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diff --git a/buch/papers/spannung/teil3.tex b/buch/papers/spannung/teil3.tex index ce7d50f..8d99733 100644 --- a/buch/papers/spannung/teil3.tex +++ b/buch/papers/spannung/teil3.tex @@ -1,40 +1,105 @@ -% -% teil3.tex -- Beispiel-File für Teil 3 -% -% (c) 2020 Prof Dr Andreas Müller, Hochschule Rapperswil -% -\section{Teil 3 -\label{spannung:section:teil3}} -\rhead{Teil 3} -Sed ut perspiciatis unde omnis iste natus error sit voluptatem -accusantium doloremque laudantium, totam rem aperiam, eaque ipsa -quae ab illo inventore veritatis et quasi architecto beatae vitae -dicta sunt explicabo. Nemo enim ipsam voluptatem quia voluptas sit -aspernatur aut odit aut fugit, sed quia consequuntur magni dolores -eos qui ratione voluptatem sequi nesciunt. Neque porro quisquam -est, qui dolorem ipsum quia dolor sit amet, consectetur, adipisci -velit, sed quia non numquam eius modi tempora incidunt ut labore -et dolore magnam aliquam quaerat voluptatem. Ut enim ad minima -veniam, quis nostrum exercitationem ullam corporis suscipit laboriosam, -nisi ut aliquid ex ea commodi consequatur? Quis autem vel eum iure -reprehenderit qui in ea voluptate velit esse quam nihil molestiae -consequatur, vel illum qui dolorem eum fugiat quo voluptas nulla -pariatur? +\section{Die geotechnischen Invarianten\label{spannung:section:Die geotechnischen Invarianten}} +\rhead{Die geotechnischen Invarianten} +In vielen Fällen in der Geotechnik und auch in Versuchen hat man gleichmässige Belastungen über eine grössere Fläche. +Durch eine solche Belastung auf den Boden, entstehen gleichermassen Spannungen in Richtung $2$ und $3$, +wenn man von einem isotropen Bodenmaterial ausgeht. +Folglich gilt: -\subsection{De finibus bonorum et malorum -\label{spannung:subsection:malorum}} -At vero eos et accusamus et iusto odio dignissimos ducimus qui -blanditiis praesentium voluptatum deleniti atque corrupti quos -dolores et quas molestias excepturi sint occaecati cupiditate non -provident, similique sunt in culpa qui officia deserunt mollitia -animi, id est laborum et dolorum fuga. Et harum quidem rerum facilis -est et expedita distinctio. Nam libero tempore, cum soluta nobis -est eligendi optio cumque nihil impedit quo minus id quod maxime -placeat facere possimus, omnis voluptas assumenda est, omnis dolor -repellendus. Temporibus autem quibusdam et aut officiis debitis aut -rerum necessitatibus saepe eveniet ut et voluptates repudiandae -sint et molestiae non recusandae. Itaque earum rerum hic tenetur a -sapiente delectus, ut aut reiciendis voluptatibus maiores alias -consequatur aut perferendis doloribus asperiores repellat. +\[ +\sigma_{22} += +\sigma_{33} +. +\] +Dadurch wird der Spannungszustand vereinfacht. +Diesen vereinfachten Spannungszustand kann man mit den zwei geotechnischen Invarianten abbilden. +Die erste Invariante ist die volumetrische Spannung +\[ +p += +\frac{\sigma_{11}+\sigma_{22}+\sigma_{33}}{3} +, +\] +welche als arithmetisches Mittel aller Normalspannungen im infinitesimalen Würfel definiert ist. +Die zweite Invariante ist die deviatorische Spannung +\[ +q += +\sqrt{\frac{(\sigma_{11}-\sigma_{22})^{2}+(\sigma_{11}-\sigma_{33})^{2}+(\sigma_{22}-\sigma_{33})^{2}}{2}} +. +\] +Diese Zusammenhänge werden im Skript [\cite{spannung:Stoffgesetze-und-numerische-Modellierung-in-der-Geotechnik}] aufgezeigt. +Die hydrostatische Spannung $p$ kann gemäss Gleichung (Nr) als +\[ +p += +\frac{\sigma_{11}+2\sigma_{33}}{3} +\] +vereinfacht werden. +Die deviatorische Spannung $q$ wird gemäss Gleichung (Nr) als +\[ +q += +\sigma_{11}-\sigma_{33} +\] +vereinfacht. Man kann $p$ als Isotrop und $q$ als Schub betrachten. +Die Invarianten können mit der Spannungsformel (Nr..xxx) berechnet werden. +Durch geschickte Umformung dieser Gleichung, lassen sich die Module als Faktor separieren. +Dabei entstehen spezielle Faktoren mit den Dehnungskomponenten. +So ergibt sich +\[ +\overbrace{\frac{\sigma_{11}+2\sigma_{33}}{3}}^{p} += +\frac{E}{3(1-2\nu)} \overbrace{(\varepsilon_{11} - 2\varepsilon_{33})}^{\varepsilon_{v}} +\] +und +\[ +\overbrace{\sigma_{11}-\sigma_{33}}^{q} += +\frac{3E}{2(1+\nu)} \overbrace{\frac{2}{3}(\varepsilon_{11} - \varepsilon_{33})}^{\varepsilon_{s}} +. +\] +Die Faktoren mit den Dehnungskomponenten können so mit +\[ +\varepsilon_{v} += +(\varepsilon_{11} - 2\varepsilon_{33}) +\qquad +\text{und} +\qquad +\varepsilon_{s} += +\frac{2}{3}(\varepsilon_{11} - \varepsilon_{33}) +\] +eingeführt werden, mit +\begin{align*} + \varepsilon_{v} &= \text{Hydrostatische Dehnung [-]} \\ + \varepsilon_{s} &= \text{Deviatorische Dehnung [-].} +\end{align*} +Die hydrostatische Dehnung $\varepsilon_{v}$ kann mit einer Kompression verglichen werden. +Die deviatorische Dehnung $\varepsilon_{s}$ kann mit einer Verzerrung verglichen werden. +Diese zwei Gleichungen kann man durch die Matrixschreibweise +\[ +\begin{pmatrix} + q\\ + p +\end{pmatrix} += +\begin{pmatrix} + \frac{3E}{2(1+\nu)} & 0 \\ + 0 & \frac{E}{3(1-2\nu)} +\end{pmatrix} +\begin{pmatrix} + \varepsilon_{s}\\ + \varepsilon_{v} +\end{pmatrix} +\] +(sollte nummeriert sein) vereinfachen. +Man hat so eine Matrix multipliziert mit einem Vektor und erhält einen Vektor. +Änderungen des Spannungszustandes können mit dieser Gleichung vollumfänglich erfasst werden. + +Mit dieser Formel lassen sich verschieden Ergebnisse von Versuchen analysieren und berechnen. +Ein solcher Versuch, den oft in der Geotechnik durchgeführt wird, ist der Oedometer-Versuch. +Im nächsten Kapitel wird die Anwendung der Matrix an diesem Versuch beschrieben. |