弹性力学基础分解.ppt

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4、有限单元法─是近半个世纪发展起来的非常有效、应用非常广泛的数值解法。它首先将连续体变换为离散化结构,再将变分原理应用于离散化结构,并使用计算机进行求解的方法。 5、实验方法─模型试验和现场试验的各种方法。 对于许多工程实际问题,由于边界条件、外荷载及约束等较为复杂,所以常常应用近似解法─变分法、差分法、有限单元法等求解。 上式是函数方程,要求在边界上任一点,应力与面力数值相等,方向一致,往往难以满足。 例: 考虑两端固定的一维杆件,如图 。只受重力作用, 。试用位移法求解。 代入上式应力分量表达式,三个应力分量变为: (一)考察上下两边的边界条件 图3-5 解得四个常数: 结果成为: (二)考察左右两边的边界条件 由于对称性,只需考虑其中的一边。考虑右边界: (m) (n) 可解得: 将结果代入,上式已满足: 此外,在梁的右边切应力应满足: 将H 和K 代入式(j),得: 整理结果,得应力分量: 将材料力学中的相关值求出后,上式可改写为: 在 的表达式中,第一项是主要项,和材料力学中的解答相同,第二项是弹性力学提出的修正项。对于通常的浅梁,修正项很小,可以不计。对于较深的梁,则需注意修正项。 的最大绝对值是 ,发生在梁顶。在材料力学中,一般不考虑这个应力分量。 和材料力学里完全一样。 x y 上端面: (方法2) 在P点附近取图示微段,由微段的平衡求得 (1)按位移求解(位移法、刚度法) 以u、v 为基本未知函数,将平衡方程和边界条件都用u、v 表示,并求出u、v ,再由几何方程、物理方程求出应力与形变分量。 (2)按应力求解(力法、柔度法) 以应力分量 为基本未知函数,将所有方程都用应力分量表示,求出应力分量后 ,再用几何方程、物理方程求出形变分量与位移。 §2-8 按位移求解平面问题 平面问题的求解方法整体上可分为以下三种: 将几何方程代入上式: (a) 再将式(a)代入平衡微分方程简化以后,即得 这是用位移表示的平衡微分方程,也就是按位移求解平面应力问题时所需用的基本微分方程。 (1) 将(a)式代入应力边界条件,简化以后,得: 这是用位移表示的应力边界条件,也就是按位移求解平面应力问题时所用的应力边界条件。 (2) 总结起来,按位移求解平面应力问题时满足平衡微分方程(1)和位移边界条件或应力边界条件(2)。求出位移分量以后,用几何方程求出形变分量,再用物理方程求出应力分量。 位移边界条件: 二、平面应变问题 只须将平面应力问题的各个方程中E 和μ作代换: l o y x 解: 则位移 l o y x 按位移求解,位移应满足式(1),(2)。代入式(1),第一式自然满足,第二式成为 l o y x 解得 在 处, 代入v,并求出形变和应力 l o y x §2-9 按应力求解平面问题 相容方程 按位移求解平面问题时,必须求解两个二阶偏微分方程,这在数学上是相当困难的。而按应力求解弹性力学平面问题,则避免了这个困难,故多采用的是按应力求解。 按应力求解时,以应力分量为基本未知函数,由一些只包含应力分量的微分方程和边界条件求出应力分量以后,再用物理方程求出形变分量,从而用几何方程求出位移分量。 一、用应变表示的相容方程 由平面问题的几何方程: 即: 这个关系式称为形变协调方程或相容方程。 即 必须满足上式才能保证位移分量 u、v 的存在与协调,才能求得这些位移分量。 例: 其中:C为常数。 显然,要想使形变协调方程得到满足,除非C=0,因而不可能求出满足几何方程的解。 解: 2. 相容方程的应力表示 (1)平面应力情形 将物理方程代入相容方程,得: 利用平衡方程将上述化简: (a) 将 上式整理得: (2-23) 上式为用应力表示的相容方程(平面应力情形) (2)平面应变情形 将 上式中的泊松比μ代为: , 得 (2-24) 上式为应力表示的相容方程(平面应变情形) 特殊情况: (2-25) 在常体力的情况下 结论: 在单连体的应力边界问题中,如果两个弹性体具有相同的边界形状,并受到同样分布的外力,那么,不管这两个弹性体的材料是否相同,也不管它们是在平面应力情况下或是在平面应变情况下,应力分量 、 、 的分布是相同的(两种平面问题中的应力分量  ,以及形变和位移,却不一定相同)。 推论2   在用实验方法测量结构或构件的上述应力

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