弹性力学5-圣维南原理.pdf

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弹性力学5-圣维南原理

第二章第二章 平面问题的基本理论平面问题的基本理论 2.7 圣维南原理及其应用 弹性力学问题的求解是在给定的边界条件下求解三套基 本方程。弹性力学的解必然要求物体表面的外力或者位移 满足边界条件。对于工程实际问题,构件表面面力或者位 移是很难完全满足这个要求,如图所示(面力分布情况不 清楚,但面力的合力-主矢主距清楚),力作用点处的边界 条件无法写出。这使得弹性力学解的应用将受到极大的限 制。 P P P 第二章第二章 平面问题的基本理论平面问题的基本理论 2.7 圣维南原理及其应用 低碳钢拉伸,轴力N是通过端部夹头的接触力得到的, 而接触力的分布情况是不清楚的,但面力的合成结果可以 确定,即轴力N,这个试件端部的精确的边界条件是无法写 出的,如何来求解这类问题? 为了扩大弹性力学解的适用范围,放宽这种限制,圣维南提 出了局部影响原理—圣维南原理。 第二章 平面问题的基本理论 2.7 圣维南原理及其应用 静力等效 两个力系,若其主矢量相同、对同一点的主距也相同, 则这两个力系静力等效。 R ∑Fi M o ∑M o (Fi ) 这种静力等效只是从力的平衡角度考虑的,对于刚体完全正确, 但是对于变形体一般不等效,需要将力系作用范围限定在变形 体小部分边界上,物体内部离边界较远处所产生的作用效应才 满足这种等效关系。 第二章 平面问题的基本理论 2.7 圣维南原理及其应用 圣维南原理主要内容:如果把物体表面一小部分边界 上作用的外力力系,变换为分布不同但静力等效的力系 (主矢量相同,对同一点的主矩也相同),那么只在作 用边界近处的应力有显著的改变,而在距离外力作用点 较远处,其影响可以忽略不计。 F F F/ 2 F/ 2 F/A F/A F F/A 第二章 平面问题的基本理论 2.7 圣维南原理及其应用 如图所示的3根杆受到的端部拉力的 合力主矢为P,但3根杆件在近端部 截面处的应力分布完全不同,端部 区域的应力分布受到外部面力分布 的影响。而在端部较远处,这3中情 况下杆截面上的应力分布是一样的 。因此,对于物体局部边界上面力 分布不清楚,但面力合力已知的情 况下,边界可以放松处理,使应力 的合力与外部面力的合力相等。这 样得到的解答在远离这个局部边界 的地方可用,但在这个局部边界附 近解答不可用。 第二章 平面问题的基本理论 2.7 圣维南原理及其应用 圣维南原理的面力等效替换性也可以 理解为应力的发散性,即外部面力的 作用总是趋向于发散、均匀的。 铅笔顶住手心时,只在笔尖部位有疼 痛感,远处几乎感觉不到疼痛。就是 因为笔尖处压应力大,并且在笔尖处 迅速扩散,因而其他地方感觉不到疼 痛。 用笔的另一头顶住手心,接触处疼痛 感没有笔尖顶住强烈,但其他地方还 是和用笔尖顶住时的感觉一样—没有 疼痛感。 第二章 平面问题的基本理论 2.7 圣维南原理及其应用 圣维南原理的应用 (1)有些位移边界不容易满足时,也可以用等效的分 布面力代替。 如图所示,(a)图中构件右端固定,位移边界条件,把(b)图 的解答用于(a)图时,位移边界条件不能满足。但是可以看出 (a)图右端的面力肯定可以合成一个过截面形心的集中力F ,因 此根据圣维南原理,在离开两端较远处可以近似用(b)图的解 答代代替(a)图的解答。 图(a) F 图(b) F F 第二章 平面问题的基本理论 2.7 圣维南原理及其应用

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