A.4 Porțiuni în rotație
A.4.1 Discuri în rotație
A.4.2 Cilindri groși în rotație
A.4.3 Cazuri particulare de cilindri
Se rotesc cu viteza unghiulară ω.
A.4.1 Discuri în rotație
Ecuațiile de echilibru se reduc la (Notă: simetrie cilindrică)
(A.26)
Notă: ρ = densitatea în unități absolute
De asemenea,
Prin urmare,
De asemenea,
Prin urmare,
(A.27)
Introduceți o funcție ψ astfel încât
(A.28)
Înlocuiți (A.28). Atunci, (A.26) va fi identic satisfăcută. Dar (A.27) devine
sau (A.29)
Soluţia
(A.30)
Din (A.28), obținem
(A.31)
A.4.2 Cilindri groși în rotație
Cu condiții similare de capăt, se presupune că secțiunile plane rămân plane, dacă sunt luate suficient de distanțate de capete. Prin urmare, deformația în direcția axială este constantă.
1. ez = constantă c
2. Prin simetria și asemănarea secțiunilor distanțate de capete, toate solicitările de forfecare sunt absente în elementul considerat.
3. Prin simetrie Fθ = 0
4. Fr = ρω2r în cazul cilindrului rotativ
A.4.2.1 Ecuațiile deformației
(A.32)
Prin urmare,
sau,
A.4.2.2 Relații Solicitare-Deformație (constitutive)
(A.33a)
A.4.2.3 Ecuații de echilibru
Considerați elementul prezentat în figura A.1.
FIGURA A.1 Un element al cilindrului rotativ
Obținem
(A.34)
A.4.2.4 Rezultatul final
(A.35a)
A.4.2.5 Solicitări la temperatură
Aici, ecuațiile A.34 și A.32 sunt aceleași. Dar (A.33a) ia următoarea formă:
(A.33b)
Notă: α = coeficientul de temperatură al dilatării liniare.
A.4.3 Cazuri particulare de cilindri
A.4.3.1 Cazul 1: Capete restricționate axial
(A.35b)
Forța axială:
Prin urmare,
A.4.3.2 Cazul 2: Vas gros de presiune
Raza internă = a;
Raza externă = b;
Presiunea internă = p
Prin urmare, forța de capăt exercitată pe cilindru este P = πa2p.
Condițiile de graniță sunt σr = −p la r = a și σr = 0 la r = b.
Prin urmare,
(A.35c)
A.4.3.3 Cazul 3: Vas subțire de presiune
Aici t/a << 1 unde grosimea t = (b - a)
unde 0 < t′ < t
Prin urmare,
(A.35d)
Notă: σθ și σz sunt mult mai mari decât σr.
Aceleași relații pot fi obținute considerând echilibrul cilindrului secționat.
A.4.3.4 Cazul 4: Cilindrul rotativ cu capete libere
Condițiile de graniță sunt σr = 0 la r = a și r = b.
Prin urmare, din (A.35), obținem
Forța la capete:
De aici
Obținem:
Notă: σθmax și σzmax apar la cea mai mică valoare a lui r; adică la r = a.