Solución de ecuaciones Simbólica - Aplicación a la Mecánica de

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Solución de
ecuaciones
Simbólica
Alfonso Cubillos V
Capitulo 2
Solución de ecuaciones Simbólica
Aplicación a la Mecánica de Materiales
Aplicaciones computacionales de la Mecánica de Materiales
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
Alfonso Cubillos V
Programa de Ing. Mecánica
Universidad de Ibagué
2.1
Herramientas de Calculo simbólico
Qué se puede hacer con una herramienta de calculo simbólico?
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Alfonso Cubillos V
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
Y todo esto de forma simbólica !!!
2.2
Herramientas de Calculo simbólico
Qué se puede hacer con una herramienta de calculo simbólico?
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Alfonso Cubillos V
• Manipulación de expresiones simbólicas y numéricas
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
Y todo esto de forma simbólica !!!
2.2
Herramientas de Calculo simbólico
Qué se puede hacer con una herramienta de calculo simbólico?
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Alfonso Cubillos V
• Manipulación de expresiones simbólicas y numéricas
• Diferenciación
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
Y todo esto de forma simbólica !!!
2.2
Herramientas de Calculo simbólico
Qué se puede hacer con una herramienta de calculo simbólico?
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Alfonso Cubillos V
• Manipulación de expresiones simbólicas y numéricas
• Diferenciación
• Integración
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
Y todo esto de forma simbólica !!!
2.2
Herramientas de Calculo simbólico
Qué se puede hacer con una herramienta de calculo simbólico?
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Alfonso Cubillos V
• Manipulación de expresiones simbólicas y numéricas
• Diferenciación
• Integración
• Expansión en series de Taylor
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
Y todo esto de forma simbólica !!!
2.2
Herramientas de Calculo simbólico
Qué se puede hacer con una herramienta de calculo simbólico?
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Alfonso Cubillos V
• Manipulación de expresiones simbólicas y numéricas
• Diferenciación
• Integración
• Expansión en series de Taylor
• Transformadas de Laplace
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
Y todo esto de forma simbólica !!!
2.2
Herramientas de Calculo simbólico
Qué se puede hacer con una herramienta de calculo simbólico?
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Alfonso Cubillos V
• Manipulación de expresiones simbólicas y numéricas
• Diferenciación
• Integración
• Expansión en series de Taylor
• Transformadas de Laplace
• Ecuaciones diferenciales ordinarias
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
Y todo esto de forma simbólica !!!
2.2
Herramientas de Calculo simbólico
Qué se puede hacer con una herramienta de calculo simbólico?
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Alfonso Cubillos V
• Manipulación de expresiones simbólicas y numéricas
• Diferenciación
• Integración
• Expansión en series de Taylor
• Transformadas de Laplace
• Ecuaciones diferenciales ordinarias
• Sistemas de ecuaciones lineales
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
Y todo esto de forma simbólica !!!
2.2
Herramientas de Calculo simbólico
Qué se puede hacer con una herramienta de calculo simbólico?
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Alfonso Cubillos V
• Manipulación de expresiones simbólicas y numéricas
• Diferenciación
• Integración
• Expansión en series de Taylor
• Transformadas de Laplace
• Ecuaciones diferenciales ordinarias
• Sistemas de ecuaciones lineales
• Vectores, matrices y tensores.
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
Y todo esto de forma simbólica !!!
2.2
Herramientas de Calculo simbólico
Qué se puede hacer con una herramienta de calculo simbólico?
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Alfonso Cubillos V
• Manipulación de expresiones simbólicas y numéricas
• Diferenciación
• Integración
• Expansión en series de Taylor
• Transformadas de Laplace
• Ecuaciones diferenciales ordinarias
• Sistemas de ecuaciones lineales
• Vectores, matrices y tensores.
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
Y todo esto de forma simbólica !!!
Cuál es el software más conocido para realizar cálculos
simbólicos?
2.2
Herramientas de Calculo simbólico
Qué se puede hacer con una herramienta de calculo simbólico?
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Alfonso Cubillos V
• Manipulación de expresiones simbólicas y numéricas
• Diferenciación
• Integración
• Expansión en series de Taylor
• Transformadas de Laplace
• Ecuaciones diferenciales ordinarias
• Sistemas de ecuaciones lineales
• Vectores, matrices y tensores.
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
Y todo esto de forma simbólica !!!
Cuál es el software más conocido para realizar cálculos
simbólicos?
• Maple
2.2
Herramientas de Calculo simbólico
Qué se puede hacer con una herramienta de calculo simbólico?
