor de tensiones.Circunferencias de Möhr

I

II

III

cos

0

sen

α = α

η

Sea una normalcontenida

en un plano principal

sen

0

cos

α = − α

t

Componentesintrínsecas

0 0

0 0

0 0

I

II

III

σ = σ σ

σ

cos

0

sen

I

III

σ α = = σ α

T σ ηα

cos22 2

I III I IIIσ + σ σ − σ= + α

2 2( ) cos sentI IIIσ = = σ α + σ α =σ η η

2 1 cos2cos

2

+ αα =

2 1 cos2sen

2

− αα =

sen 2sen cos

2

αα α =

El Tensor de Tensiones

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Representación gráfica del tensor de tensiones.Circunferencias de Möhr

I

II

III

cos

0

sen

α = α

η

Sea una normalcontenida

en un plano principal

sen

0

cos

α = − α

t

Componentesintrínsecas

0 0

0 0

0 0

I

II

III

σ = σ σ

σ

cos

0

sen

I

III

σ α = = σ α

T σ η

( ) ( )sen costI IIIτ = = σ − σ α α =σ η t

α

cos22 2

I III I IIIσ + σ σ − σ= + α

2 2( ) cos sentI IIIσ = = σ α + σ α =σ η η

2 1 cos2cos

2

+ αα =

2 1 cos2sen

2

− αα =

sen 2sen cos

2

αα α =

El Tensor de Tensiones

Castillo López, G. García Sánchez, F. López Taboada, C . Pedraza Rodríguez, C. (2014) Resistencia de Materia les. OCW-Universidad de Málaga. http://ocw.uma.es Bajo licencia Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Spai n

Representación gráfica del tensor de tensiones.Circunferencias de Möhr

I

II

III

cos

0

sen

α = α

η

Sea una normalcontenida

en un plano principal

sen

0

cos

α = − α

t

Componentesintrínsecas

0 0

0 0

0 0

I

II

III

σ = σ σ

σ

cos

0

sen

I

III

σ α = = σ α

T σ η

sen 22

I IIIσ − σ= α

cos22 2

I III I IIIσ + σ σ − σ= + α

α

2 2( ) cos sentI IIIσ = = σ α + σ α =σ η η

( ) ( )sen costI IIIτ = = σ − σ α α =σ η t

2 1 cos2cos

2

+ αα =

2 1 cos2sen

2

− αα =

sen 2sen cos

2

αα α =

El Tensor de Tensiones

Castillo López, G. García Sánchez, F. López Taboada, C . Pedraza Rodríguez, C. (2014) Resistencia de Materia les. OCW-Universidad de Málaga. http://ocw.uma.es Bajo licencia Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Spai n

Representación gráfica del tensor de tensiones.Circunferencias de Möhr

sen 22

I IIIσ − στ = α

cos22 2

I III I IIIσ + σ σ − σσ = + α

El Tensor de Tensiones

Castillo López, G. García Sánchez, F. López Taboada, C . Pedraza Rodríguez, C. (2014) Resistencia de Materia les. OCW-Universidad de Málaga. http://ocw.uma.es Bajo licencia Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Spai n

Representación gráfica del tensor de tensiones.Circunferencias de Möhr

sen 22

I IIIσ − στ = α

cos22 2

I III I IIIσ + σ σ − σσ = + α

0xx

y

0yR

2 2 20 0( ) ( )x x y y R− + − =

El Tensor de Tensiones

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2 22 2 2(cos 2 sen 2 )

2 2I III I IIIσ + σ σ − σ σ − + τ = α + α

Representación gráfica del tensor de tensiones.Circunferencias de Möhr

1

sen 22

I IIIσ − στ = α

cos22 2

I III I IIIσ + σ σ − σσ = + α

0xx

y

0yR

2 2 20 0( ) ( )x x y y R− + − =

El Tensor de Tensiones

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Representación gráfica del tensor de tensiones.Circunferencias de Möhr

2 22

2 2I III I IIIσ + σ σ − σ σ − + τ =

sen 22

I IIIσ − στ = α

cos22 2

I III I IIIσ + σ σ − σσ = + α

0xx

y

0yR

2 2 20 0( ) ( )x x y y R− + − =

El Tensor de Tensiones

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Representación gráfica del tensor de tensiones.Circunferencias de Möhr

2 22

2 2I III I IIIσ + σ σ − σ σ − + τ =

sen 22

I IIIσ − στ = α

cos22 2

I III I IIIσ + σ σ − σσ = + α2

I IIIRσ − σ=

2I IIIσ + σ

0xx

y

0yR

IσIIIσ0 0τ =

τ

σ

2 2 20 0( ) ( )x x y y R− + − =

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Representación gráfica del tensor de tensiones.Circunferencias de Möhr

