Ders 10: Elastik Gerilim-Deformasyon Bağlantısı

Benzer belgeler
JFM 301 SİSMOLOJİ ELASTİSİTE TEORİSİ Elastisite teorisi yer içinde dalga yayılımını incelerken çok yararlı olmuştur.

Soru Takımı #2 in Çözümleri

Elastisite Teorisi Düzlem Problemleri için Sonuç 1

Elastisite Teorisi. Elçin GÖK. 5. Hafta. Stress-Strain. Gerilme Deformasyon Gerilme Gerinim Gerilme Yamulma. olarak yorumlanır.

Kompozit Malzemeler ve Mekaniği. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

Ders 11: Sismik Fazlar ve Hareket Zamanları

ELASTİSİTE TEORİSİ I. Yrd. Doç Dr. Eray Arslan

SİSMİK PROSPEKSİYON DERS-1 (GİRİŞ) DOÇ.DR. HÜSEYİN TUR

GERİLME ANALİZİ VE MOHR ÇEMBERİ MUKAVEMET

Kompozit Malzemeler ve Mekaniği. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

Elastisite Teorisi Hooke Yasası Normal Gerilme-Şekil değiştirme

Tablo 1 Deney esnasında kullanacağımız numunelere ait elastisite modülleri tablosu

ELASTİK DALGA YAYINIMI

Kompozit Malzemeler ve Mekaniği. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

Ders 14: Isı Konveksiyon Kavramları

MUKAVEMET Öğr. Gör. Fatih KURTULUŞ

Kompozit Malzemeler ve Mekaniği. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

MEKANİZMA TEKNİĞİ (3. Hafta)

Kompozit Malzemeler ve Mekaniği. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

Manyetik Alanlar. Benzer bir durum hareketli yükler içinde geçerli olup bu yüklerin etrafını elektrik alana ek olarak bir manyetik alan sarmaktadır.

DÜZLEMDE GERİLME DÖNÜŞÜMLERİ

MAK 308 MAKİNA DİNAMİĞİ Bahar Dr. Nurdan Bilgin

Ders 18: Soğuyan Gezegenler

Gerilme Dönüşümleri (Stress Transformation)

Saf Eğilme(Pure Bending)

BÖLÜM 9 ÇÖZÜLMESİ ÖNERİLEN ÖRNEK VE PROBLEMLER

Fizik-1 UYGULAMA-7. Katı bir cismin sabit bir eksen etrafında dönmesi

STATIK MUKAVEMET. Doç. Dr. NURHAYAT DEĞİRMENCİ

Fizik 101: Ders 7 Ajanda

Ders 9: Reoloji ve Sismoloji

Matematikte karşılaştığınız güçlükler için endişe etmeyin. Emin olun benim karşılaştıklarım sizinkilerden daha büyüktür.

BİRİM ŞEKİLDEĞİŞTİRME DÖNÜŞÜMÜ

Fiziksel bir olayı incelemek için çeşitli yöntemler kullanılır. Bunlar; 1. Ampirik Bağıntılar 2. Boyut Analizi, Benzerlik Teorisi 3.

Uygulanan dış yüklemelere karşı katı cisimlerin birim alanlarında sergiledikleri tepkiye «Gerilme» denir.

Bölüm 3: Vektörler. Kavrama Soruları. Konu İçeriği. Sunuş. 3-1 Koordinat Sistemleri

Bu bölümde Coulomb yasasının bir sonucu olarak ortaya çıkan Gauss yasasının kullanılmasıyla simetrili yük dağılımlarının elektrik alanlarının çok

DİNAMİK (3.hafta) EĞRİSEL HAREKET-2: Kutupsal /Polar Koordinatlar (r,θ) A-Polar Koordinatlarda (r,θ) Hareket Denkemleri

HİDROLİK. Yrd. Doç. Dr. Fatih TOSUNOĞLU

Math 322 Diferensiyel Denklemler Ders Notları 2012

Denklemdeki E ve F değerleri kökün aranacağı ÒEßFÓ sınır değerleri veya ilk değerler olarak tanımlanabilir. Denklem (1.12) de kök

Düzlemde Dönüşümler: Öteleme, Dönme ve Simetri. Not 1: Buradaki A noktasına dönme merkezi denir.