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Alfonso Cubillos V
• Manipulación de expresiones simbólicas y numéricas
• Diferenciación
• Integración
• Expansión en series de Taylor
• Transformadas de Laplace
• Ecuaciones diferenciales ordinarias
• Sistemas de ecuaciones lineales
• Vectores, matrices y tensores.
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
Y todo esto de forma simbólica !!!
Cuál es el software más conocido para realizar cálculos
simbólicos?
• Maple
• Mathematica
2.2
Herramientas de Calculo simbólico
Qué se puede hacer con una herramienta de calculo simbólico?
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Alfonso Cubillos V
• Manipulación de expresiones simbólicas y numéricas
• Diferenciación
• Integración
• Expansión en series de Taylor
• Transformadas de Laplace
• Ecuaciones diferenciales ordinarias
• Sistemas de ecuaciones lineales
• Vectores, matrices y tensores.
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
Y todo esto de forma simbólica !!!
Cuál es el software más conocido para realizar cálculos
simbólicos?
• Maple
• Mathematica
• Maxima
2.2
¿De dónde viene Maxima?
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Alfonso Cubillos V
• Maxima desciende del sistema Macsyma, desarrollado en
el MIT (Massachusetts Institute of Technology) entre los
años 1968 y 1982 como parte del proyecto MAC.
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
2.3
¿De dónde viene Maxima?
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Alfonso Cubillos V
• Maxima desciende del sistema Macsyma, desarrollado en
el MIT (Massachusetts Institute of Technology) entre los
años 1968 y 1982 como parte del proyecto MAC.
• El MIT pasó una copia del código fuente al DOE
(Department of Energy) en 1982, en una versión conocida
como DOE-Macsyma.
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
2.3
¿De dónde viene Maxima?
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Alfonso Cubillos V
• Maxima desciende del sistema Macsyma, desarrollado en
el MIT (Massachusetts Institute of Technology) entre los
años 1968 y 1982 como parte del proyecto MAC.
• El MIT pasó una copia del código fuente al DOE
(Department of Energy) en 1982, en una versión conocida
como DOE-Macsyma.
• Una de estas copias fue mantenida por el Profesor William
F. Schelter de la Universidad de Texas desde el año 1982
hasta su fallecimiento en 2001.
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
2.3
¿De dónde viene Maxima?
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Alfonso Cubillos V
• Maxima desciende del sistema Macsyma, desarrollado en
el MIT (Massachusetts Institute of Technology) entre los
años 1968 y 1982 como parte del proyecto MAC.
• El MIT pasó una copia del código fuente al DOE
(Department of Energy) en 1982, en una versión conocida
como DOE-Macsyma.
• Una de estas copias fue mantenida por el Profesor William
F. Schelter de la Universidad de Texas desde el año 1982
hasta su fallecimiento en 2001.
• En 1998 Schelter había obtenido del Departamento de
Energía permiso para distribuir el código fuente de
DOE-Macsyma bajo licencia GNU-GPL, iniciando en el
año 2000 el proyecto Maxima en SourceForge con el fin
de mantener y seguir desarrollando DOE-Macsyma, ahora
con el nombre de Maxima.
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
2.3
La primera impresión
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Alfonso Cubillos V
Cuando se abre el programa lo primero que se encuentra es
wxMaxima 0.7.2 http://wxmaxima.sourceforge.net
Maxima 5.12.0 http://maxima.sourceforge.net
Using Lisp GNU Common Lisp (GCL) GCL 2.6.8 (aka GCL)
Distributed under the GNU Public License. See the file COPYING.
Dedicated to the memory of William Schelter.
This is a development version of Maxima. The function bug_report()
provides bug reporting information.
