Princip minima deformační energie
Mějme nosník na jednom konci vetknutý, na druhém konci prostě podepřený. Materiál nosníku se řídí lineárním Hookeovým zákonem a deformace jsou malé. Nosník je uprostřed rozpětí zatížen osamělou silou.
V bodě působí na nosník staticky neurčitá reakce . Vypočítáme-li jí kupř. z deformační podmínky dostaneme
Zatížíme-li nosník nějakou silou na konci, pak pro hodnoty
se bude nosník prohýbat vzhůru a deformační energie
v nosníku vzroste.
Pro hodnoty
se bude nosník prohýbat dolů a deformační energie rovněž poroste.
Pro
bude průhyb na konci nosníku nulový a deformační energie
bude minimální.
Vyjádříme deformační energii v nosníku. K tomu potřebujeme ohybové momenty v obou částech:
Hodnoty této kvadratické funkce vzávislosti na poměru jsou v grafu:
Průhyb nosníku na konci dostaneme podle 2. Castiglianovy věty derivací deformační energie podle síly (doplňková energie
v tomto případě).
Průběh průhybu je rovněž znázorněn v grafu. Nulový průhyb nastává při zároveň je tedy a funkce má v tomto bodě stacionární bod.
Derivujeme-li ještě jednou máme jedná se tedy o minimum, jak je patrné i z grafu.
Zpracoval: František Novotný
|