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[Risolto] Problemi che hanno come modello equazioni differenziali.

  

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Consideriamo una trave appoggiata ai due estremi, di lunghezza $L$ (in metri), sottoposta a un carico uniformemente distribuito pari a $q$ (in newton/metro). Riferita la trave a un sistema di assi cartesiani ortogonali come in figura (la trave è appoggiata in $O$ e in $A$ e l'unità di misura è il metro), ci proponiamo di individuare l'equazione $y=f(x)$ della deformata dell'asse della trave.

In scienza delle costruzioni si dimostra che la funzione $y=f(x)$ è una soluzione dell'equazione differenziale:

$$
E I y^{\prime \prime}=-\frac{1}{2} q\left(x^2-L x\right)
$$

dove $E$ e $I$ sono costanti ( $E$ è il modulo elastico del materiale da cui è composta la trave e $I$ è il momento d'inerzia della sezione trasversale della trave).
a. Determina l'equazione della deformata, tenendo conto che passa per l'origine e che il punto di massima inflessione corrisponde al punto medio della trave.
b. Calcola quanto vale (in valore assoluto) la massima inflessione. $\left[\right.$ a. $y=-\frac{q}{2 E I}\left(\frac{x^4}{12}-\frac{L x^3}{6}+\frac{L^3 x}{12}\right)$; b. $\left.h=\frac{5 q L^4}{384 E I}\right]$

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Spiegare gentilmente i ragionamenti, i passaggi ed argomentare.

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Partiamo dall'equazione differenziale:

image

La deformata y = f(x) si ottiene integrandola 2 volte

image

y'' = - 1/(2·Ε·Ι)·q·(x^2 - L·x)

y' = ∫(- 1/(2·Ε·Ι)·q·(x^2 - L·x))dx =  L·q·x^2/(4·Ε·Ι) - q·x^3/(6·Ε·Ι) + α

y = ∫(L·q·x^2/(4·Ε·Ι) - q·x^3/(6·Ε·Ι) + α) dx

y = - q·x^4/(24·Ε·Ι) + L·q·x^3/(12·Ε·Ι) + α·x + β

le due costanti si determinano con le condizioni al contorno

f(0)=0

f'(L/2)=0

0 = - q·0^4/(24·Ε·Ι) + L·q·0^3/(12·Ε·Ι) + α·0 + β

β = 0

L·q·(L/2)^2/(4·Ε·Ι) - q·(L/2)^3/(6·Ε·Ι) + α = 0

L^3·q/(24·Ε·Ι) + α = 0------> α = - L^3·q/(24·Ε·Ι)

equazione della deformata:

y = - q·x^4/(24·Ε·Ι) + L·q·x^3/(12·Ε·Ι) - L^3·q·x/(24·Ε·Ι)

y = - q/(12·Ε·Ι)·(x^4/2 - L·x^3 + L^3·x/2)

(da cui:

y' = - q·(4·x^3 - 6·L·x^2 + L^3)/(24·Ε·Ι))

Si possono verificare le condizioni poste al contorno:

f(0)=0

f'(L/2)=0

la freccia per x = L/2 vale:

y = - q/(12·Ε·Ι)·((L/2)^4/2 - L·(L/2)^3 + L^3·(l/2)/2)

y = - 5·L^4·q/(384·Ε·Ι)

L'abbassamento ne è il suo modulo:

h = -y = 5·L^4·q/(384·Ε·Ι)

 

 



Risposta
SOS Matematica

4.6
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