(%i1)
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
El indicador (%i1) señala que el program esta esperando la
primera entrada
(%i1)
3 +
Tracción Pura
Flexión
4;
a lo que el programa responde
(%o1)
7
La letra i significa input (entrada) y la o significa output (salida)
2.4
Algunos cálculos iniciales
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Alfonso Cubillos V
Tips iniciales
• La asignación de variables se realiza por medio del operador dos
puntos (:)
• Puede usar la etiqueta (%i*) o (%o*) para referirse a ese
elemento
• Puede utilizar el operador (%) para referirse a la última salida
• Al final de cada orden debe ir el operador punto y coma (;)
• Si no desea ver la salida utilice al final ($)
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
(%i2) u: expand ((x + y)^6);
(%i3) diff (u, x);
(%i4) factor (%o3);
2.5
Algunos cálculos iniciales
Puede resolver sistemas de ecuaciones lineales y cúbicas
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Alfonso Cubillos V
linsolve ([3*x + 4*y = 7, 2*x + a*y = 13], [x, y]);
solve (x^3 - 3*x^2 + 5*x = 15, x);
Así como generar gráficas
plot2d (sin(x)/x, [x, -20, 20]);
Introducción
plot2d ([atan(x), erf(x), tanh(x)], [x, -5, 5]);
Maxima - Una
Introducción
plot3d (sin(sqrt(x^2 + y^2))/sqrt(x^2 + y^2), [x, -12, 12],
[y, -12, 12]);
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
Manipulación algebraica
eq1 : expand((a-2)*(b+1)^2*(a+b)^5);
factor(eq1);
eq1,a=2,b=2*c;
eq2 : 1/(x+y)-(y+x)/z+(x+y)^2;
subst(k,x+y,eq2);
2.6
Algunos cálculos iniciales
Simplificación de ecuaciones
eq3 : (x^(a/2)-1)^2*(x^(a/2)+1)^2 / (x^a-1);
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Alfonso Cubillos V
ratsimp(eq3);
ratsimp(%);
fullratsimp(eq3);
También permite manejo matricial
Introducción
m1 : matrix([3,4,0],[6,0,-2],[0,6,a]);
Maxima - Una
Introducción
m2 : matrix([3],[b],[2]);
Trabajo y Energía
Método Variacional
m3 : addcol(m1,m2);
Tracción Pura
Flexión
Algebra matricial
m4 : m1^2; /* Potenica */
m1 + m4;
/* Suma */
m1.m4;
/* Multiplicacion */
transpose(m1); /* Transpuesta */
determinant(m1);
invert(m1);
/* Determinante */
/* Inversa */
2.7
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Derivadas e Integrales
Alfonso Cubillos V
Derivadas
diff(x^log(a*x),x);
/* Derivada respecto a x*/
diff(x^log(a*x),x,2); /*Segunda Derivada respecto a x*/
Derivadas parciales
Introducción
depends(x,t);
Maxima - Una
Introducción
eq : sin(x) + y;
Trabajo y Energía
Método Variacional
diff(eq,t);
Tracción Pura
Flexión
diff(eq,x);
diff(eq,y);
Integrales
integrate(cos(x)^3/sin(x)^4,x);
/* Integral indefinida */
integrate(2*x/((x-1)*(x+2)),x,3,5);
/* Integral definida */
2.8
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Trabajo y Energía
Alfonso Cubillos V
Concepto Fundamental
Energía Total de un sistema es la suma de su energía
Potencial + Cinética
ET = EP + EK
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
2.9
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Trabajo y Energía
Alfonso Cubillos V
Concepto Fundamental
Energía Total de un sistema es la suma de su energía
Potencial + Cinética
ET = EP + EK
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
Para sistemas estáticos
Tracción Pura
Flexión
Se toma la EK = 0, y por lo tanto
EP = U + WP
U es la energía de deformación, y WP es el potencial de
trabajo de las fuerzas externas
2.9
Trabajo y Energía
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Alfonso Cubillos V
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
2.10
Trabajo y Energía
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Alfonso Cubillos V
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
2.10
Trabajo y Energía
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Alfonso Cubillos V
Energía de Deformación Para
materiales elásticos lineales
U=
1
2
Z
−
→
→
σ ·−
dV
V
→
donde −
σ es el vector de esfuerzos,
→
−
y es el vector de deformaciones,
y por lo tanto
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
−
→
σ = [ σx σy σz τx τy τz ]T
→
−
= [ x y z γx γy γz ]T
Tracción Pura
Flexión
2.10
Trabajo y Energía
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Alfonso Cubillos V
Energía de Deformación Para
materiales elásticos lineales
U=
1
2
Z
−
→
→
σ ·−
dV
V
→
donde −
σ es el vector de esfuerzos,
→
−
y es el vector de deformaciones,
y por lo tanto
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
−
→
σ = [ σx σy σz τx τy τz ]T
→
−
= [ x y z γx γy γz ]T
Tracción Pura
Flexión
2.10
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Trabajo y Energía
Alfonso Cubillos V
Energía de Deformación Para
materiales elásticos lineales
U=
1
2
Z
−
→
→
σ ·−
dV
V
→
donde −
σ es el vector de esfuerzos,
→
−
y es el vector de deformaciones,
y por lo tanto
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
−
→
σ = [ σx σy σz τx τy τz ]T
→
−
= [ x y z γx γy γz ]T
Tracción Pura
Flexión
Potencial de Trabajo
Z
WP = −
V
→
− −
→
u · f dV −
Z
S
X−
→
→
− −
→
→ −
u · T dS −
ui · Pi
i
2.10
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Método de Rayleigh-Ritz
Alfonso Cubillos V
Energía Total
Para medios continuos
Z
Z
Z
X−
→
→
→
1
− −
→
→ −
−
→ −
→
−
→
σ ·−
dV −
u · f dV −
u · T dS −
ui · Pi
Π=
2 V
V
S
i
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
2.11
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Método de Rayleigh-Ritz
Alfonso Cubillos V
Energía Total
Para medios continuos
Z
Z
Z
X−
→
→
→
1
− −
→
→ −
−
→ −
→
−
→
σ ·−
dV −
u · f dV −
u · T dS −
ui · Pi
Π=
2 V
V
S
i
Introducción
Maxima - Una
Introducción
El método
Consiste en la construcción de un campo de desplazamiento
supuesto, como
P
u = ai φi (x, y , z)
i =1al
P
v = aj φj (x, y , z)
j =l +1am
P
w = ak φk (x, y , z)
k =m+1an
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
Donde las funciones φi usualmente son polinomios.
