Cap. 7. Princípio dos trabalhos virtuais

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 deformaçãoadiabático) estado natural Tem que se estabelecer um nível zero W=0, estado inicial, sem carga, sem solicitações,

3. Lei constitutiva 1.2 Densidade da energia de deformação interna Densidade tem o sentido de “por unidade de volume do material” Densidade da energia complementarde deformação interna Nas expressões costuma-se omitir a “barra” Transformação de Legendre Adrien-MarieLegendre (1752-1833)

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 GeorgeGreen  (1793-1841)

5. 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 Equilíbrio Estável Energia potencial aumenta Equilíbrio Indiferente Energia potencial é igual Equilíbrio Instável Energia potencial diminui Para deslocar a esfera 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. Pressuposto: existem duas soluções diferentes do mesmo problema de valores de fronteira Equações Deformações - deslocamentos Equações Constitutivas Analisa-se: 3. Unicidade da solução do problema de elasticidade linear Prova pela contradição Designa-se: Equações de Equilíbrio

8. & Extensão para 3D Teoremas em analogia com a integração por partes Teorema de divergência Teorema de Clapeyron ou de Green Émile Clapeyron (1799-1864)

9. (Teorema de Clapeyron) + Condições de fronteira & Quando Quando Voltando a prova de unicidade da solução 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)

10. Impostos 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

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. De todos os campos das tensões estaticamente admissíveis acontece aquele, que dá mínimo ao funcional 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 Carlo Alberto Castigliano (1847-1884)

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

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

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