Nokta uzayda bir konumu belirtir. Noktanın 0 boyutlu olduğu kabul edilir. Herhangi bir büyüklüğü yoktur.

T.C. GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK VE DOĞA BİLİMLERİ FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ DENEYLER II DERSİ

TİTREŞİM VE DALGALAR BÖLÜM PERİYODİK HAREKET

Mühendislik Mekaniği Statik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

ELASTİK DALGA YAYINIMI

EĞİLME. Köprünün tabyası onun eğilme gerilmesine karşı koyma dayanımı esas alınarak boyutlandırılır.

SONLU FARKLAR GENEL DENKLEMLER

Mühendislik Mekaniği Dinamik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

BÖLÜM I GİRİŞ (1.1) y(t) veya y(x) T veya λ. a t veya x. Şekil 1.1 Dalga. a genlik, T peryod (veya λ dalga boyu)

Çarpanlar ve Katlar

EĞİTİM-ÖĞRETİM YILI 8. SINIF MATEMATİK DERSİ KAZANIMLARININ ÇALIŞMA TAKVİMİNE GÖRE DAĞILIM ÇİZELGESİ SÜRE

SİDRE 2000 ORTAOKULU EĞİTİM-ÖĞRETİM YILI 8. SINIFLAR MATEMATİK DERSİ ÜNİTELENDİRİLMİŞ YILLIK PLAN

Massachusetts Teknoloji Enstitüsü-Fizik Bölümü

İÇİNDEKİLER. Ön Söz...2. Noktanın Analitik İncelenmesi...3. Doğrunun Analitiği Analitik Düzlemde Simetri...25

Mühendislik Mekaniği Statik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

Bölüm-4. İki Boyutta Hareket

EKSENEL YÜKLERDEN OLUŞAN GERILME VE ŞEKİL DEĞİŞİMİ Eksenel yüklü elemanlarda meydana gelen normal gerilmelerin nasıl hesaplanacağı daha önce ele

SORULAR. x=l. Şekil-1

BÖLÜM 1: MADDESEL NOKTANIN KİNEMATİĞİ

Vektörler. Skaler büyüklükler. Vektörlerin 2 ve 3 boyutta gösterimi. Vektörel büyüklükler. 1. Şekil I de A vektörü gösterilmiştir.

Gravite alanı belirlemede modern yaklaşımlar

9.14 Burada u ile u r arasındaki açı ve v ile u θ arasındaki acının θ olduğu dikkate alınarak trigonometrik eşitliklerden; İfadeleri elde edilir.

EĞİTİM ÖĞRETİM YILI 8. SINIF MATEMATİK DERSİ KONULARININ ÇALIŞMA TAKVİMİNE GÖRE DAĞILIM ÇİZELGESİ ALT ÖĞRENME. Örüntü ve Süslemeler

Noktasal Cismin Dengesi

4. Çok büyük ve çok küçük pozitif sayıları bilimsel gösterimle ifade eder.

Mühendislik Mekaniği Statik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

Örnek...3 : β θ. Örnek...1 : Örnek...2 : KARMAŞIK SAYILAR 4. w i. = n z { i=0,1,2,...,(n 1) } Adım 1. Adım 2. Adım 3

4.1 denklemine yakından bakalım. Tanımdan α = dω/dt olduğu bilinmektedir (ω açısal hız). O hâlde eğer cisme etki eden tork sıfır ise;

Gerilme Dönüşümleri (Stress Transformation)

