El estado de estrés en un anillo elástico excéntrico cargado simétricamente por fuerzas concentradas
Autores: Alaci, Stelian; Ciornei, Florina-Carmen; Romanu, Ionut-Cristian
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
El estado de estrés en un anillo elástico excéntrico cargado simétricamente por fuerzas concentradasCategoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Estado de estrés
Anillo excéntrico
Material elástico
Función de esfuerzo de Airy
Coordenadas bipolares
Serie de Fourier
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
El estado de esfuerzos de un anillo excéntrico hecho de un material elástico cargado simétricamente en el límite exterior por fuerzas concentradas se deduce. Los resultados analíticos se obtienen utilizando la función de esfuerzos de Airy expresada en coordenadas bipolares. El potencial elástico correspondiente a la misma carga pero para un disco compacto se escribe primero en coordenadas bipolares, luego se expande en series de Fourier, y después se le añade un potencial auxiliar de una forma conveniente para imponer condiciones de contorno. Dado que el límite interior está descargado, las condiciones de contorno se pueden aplicar directamente al potencial total. Se presta especial atención al número de términos de la expansión de Fourier del potencial en coordenadas bipolares correspondiente al disco compacto, ya que este número influye en el aumento repentino de los coeficientes de la forma final del potencial total. Los resultados teóricos se validan tanto utilizando software de elementos finitos como experimentalmente a través del método fotoelástico, para el cual se diseñó y construyó un dispositivo para cargar muestras. Se consideraron campos isocrómicos para el método fotoelástico. Se estudiaron seis casos de carga para dos geometrías diferentes del anillo. Para todos los casos analizados, se logró una excelente concordancia entre los resultados analíticos, numéricos y experimentales. Finalmente, para todas las situaciones consideradas, se determinó analíticamente el efecto de concentración de esfuerzos del agujero interior. Cabe mencionar que a medida que la excentricidad del agujero interior disminuye, las integrales de las relaciones del potencial elástico total presentan una convergencia decreciente en las proximidades del límite interior.
Descripción
El estado de esfuerzos de un anillo excéntrico hecho de un material elástico cargado simétricamente en el límite exterior por fuerzas concentradas se deduce. Los resultados analíticos se obtienen utilizando la función de esfuerzos de Airy expresada en coordenadas bipolares. El potencial elástico correspondiente a la misma carga pero para un disco compacto se escribe primero en coordenadas bipolares, luego se expande en series de Fourier, y después se le añade un potencial auxiliar de una forma conveniente para imponer condiciones de contorno. Dado que el límite interior está descargado, las condiciones de contorno se pueden aplicar directamente al potencial total. Se presta especial atención al número de términos de la expansión de Fourier del potencial en coordenadas bipolares correspondiente al disco compacto, ya que este número influye en el aumento repentino de los coeficientes de la forma final del potencial total. Los resultados teóricos se validan tanto utilizando software de elementos finitos como experimentalmente a través del método fotoelástico, para el cual se diseñó y construyó un dispositivo para cargar muestras. Se consideraron campos isocrómicos para el método fotoelástico. Se estudiaron seis casos de carga para dos geometrías diferentes del anillo. Para todos los casos analizados, se logró una excelente concordancia entre los resultados analíticos, numéricos y experimentales. Finalmente, para todas las situaciones consideradas, se determinó analíticamente el efecto de concentración de esfuerzos del agujero interior. Cabe mencionar que a medida que la excentricidad del agujero interior disminuye, las integrales de las relaciones del potencial elástico total presentan una convergencia decreciente en las proximidades del límite interior.