2.11
Método de Rayleigh-Ritz
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Alfonso Cubillos V
Y cómo se solucionan?
Los desplazamientos u, v y w deben ser cinemáticamente
admisibles. Es decir:
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
2.12
Método de Rayleigh-Ritz
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Alfonso Cubillos V
Y cómo se solucionan?
Los desplazamientos u, v y w deben ser cinemáticamente
admisibles. Es decir:
• u, v y w deben satisfacer las condiciones de frontera
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
2.12
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Método de Rayleigh-Ritz
Alfonso Cubillos V
Y cómo se solucionan?
Los desplazamientos u, v y w deben ser cinemáticamente
admisibles. Es decir:
• u, v y w deben satisfacer las condiciones de frontera
• Se debe satisfacer el conjunto de r ecuaciones
δΠ
=0
δai
para i = 1, 2, 3, . . . r
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
2.12
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Método de Rayleigh-Ritz
Alfonso Cubillos V
Y cómo se solucionan?
Los desplazamientos u, v y w deben ser cinemáticamente
admisibles. Es decir:
• u, v y w deben satisfacer las condiciones de frontera
• Se debe satisfacer el conjunto de r ecuaciones
Introducción
Maxima - Una
Introducción
δΠ
=0
δai
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
para i = 1, 2, 3, . . . r
Carga Axial
U=
1
2
Z
A
E
du
dx
2
dx
2.12
Ejemplo Tracción
Problema 3.37 Shigley. La figura muestra una barra de acero
rectangular de 38 por 1 12 in soldada a apoyos fijos en cada
extremo. La barra está axialmente cargada por las fuerzas
FA = 10 kip y FB = 5 kip que actúan en los pasadores en A y
B. Suponiendo que la barra no se pandee en forma lateral,
determine el diagrama de deformación de la barra.
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Alfonso Cubillos V
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
Energía Total del Sistema
1
Π= E A
2
Z l
0
du
dx
2
dx − FA · uA − FB · uB
2.13
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Ejemplo Tracción
Alfonso Cubillos V
Campo de deformaciones supuesto. Polinomio de segundo
Orden
e = a0 + a1 x + a2 x 2
u
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
2.14
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Ejemplo Tracción
Alfonso Cubillos V
Campo de deformaciones supuesto. Polinomio de segundo
Orden
e = a0 + a1 x + a2 x 2
u
Definir las condiciones de frontera
u(x=0) = 0
u(x=l) = 0
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
2.14
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Ejemplo Tracción
Alfonso Cubillos V
Campo de deformaciones supuesto. Polinomio de segundo
Orden
e = a0 + a1 x + a2 x 2
u
Definir las condiciones de frontera
u(x=0) = 0
u(x=l) = 0
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
Aplicar las condiciones de Frontera
e(x=0) = a0 = 0
u
e(x=l) = a1 · l + a2 · l 2 = 0
u
a1 = −a2 · l
2.14
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Ejemplo Tracción
El campo de deformaciones con las condiciones de frontera
Alfonso Cubillos V
e = a2 x 2 − a2 l x
U
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
2.15
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Ejemplo Tracción
El campo de deformaciones con las condiciones de frontera
Alfonso Cubillos V
e = a2 x 2 − a2 l x
U
Cálculos necesarios
Introducción
dU
= 2 a2 x − a2 l
dx
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
Ua = a2 la2 − a2 l la
Tracción Pura
Flexión
Ub = a2 lb2 − a2 l lb
2.15
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Ejemplo Tracción
El campo de deformaciones con las condiciones de frontera
Alfonso Cubillos V
e = a2 x 2 − a2 l x
U
Cálculos necesarios
Introducción
dU
= 2 a2 x − a2 l
dx
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
Ua = a2 la2 − a2 l la
Tracción Pura
Flexión
Ub = a2 lb2 − a2 l lb
La energía del sistema
Π=
1 a22 l 3 A E + a2 l lb − a2 lb2 Pb − a2 la2 − a2 l la Pa
2
3
2.15
Ejemplo Tracción
Extremizar la energía
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Alfonso Cubillos V
dΠ
a2 l 3 A E =