Fizik 101: Ders 21 Gündem

Ders 13: Isı Makineleri Olarak Gezegenler

1. BÖLÜM Polinomlar BÖLÜM II. Dereceden Denklemler BÖLÜM II. Dereceden Eşitsizlikler BÖLÜM Parabol

İleri Diferansiyel Denklemler

FİZ217 TİTREŞİMLER VE DALGALAR DERSİNİN 2. ARA SINAV SORU CEVAPLARI

KATI CİSİMLERİN DÜZLEMSEL KİNEMATİĞİ

Elektromanyetik Dalga Teorisi Ders-3

1.12.Üç boyutta deformasyon

EĞİTİM ÖĞRETİM YILI 8. SINIF MATEMATİK DERSİ KAZANIMLARININ ÇALIŞMA TAKVİMİNE GÖRE DAĞILIM ÇİZELGESİ KAZANIMLAR

MUKAVEMET I ÇÖZÜMLÜ ÖRNEKLER

Proje Adı: Sonlu Bir Aritmetik Dizinin Terimlerinin Kuvvetleri Toplamının İndirgeme Bağıntısıyla Bulunması.

Burulma (Torsion) Amaçlar

eğim Örnek: Koordinat sisteminde bulunan AB doğru parçasının

Mohr Dairesi Düzlem Gerilme

DİNAMİK. Ders_9. Doç.Dr. İbrahim Serkan MISIR DEÜ İnşaat Mühendisliği Bölümü. Ders notları için: GÜZ

Karabük Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi... STATİK (2. Hafta)

KUVVETLER VEKTÖRDÜR BU YÜZDEN CEBİRSEL VEKTÖR TEKNİKLERİ KULLANMALIYIZ

T.C. Ölçme, Seçme ve Yerleştirme Merkezi

T.C. Ölçme, Seçme ve Yerleştirme Merkezi

DEPREME DAYANIKLI YAPI TASARIMI

ELK-301 ELEKTRİK MAKİNALARI-1

İleri Diferansiyel Denklemler

ĐŞ GÜÇ ENERJĐ. Zaman. 5. Uygulanan kuvvet cisme yol aldıramıyorsa iş yapılmaz. W = 0

HAREKET HAREKET KUVVET İLİŞKİSİ

FİZİK 4. Ders 10: Bir Boyutlu Schrödinger Denklemi

ENLEME BAĞLANTILARININ DÜZENLENMESİ

ELASTİK DALGA YAYINIMI

Elastisite Teorisi Polinomlar ile Çözüm Örnek 2

Elektromanyetik Dalga Teorisi

Şekil 23.1: Düzlemsel bölgenin alanı

Transkript:

Ders 10: Elastik Gerilim-Deformasyon Bağlantısı Elastik malzemelerde gerilim, gerilimin deformasyon hızı ile bağlantılı olduğu ağdalı (viskoz) malzemelerin aksine, deformasyonla çizgisel olarak bağlantılıdır. Deformasyon nedir? Kenar uzunlukları x, y, z (hepsi birbirine eşit) olan bir küpü tasavvur edelim. Bu küpün bir (u, v, w) miktarında ötelenmiş olduğunu ve aynı zamanda yalnızca x yönünde ve u miktarında gerilmiş olduğunu varsayalım. Normal deformasyonlar, uzunluktaki değişimin başlangıçtaki uzunluğa bölümü olarak tanımlanmaktadır. Dolayısıyla, burada x yönündeki normal deformasyon (Ɛ xx ): = = Benzer şekilde, y yönündeki normal deformasyon: = = Eğer normal deformasyon pozitif ise, malzeme o yönde uzuyor (çekiliyor), negatif ise malzeme o yönde kısalıyordur. Makaslama deformasyonları, başlangıçta dik açılı köşelere sahip olan bir kutunun dik açılı olmayan köşelere sahip bir şekle dönüşüm derecesini ölçer. Başlangıçta kenar uzunlukları (,, ) olan aynı kutuyu düşünelim:

Makaslama deformasyonu, (Ɛ xy = Ɛ yx ), θ 1 ve θ 2 açılarının toplamının 2 ye bölümü olarak tanımlanmaktadır. Bizim burada düşünmüş olduğumuz küçük deformasyonlar için: θ 1 =tan(θ 1 )= u/ y ve θ 2 =tan(θ 2 )= v/ x, o zaman: = = 1 2 + =1 2 + Elbette, z boyutunu içeren normal deformasyonlar ve kıyaslanabilir makaslama deformasyonları vardır. Ancak biz burada kendimizi x-y düzleminde iki boyutla sınırlandıracağız. Fizik dersinizden, bir kaynak için Hooke Yasası nı hatırlayalım. = Yeryuvarı hakkında düşünürken de aynı ilişkiyi kullanacağız. Ancak burada birim alana etki eden kuvveti (gerilim) ve kuvvet ve ötelemeden ziyade deformasyonu tasavvur edeceğiz. Đlk olarak normal ve makaslama gerilimlerini tanımlamalıyız:

