Study of Stress-Strain State of Long Cracked Multi-Modulus Strip in Bending in Relation to Crack Formation in Tensile Zone of Concrete


Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Аннотация

The problem of strength analysis of a multi-modulus strip, in contradiction to the existing standpoint of essential nonlinearity, may be formulated as a linear problem for a two-layer strip. First order differential equations of the theory of elasticity for the plane strip problem are transformed to dimensionless form and are replaced by integral equations with respect to the transverse coordinate, similar to how it is done in the Picard’s method of simple iterations. In this case, a small parameter appears as a multiplier in the integral equations before the integral sign, which ensures the convergence of solutions in accordance with the contraction mapping principle, also called the Banach fixed point theorem. The original system of equations of elasticity theory is splitted into integratable equations of bending, axial tension-compression and edge effect. The found solutions satisfy all boundary conditions of the elasticity theory problem. The formula determining the position of the neutral axis during bending is written. For a multi-modulus material, such as concrete, the neutral line shifts upward significantly in the compression region during bending, resulting in large displacements at the lower edge in tension and creating conditions for opening of vertical cracks. The occurrence of inclined cracks near supports is explained.

Авторлар туралы

Evgeniy Zveryaev

RUDN University; Kucherenko Institute of Building Structures

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: zveriaev@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8097-6684
SPIN-код: 4893-2337

DSc. In Engineering, Professor of the Department of Construction Technologies and Structural Materials, Academy of Engineering, RUDN University

Moscow, Russia

Әдебиет тізімі

  1. Ambartsumyan S.A., Khachatryan A.A. Basic Equations of Elastic Theory for Materials with Tension–Compression Asymmetry. Engineering Journal. Mechanics of Solids. 1966;2:44–53. (In Russ.)
  2. Ambartsumyan S.A., Khachatryan A.A. On the multimodular theory of elasticity. Engineering Journal Mechanics of Solids. 1966;(6):64–67. (In Russ.)
  3. Shapiro G.S. On deformations of bodies with different resistance to tension and compression. Engineering Journal Mechanics of Solids. 1966;(2):123–125. (In Russ.)
  4. Matchenko N.M., Tolokonnikov L.A. On the relationship between stresses and strains in isotropic media of different moduli. Engineering journal Mechanics of solids. 1968;(6):108–110. (In Russ.)
  5. Lomakin E.V. Defining relations of mechanics of different-module bodies. Moscow, 1980 (Preprint/USSR Academy of Sciences. Institute for Problems in Mechanics; No. 159) (In Russ.)
  6. Ambartsumyan S.A. Different-module theory of elasticity. Moscow: Nauka Publ.; 1982. (In Russ.) Available from: https://reallib.org/reader?file=449586&pg=3 (accessed: 15.06.2024).
  7. Isabekian N., Metellus A.-M. Energie de deformation d’un materiau elastique possedant des modules differents en traction et on compression, en theorie des petites perturbations. С R. Acad. Sc. Paris. 1978;286, Serie A. 233 C0.
  8. Isabekian N., Metellus A.-M. Sur le comportement d’un materiau elastique anisotrope possedant des modules differents en traction et en compression, en theorie des petites perturbations. С R. Acad. Sc. Paris. 1978;286:491–494.
  9. Wesolowski Z. Piecewise linear elastic material. Archiwum mecbaniki stosowanej. 1970;22(3).
  10. Benveniste Y. A constitutive theory for transversely isotropic bimodulus materials with a class of steady wave solutions. Acta Mechanica. 1983;46:137–153. https://doi.org/10.1007/BF01176770
  11. Jones R.M. Stress-strain relations for materials with different moduli in tension and compression. AIAA J. 1977;15: 16–23. https://doi.org/10.2514/3.7297
  12. Lomakin E.V., Rabotnov Yu.N. Relations of the theory of elasticity for an isotropic material of different modulus. Izvestiya AN SSSR. Mechanics of solids. 1978;(6):29–34.
  13. Berezin A.V. On the laws of deformation of dilating media of different modulus. Problems of mechanical engineering and automation. 2007;(2):70–72. (In Russ.) EDN: IAFRVN
  14. Tsvelodub I.Yu. On the multimodular theory of elasticity. PMTF. 2008;49(1):157–164. (In Russ.) EDN: JRGLER
  15. Adamov A.A. Methodological problems in experimental studies and verification of the governing equations of the theory of elasticity for an isotropic body with different moduli in tension and compression. Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. 2020;61(6):979–985. https://doi.org/10.1134/S0021894420060115 (In Russ.) EDN: JRGLER
  16. Guo Y., Wen S.-R., Sun J.-Y., He X.-T. Theoretical Study on Thermal Stresses of Metal Bars with Different Moduli in Tension and Compression. Metals. 2022;12(2):347. https://doi.org/10.3390/met12020347
  17. He X.-T., Xu P., Sun J.-Y., Zheng Z.-L. Analytical Solutions for Bending Curved Beams with Different Moduli in Tension and Compression. Mechanics of Advanced Materials and Structures. 2015;22(5):325–337. https://doi.org/10.1080/ 15376494.2012.736053
  18. Sunil Kumar M.R., Schmidova E., Konopik P., Melzer D., Bozkurt F., Londe N.V. Fracture toughness analysis of automotive-grade dual-phase steel using essential work of fracture (EWF) method. Metals. 2020;10(8):1019. https://doi.org/ 10.3390/met1008101
  19. He X., Chen Q., Sun J., Zheng Z., Chen Sh. Application of the Kirchhoff hypothesis to bending thin plates with different moduli in tension and compression. Journal of mechanics of materials and structures. 2010;5(5):765–769. https:// doi.org/10.2140/jomms.2010.5.755
  20. He X., Wang X.-G., Pang B., Ai J., Sun J. Variational Solution and Numerical Simulation of Bimodular Functionally Graded Thin Circular Plates under Large De-formation. Mathematics. 2023;11(14):3083. https://doi.org/10.3390/math11143083
  21. Fedorenko A.N., Fedulov B.N., Lomakin E.V. Buckling problem of composite thin-walled structures with properties dependent on loading types. PNRPU Mechanics Bulletin. 2019;(3):104–111. (In Russ.) https://doi.org/10.15593/perm.mech/ 2019.3.11
  22. Zveryaev E.M. Saint-Venant–Picard–Banach method for integrating thin-walled systems equations of the theory of elasticity. Mechanics of Solids. 2020;55(7):1042‒1050. https://doi.org/10.3103/S0025654420070225
  23. Zveryaev E.M., Rynkovskaya M.I., Hoa V.D. Generation a solution to the equations of elasticity theory for a layered strip basing on the mapping contraction principle. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2023;19(5):421–449. (In Russ.) http://doi.org/10.22363/1815-5235-2023-19-5-421-449
  24. Mailyan D.R., Polskoy P.P., Mihoub A. Features of crack formation and destruction of reinforced concrete beams with different types of reinforcement and composite materials. Engineering Bulletin of the Don. 2013;2(25):102. (In Russ.) EDN: QLISND
  25. Zveryaev E.M. Method for calculating stress concentration at corner points of a long elastic strip. Structural mechanics and calculation of structures. 2018;(6):7–14. (In Russ.) EDN: MHPNZR

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».