[工学]弹性力学第四章10xs.ppt

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[工学]弹性力学第四章10xs

二.几何方程 基本方程 五 . 轴对称问题 六. 受均布压力的圆环 九.圆孔的孔边应力集中 十. 楔形体在楔顶或楔面受力 * 一. 平衡微分方程 周向φ的平衡: 第四章 平面问题的极坐标解答 径向ρ的平衡: 应力分量仍然为三个,平衡方程二个。 ρ向线段PA,变形后为P A 先假定只有径向位移而无环向位移: PA: φ方向上的位移为零。 dφ φ d ρ φ向线段PB,变形后为P B PB: 角APB的变化为PB的转角: 再假定只有环向位移而无径向位移: 线段PA,变形后为P ‘A ’ ρ方向的位移为零, d dφ v φ 二.几何方程 线段PA的转角是 PB正应变为 线段PB,变形后为PB,B点ρ方向上的位移为零。 PB方向线1, PB方向线2. PB的转角POP:(向角外转为负) 1 2 总和上述两个方向的应变,得到: 二.几何方程 三.物理方程 极坐标也是正交坐标,因此物理方程与直角坐标相同: 极坐标问题的解法和平面问题类似,通常采用应力函数法,为此需要将应力函数的直角坐标表达式化为极坐标,将相容方程化为极坐标。 物理方程 平衡方程 几何方程 利用极坐标和直角坐标的关系: 得到 四.应力函数和相容方程 在φ=0时,极坐标的各分量和直角坐标各分量相同。将上面各式代入应力分量的表达式(常体力) 得到 上式是极坐标中的重调和函数。现在的问题是求解上述方程的边值问题。 代入直角坐标应力函数在常体力情况下的表达式 和直角坐标系中类似,它的解答一般都不可能直接求出,在解决具体问题时,只能采用逆解法、半逆解法。 得到极坐标中应力函数应满足的相容方程 2. 相容方程 简化为: 轴对称问题:几何形状和受力对称于通过z轴的任一平面。 1.应力函数 引入变换 变换为常系数的微分方程 欧拉方程 展开 正应力(正应变)分量仅是半径ρ的函数,与φ无关,并且切应力(切应变)为零,称为轴对称应力(应变)。 (半逆解法) 仅是径向坐标的函数: 3. 应力分量: 通解为 注意到t =lnr,则 应力轴对称 4. 应变分量和位移分量 应变轴对称 再代入位移与应变的几何方程 将上述应力的表达式代入应力应变关系式中,可以得到应变的表达式: 积分后,得到位移的积分形式: 轴对称应力的对应位移 A,B,C,H,I,K都是待定常数,取决于边界条件 位移轴对称——位移与坐标j无关; B = H = I = K = 0 由边界条件得到: 内半径为a,外半径为b的圆环受内压力qa,外压力为qb的圆环,为轴对称问题 2. 边界条件: 1. 应力分量: 在这里只有两个方程,而有三个待定常数,需要从多连体的位移单值条件补充一个方程。 在环向表达式 中,第一项是多值的,在同一ρ处, φ = φ0和φ = φ0+2π时,环向位移成为多值,这是不可能的,因此,从位移单值条件必须有 B= 0。 3.位移单值条件 于是: 这样从上面两个方程中可解出A和C,代入应力分量表达式,得到拉密解答: 1. 单受内压时,径向受压,环向受拉。 2. 单受外压时,径向、环向均受压。 七.压力隧洞 有一内半径为a,外半径为b(如图所示),受内水压力q作用的压力隧洞埋在岩层中。 八.应力分量的坐标变换式 参看图(a)假设 为已知, 由平衡方程式得出应力分量由极坐标向直角坐标的变换公式: φ φ φ φ φ φ φ φ φ 参看图(b)假设 为已知, 由平衡方程式得出应力分量由直角坐标向极坐标的变换公式: 板中开有小孔,孔边的应力远大于无孔时的应力,也大于距孔稍远处的应力,称为孔边应力集中。 应力集中的程度与孔的形状有关,一般说来,圆孔孔边的集中程度最低。孔边应力集中圆孔在板边受力简单时,在这里进行分析,较为复杂的情况一般用复变函数方法。 1. 矩形板四边受均布拉力q 矩形板在离边界较远处有半径为a的小孔。直边的边界条件,宜用直角坐标,圆孔边界宜用极坐标,因此需要将直边的边界条件变为圆边的边界条件。为此,以远大于a的半径,以小孔中心为圆心作圆,根据直角坐标与极坐标的变换公式,大圆边界上的应力为: 可见,问题与受外压力的圆环相同,其解可由拉密解答得出, 以远大于a的半径,以小孔中心为圆心作圆,根据直角坐标与极坐标的变换公式,大圆边界上的应力为: 2. 一对边受集度均布拉力q ,另一对边受集度均布压力q 1).应力函数 假设为: σ ρ τ ρ φ φ 2). 相容方程 代入相容方程得到 于是: 求解这一方程,得到 3)应力分量 4)边界

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