Yukarda ki diyagram deforme olan bir ortam içerisindeki ufak bir küpe etki eden normal ve makaslama gerilimlerini göstermektedir. Normal gerilim, σ xx, gösterildiği gibi x eksenine dik olan düzleme etki eden x yönündeki bir kuvvete karşılık gelen gerilim (dışa doğru pozitif) olarak tanımlanmaktadır. Aynı durum σ yy için de geçerlidir. Makaslama gerilimi, σ xy, y eksenine dik olan bir düzeleme etki eden x yönündeki kuvvete karşılık gelen gerilim olarak tanımlanmaktadır. σ yx bunun tam tersidir. Buna rağmen, σ xy ve σ yz olmalıdır, aksi takdirde küp dönmeli hızlanmaya uğrayacaktır. Bunun ötürü, her iki makaslama gerilimini σ xy olarak yazmalıyız. Şimdi, elastik bir malzemedeki yer değiştirme ve kuvvet arasında bağlantıyı kuran Hooke Yasası ndan istifade etmeliyiz. Ancak burada gerilim ile deformasyonu ilişkilendiren iki boyutlu sürümünü kullanacağız. Burada 9 orantılılık sabitesi vardır. Biz bunlardan iki tanesi hariç olmak üzere 7 sinden bu ifadeyi X-Y eksenlerinin döndürülmesinde geçerli olmasını gerektirerek kurtulabiliriz: erek gerçekleşmesi suretiyle kurtulabiliriz. Bu ifade, eğer yalnızca bir doğrultuda tutulursa en azından izotropik bir malzeme için faydalı olmaz. Bu nedenle bir eksen etrafında 90 C lik dönme dikkate alınırsa, σ xx ve Ɛ xx arasındaki orantılılık sabitesinin, σ yy ve Ɛ yy arasında olduğu gibi aynı olmak zorunda olduğu açıktır. Böylece ifadeleri biraz basitleştirebiliriz: Yalnızca iki bağımsız terimle, orantılılık sabitelerin çoğu birbirleriyle bağlantılı ise, isteğe bağlı olarak bir θ açısında bizim eksenlerini çevirirsek, deformasyonla gerilim arasındaki bağıntının dönme altında özdeş olduğunu göstermek biraz karışık olsa da kolaydır. Bu iki terim, λ ve µ, genel olarak Lame katsayıları olarak bilinmektedir. +2 + + +2

µ makaslama deformasyonu ile makaslama gerilimi arasında bağlantı kurduğundan makaslama modülü olarak adlandırılmaktadır. λ (benim bildiğim) belirli bir adı yoktur. Ancak, λ ve µ birlikte toplam kütle modülü (K) ile ilişkilendirilebilir. Kütle modülü, bir birim küplük malzemenin hacmindeki değişimi bir küplük malzemeye uygulanan basınçla (negatif) ilişkilendirir. Elbette bu hesaplamayı üç boyutta yapmalıyız. Đlk olarak, basıncın küpün bütün yüzeylerine uygulanan ortalama normal gerilim olduğunu dikkate almalıyız. Böylece -P = ( + + / 3 Daha sonra, birim küpün hacim artışının, normal gerilimle şu şekilde ilişkilendirilebileceğini işaret ederiz: =1+ 1+ 1+ 1 + + Son olarak, bizim gerilim-deformasyon ifadelerini normal gerilim/deformasyon için üç boyuta genişletmemiz sonucunda aşağıdaki denklemleri elde ederiz: +2 + + + +2 + + ++2 Bütün bu denklemler eklenirse + + =3λ+2)( + + ) veya -P= (λ+2µ/3) = K Böylece kütle modülü, K, ile Lame katsayıları ile arasındaki bağlantı: K = (λ+2µ/3) Sismik Dalga Denklemi Sismik dalgalar, jeolojik deformasyon ölçeğine (milyonlarca yıl) göre çok kısa zaman ölçeklerinde (saniyenin kesirlerinde) kabuğun, mantonun ve çekirdeğin elastik deformasyonuyla hareket ederler. Biz sismik dalga denklemini, µ ve λ Lame katsayılı elastik bir malzemede gerilimdeformasyon ilişkisinde türetebiliriz. Bu genel üç boyutlu durumda gerçek bir sismolog tarafından yapılabilir. Fakat biz burada yalnızca basit düzlem P ve S dalgaları için dalga denklemini türeteceğiz. Şimdi P dalgalarıyla başlayalım ve x-yönünde ilerleyen bir dalgayı tasavvur edelim. Dalga treni, hızıyla ilerleyen bir enerji paketinden oluşturmaktadır; Bu enerji paketi içersinde, elastik malzeme x-istikametinde ileriye geriye doğru titrer. Bir düzlem