I

II

III

cos

0

sen

α = α

η

α0 0

0 0

0 0

I

II

III

σ = σ σ

σ

σ

τ

IσIIIσ2

I IIIσ − σ

2I IIIσ + σ

El Tensor de Tensiones

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Representación gráfica del tensor de tensiones.Circunferencias de Möhr

I

II

III

cos

0

sen

α = α

η

α0 0

0 0

0 0

I

II

III

σ = σ σ

σ

sen22

I IIIσ − στ = α

cos22 2

I III I IIIσ + σ σ − σσ = + α

σ

τ

IσIIIσ2

I IIIσ − σ

2I IIIσ + σ

El Tensor de Tensiones

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Representación gráfica del tensor de tensiones.Circunferencias de Möhr

I

II

III

cos

0

sen

α = α

η

α0 0

0 0

0 0

I

II

III

σ = σ σ

σ

sen22

I IIIσ − στ = α

cos22 2

I III I IIIσ + σ σ − σσ = + α

σ

τ

IσIIIσ2

I IIIσ − σ

2I IIIσ + σ

El Tensor de Tensiones

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1

1

1

3

3

3

xx xy xz

Dxy yy yz

xz yz zz

I

I

I

σ − τ τ = τ σ − τ τ τ σ −

σ

1

1 0 0

0 1 03

0 0 1

O I =

σ

Tensores esférico y desviador de tensión

Tensor esféricode tensión

1 1

3 3

I I = + −

σ I σ I

Tensor desviadorde tensión

1 / 3I

1 / 3I1 / 3I

1

3O Iσ = 0Oτ =

21 2

2 2

9 3O I Iτ = −

0Oσ =

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P

I

II

III

2 2 21 2

2 2

9 3O O O I Iτ = − σ = −T

1·3 3

( )O O t O I II III Iσ + σ + σσ = = =T η

0 0 11 1

0 0 13 3

0 0 1

I I

OII II

III III

σ σ ± ± = σ = σ

σ σ

T

11

13

1

O

± =

η

INVARIANTES!!!

Planos octaédricos

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Tensión plana0

0

0 0 0

xx xy

xy yy

σ τ = τ σ

σ

yyσxyτxxσ

z

x y

El Tensor de Tensiones

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Tensión plana0

0

0 0 0

xx xy

xy yy

σ τ = τ σ

σ

yyσxyτxxσ

z

x y

El Tensor de Tensiones

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Tensión plana

Lajas

0

0

0 0 0

xx xy

xy yy

σ τ = τ σ

σ

yyσxyτxxσ

z

x y

x

y

El Tensor de Tensiones

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0 0

0 0

0 0 0

I

II

σ = σ

σ

Tensión plana

AnalíticamenteAutovalores

Autovectores

0

0

0 0 0

xx xy

xy yy

σ τ = τ σ

σ

yyσxyτxxσ

z

x y

yyσ

xyτ

xxσ

x

y

x

yIσ

IIσ

φ

El Tensor de Tensiones

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0 0

0 0

0 0 0

I

II

σ = σ

σ

Tensión plana

¿Gráficamente?

0

0

0 0 0

xx xy

xy yy

σ τ = τ σ

σ

yyσxyτxxσ

z

x y

yyσ

xyτ

xxσ

x

y

x

yIσ

IIσ

φ

El Tensor de Tensiones

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Tensión plana

xσyσ

xyτ

xyτ

yyσ

xyτ

xxσ

x

y

2I IIσ + σ

2I IIσ − σ

τ

σ

0

0

0 0 0

xx xy

xy yy

σ τ = τ σ

σ

El Tensor de Tensiones

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x

y

Tensión plana

IIσIσ

¿ ?φ

IσIIσ xσyσ

xyτ

xyτ

yyσ

xyτ

xxσ

x

y

2I IIσ + σ

2I IIσ − σ

τ

σ

0

0

0 0 0

xx xy

xy yy

σ τ = τ σ

σ

0 0

0 0

0 0 0

I

II

σ = σ

σ

El Tensor de Tensiones

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Tensión plana

IσIIσ

xσyσ

xyτ

xyτ

yyσ

xyτ

xxσ

x

y

2I IIσ + σ

2I IIσ − σ

τ

σ

0

0

0 0 0

xx xy

xy yy

σ τ = τ σ

σ

x

y

IIσIσ

¿ ?φ0 0

0 0

0 0 0

I

II

σ = σ

σ

El Tensor de Tensiones

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Tensión plana

IσIIσ

xσyσ

xyτ

xyτ 2φ

yyσ

xyτ

xxσ

x

y

2I IIσ + σ

2I IIσ − σ

τ

σ

0

0

0 0 0

xx xy

xy yy

σ τ = τ σ

σ

x

y

IIσIσ

¿ ?φ0 0

0 0

0 0 0

I

II

σ = σ

σ