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下3_2能量法(6学时)
dfafdf 能量法 §3-1 概述 §3-2 应变能 余能 §3-3 卡氏定理 §3-4 用能量法解超静定系统 作 业 3-8a,c 3-10 B (c) M (x) F 3Fa x q A BC段 (0 ≤ x≤ 5a) , , M(x)=Fx4a-Fx-MA (0 ≤ x≤ 3a) CD 段 , , M (x)= -Fx-MA ( 0≤ x≤ 3a) , , AB 段 , , BC 段 M(x)=Fx4a-Fx-MA (0 ≤ x≤ 3a) CD 段 , , 由卡氏第二定理可得 (←) (↓) ( ) 例 悬臂梁受力如图所示,在两力F共同作用下,1,2两截面的挠度 分别为w1 和 w2。试证明: w1 1 F F 2 w2 证明:设作用在1, 2两截面的外力分别为F1 和 F2 ,且 F1 =F , F2=F,则梁的应变能为Ve=Ve(F1,F2)。根据复合函数求导法则,有 因此,若结构上有几个外力的字符相同时,在利用卡氏第二定理求其中某一力的作用点沿该力方向的位移时,应将该力与其它力区分开。 w1 1 F F 2 w2 例 图示刚架各杆的弯曲刚度均为EI,不计剪力和轴力对位移的影响。试用卡氏第二定理求 A截面的铅垂位移ΔAy。 解:由于刚架上 A,C 截面的外力均为F,求A截面的铅垂位移时,应将A处的力F和C处的力F区别开(图b),在应用卡氏第二定理后,令FA=F。 (a) F A B l l / 2 l / 2 F C D (FA=F ) (b) x FA A B C D F y1 y2 即 AB 段(0≤x≤ l) M (x)=?FA x , 各段的弯矩方程及其对 FA 的偏导数分别为 BC 段 (0≤y1≤ l / 2) M (y1)=?FA l , (FA=F ) (b) x FA A B C D F y1 y2 * dfafdf 材料力学 力学与建筑工程学院力学系 * 中国矿业大学(北京) (70学时) 下册 第三章 能量法 (6学时) 图示梁的材料为非线性弹性体,Fi 为广义力,Δi为广义位移。各力同时作用在梁上,并按同一比例由零逐渐增加到最终值(简单加载)。 Ⅰ. 卡氏第一定理 (3-11) 设各力和相应位移的瞬时值分别为fi ,δ i,各力在其相应的 位移上做功,并注意到材料为非线性弹性体,梁的应变能为 为位移状态函数。 §3-3 卡氏定理 假设与第 i个荷载Fi相应的位移Di有一微小位移增量dDi, 而与其余荷载相应的位移,以及各荷载均保持不变。外力功和 应变能的增量分别为 ( dDi不是由Fi产生的, Fi dDi为常力做的功 ) (a) (b) 式中, 为应变能对位移 的变化率。 (3-12)式为卡氏第一定理。它说明,弹性结构的应变能,对于结构上与某一荷载相应的位移之变化率,等于该荷载的值。以上推导中并没有涉及到梁的具体性质,故(3-12)适用于一切受力状态的弹性体。对于线弹性体也必须把Ve写成给定位移的函数形式。 (3-12) 得 令 例 3-8 图a所示结构中,AB,BC 杆中的横截面面积均为A,弹性模量均为E。两杆处于线弹性范围内。试用卡氏第一定理,求 B点的水平位移Δ 1和铅垂位移Δ 2 。 解:卡氏第一定理要求把应变能写成位移Δ 1和Δ 2的函数, Δ 1和Δ 2是由AB,BC杆的变形量δAB,δBC所引起的。首先分析δ AB, δ BC和Δ 1和Δ 2的几何关系。 δAB=Δ1 , δBC=Δ1cos45? = 设B点只发生水平位移Δ 1(图 b),由图可见 D1和D2同时发生时,则有 , (1) , 由于是线弹性问题,结构的应变能为 (2) 设B点只发生铅垂位移Δ 2(图 c),由图可见 (3) (4) 联立求解(3),(4),得 可以验证(3),(4)式相当于平衡方程。 (→), (↓) 由卡氏第一定理,得 Ⅱ. 卡氏第二定理 图示为非线性弹性杆,Fi为广义力,Di为广义位移。各力按简单加载方式作用在梁上。设加载过程中各位移和相应力的瞬时值分别为di, fi。 梁的余能为 (3-12) 表明 (1) 余能定理 令 上式称为余能定理。
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