dalga için, y- ve z-yönlerinde hızda veya yer değişmede değişim yoktur. Bu nedenle, y- ve z- cinsinden bütün türevlerin 0 olduğunu tasavvur edebiliriz. Ana fizik F=m*a özüne kadar kısalmaktadır: Jeolojik zaman ölçeklerinde herhangi bir kuvvet dengesinde ivme ve moment terimleri (çekirdek dışında) etkin olarak 0 dır. Ancak çok kısa dönem deformasyonu için ivme önemlidir. Aksi takdirde dalgalar olmazdı. F=m.a formülüyle başlayalım ve bunu x, y, z boyutlu bir küp malzemesine etki eden kuvvetler cinsinden yazalım. Böylece: + = veya bunu x, y, z ye bölerek ve x in küçük olmasına göre limitini aldığımızda = dir. Şimdi i önceki kısımda türetilmiş denklemleri kullanarak normal deformasyonla yer değiştirelim: λ+2µ + λ = Önceki bölümden yer-değiştirme türevleriyle ve nin nasıl ilişkilendirileceğini biliyoruz. Bu yerleştirme yapılırsa aşağıdaki denklem elde edilir. λ+2µ +λ = Ayrıca bu, µ ve λ nın sabit oluşunu dikkate alarak ve bu tür düzlemsel dalga için y ye göre bütün türevlerin 0 olduğu hatırlanarak daha da yalınlaştırılabilir. Böylece: λ+2µ u x = Son olarak aşağıdaki bağlantıyı elde etmek için bölebiliriz: λ+2µ u x = Bu x-yönünde ilerleyen bir düzlemsel P dalgası için dalga denklemidir. Bu, harmonik bir oskilatör için hareket denklemini hatırlatmalıdır. Bundan, bir malzeme içinden dalganın ilerleme hızını kolayca bulabiliriz. Bunun bir gurup hızı olduğunu, herhangi bir noktada malzemenin hareket hızıyla aynı olmadığını anımsamalıyız. hızıyla ilerleyen bir (dispersif

olmayan) bir dalgamız olduğunu varsayalım. Daha sonra, dalganın şekli u(x-v p t) olacaktır. Burada u un dalga dolayısıyla meydana gelen yer değiştirmeyi tarif eden bir fonksiyondur. Bunu yukarıdaki denklemde yerine yerleştirirsek aşağıdaki denklemleri elde ederiz: λ+2µ " = " ya da = λ+2µ Aynı işlemleri kullanarak, düzlemsel bir S dalgasının hızının = olduğunu göstermek kolaydır. Dalga denklemini yalnızca basit düzlemsel dalgalar için türetmiş olmamıza rağmen, elde etmiş olduğumuz P- ve S-dalga hızları bütün sismik dalgalar için geçerlidir. Bazen P-dalga hızını lame katsayısı λ yerine, K, kütle modülü cinsinden yazılmış olduğunu görürsünüz: = +4/3