弹性力学第3章——平面问题的直角坐标剖析.ppt

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第三章 平面问题的直角坐标解答 §3.1 逆解法与半逆解法 多项式解答 §3.2 位移分量的求出 §3.3 简支梁受均布荷载 §3.4 楔形体受重力和液体压力 §3.5 级数式解答 §3.6 简支梁受任意横向载荷 §3.7 算例 1、常体力情况下,相容方程简化为(调和方程) 注意: 对于细长梁,应力边界条件在上下表面必须得到精确满足,而在两个端面上,只需在圣维南概念下得到满足即可。即: 2.用边界条件确定常数,进而求出应力解答: 上边界: 斜面: 解得: 挡水墙的密度为 ,厚度为b,如图,水的密度为 ,试求应力分量。 y o x 解: 用半逆解法求解。 由于水压力沿x方向线形变化,可假设在区域内沿x 向 也应是一次式变化,即 y o x 2. 按应力函数的形式,由 推测 的形式: 3. 由相容方程求应力函数。代入 得 要使上式在任意的x处都成立,必须 4. 由应力函数求解应力分量。将 代入式(2-24) ,注意体力 ,求得应力分量为 5. 考察边界条件: 主要边界上,有 y o x y o x 由上式得到 由此得 又有 代入A,得 在次要边界(小边界)x=0上,列出三个积分的边界条件: y o x 代入应力分量的表达式,得最后的应力解答: 由式(g),(h)解出 ? 4Ф = 0 材料力学: 解: 1 确定应力函数: 2h 1 x y o l P x 例题 单位厚度的悬臂矩形截面梁,受集中力作用,试求应力分量和位移分量(不计体力) ? 4Ф = 0 2h 1 x y o l P x (二)应力分量: (三)利用边界条件确定待定系数: 2h 1 x y o l P x 2h 1 x y o l P x (四)应变分量: (五)位移分量: x y o l P x y o l P 例题 已知 试问它们能否作为平面问题的应力函数? ⑦ ⑧ 由此可解得 由以上式子可求得 (4)应力分量为 ⑨ (5)分析 a.因对x取任意值时都成立,边界条件式(6)可分解为以下两个等式: , b.在 处, 能精确满足,由此得知 在简支梁左端为精确解。 §3-4 楔形体受重力和液体压力 要点——半逆解法(因次或量纲分析法) 问题的提法: 楔形体,下部可无限延伸。 侧面受水压作用: (水的容重); 自重作用: (楔形体的容重); 1. 应力函数及应力分量 (1) 分析: (a) ∵ 的量纲为: ∴ 的形式应为: 的线性组合。 的量纲为: (b) 由 推理得: 应为 x、y 的三次函数。 应力函数可假设为: x y O 求:楔形体应力分布规律 。 x y O (2) 应力分量 考虑到:X = 0,Y = (常体力) (a) 显然,上述应力函数满足相容方程。 2. 边界条件的利用 (1) x=0 (应力边界): 代入式(a),则应力分量为: x y O N (b) (2) ( 应力边界): 其中: 将(b)代入,有 代入,可求得: x y O (b) 代入式(b),有: (3-7) —— 李维(Levy)解答 沿水平方向的应力分布 与材力结果比较: —— 沿水平方向不变,在材力中无法求得。 —— 沿水平方向线性分布,与材力中偏心受压公式算得结果相同。 —— 沿水平方向线性分布,材力中为抛物线分布。 g r 结果的适用性: (1) 当坝的横截面变化时,不再为平面应变问题,其结果误差较大。 (2) 假定坝下端无限延伸,可自由变形。而实际坝高有限,底部与基础相连,有地基约束,故底部处结果误差较大。 (3) 实际坝顶非尖顶,坝顶处有其它载荷,故坝顶处结果误差较大。 —— 三角形重力坝的精确分析,常借助于有限元数值方法求解。 工程应用: x y O 沿水平方向的应力分布 —— 求使坝稳定时的角度 ,称为安息角。 §3-5 级数式解答 问题的提出 多项式解答: 只能求解载荷简单,且连续分布的问题。 不能求解载荷复杂,且间断分布的问题。 级数式解答: (属逆解法) 1. 级数形式的应力函数 假设: (a) 式中: 为任意常数,其量纲为 , 为 y 的任意(待定)函数。 将其代入

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