+ l lb − lb2 Pb − la2 − l la Pa = 0
da2
3
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
2.16
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Ejemplo Tracción
Extremizar la energía
Alfonso Cubillos V
dΠ
a2 l 3 A E =
+ l lb − lb2 Pb − la2 − l la Pa = 0
da2
3
Introducción
Despejar a2 y a1
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
a2 =
a1 = −
2
2
3 lb − 3 l lb Pb + 3 la − 3 l la Pa
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
l3 A E
3 lb2 − 3 l lb Pb + 3 la2 − 3 l la Pa
l2 A E
2.16
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Ejemplo Tracción
Extremizar la energía
Alfonso Cubillos V
dΠ
a2 l 3 A E =
+ l lb − lb2 Pb − la2 − l la Pa = 0
da2
3
Introducción
Despejar a2 y a1
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
a2 =
2
2
3 lb − 3 l lb Pb + 3 la − 3 l la Pa
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
l3 A E
3 lb2 − 3 l lb Pb + 3 la2 − 3 l la Pa
a1 = −
l2 A E
La función Aproximada
e = 2,49 · 10−4 x − 5,55 · 10−6 x 2
U
2.16
Ejemplo Tracción
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Alfonso Cubillos V
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
2.17
Ejemplo Tracción
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Alfonso Cubillos V
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
2.18
Ejemplo Tracción
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Alfonso Cubillos V
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
2.19
Ejemplo Tracción
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Alfonso Cubillos V
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
2.20
Ejercicio Tracción
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Alfonso Cubillos V
Dibuje el diagrama de deformación aproximado. Calcule los
esfuerzos y las fuerzas en los apoyos.
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
2.21
Ejercicio Tracción
Un cono sólido truncado es sometido a una carga axial P
como se muestra en la figura. Escriba un programa que pueda
usarse para obtener una aproximación de la elongación del
cono. Sabiendo que el valor exacto de la elongación del cono
es (P L)/(2πc 2 E) y utilizando valores de su elección para P, L,
c y E, determine el porcentaje de error involucrado cuando se
utiliza un polinomio de segundo, cuarto y seto orden.
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Alfonso Cubillos V
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
2.22
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Para Momento Flector
Alfonso Cubillos V
La energía de deformación
1
U=
2
Z
V
1
−
→
→
σ ·−
dV =
2
Z
L
EI
0
d 2v
dx 2
2
dx
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
2.23
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Para Momento Flector
Alfonso Cubillos V
La energía de deformación
1
U=
2
Z
V
1
−
→
→
σ ·−
dV =
2
Z
L
EI
0
d 2v
dx 2
2
dx
Introducción
Ejemplo Carga Puntual
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
2.23
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Ejemplo Flexión
Alfonso Cubillos V
Campo de deformaciones supuesto. Polinomio de segundo
Orden
ve = a0 + a1 x + a2 x 2
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
2.24
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Ejemplo Flexión
Alfonso Cubillos V
Campo de deformaciones supuesto. Polinomio de segundo
Orden
ve = a0 + a1 x + a2 x 2
Introducción
Definir las condiciones de frontera
Maxima - Una
Introducción
v(x=0) = 0
dv
dx (x=0)
=0
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
2.24
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Ejemplo Flexión
Alfonso Cubillos V
Campo de deformaciones supuesto. Polinomio de segundo
Orden
ve = a0 + a1 x + a2 x 2
Introducción
Definir las condiciones de frontera
Maxima - Una
Introducción
v(x=0) = 0
dv
dx (x=0)
=0
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
Aplicar las condiciones de Frontera
ve(x=0) = a0 = 0
de
v
dx (x=0)
= a1 = 0
2.24
Ejercicio Flexión
Solución de
ecuaciones
Simbólica
Alfonso Cubillos V
Introducción
Maxima - Una
Introducción
Trabajo y Energía
Método Variacional
Tracción Pura
Flexión
2.25
Descargar