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弹性力学课件八空间问题的解答

第八章 空间问题的解答 第一节 空间球对称问题的基本方程 第二节 空间轴对称问题 第三节 半空间体在边界上受法向集中力 第三节 半空间体在边界上受法向集中力 例 题 7.1 例 题 7.2 * 概述 第一节 空间球对称问题的基本方程 第二节 空间轴对称问题 第三节 半空间体在边界上受法向集中力例 题 7.1 例 题 7.2 空间问题的解析解一般只能在特殊边界条件下才可以得到。可分为空间球对称问题和空间轴对称问题。如果弹性体的几何形状、约束条件以及外载荷都对称于某一点(过这一点的任一平面都是对称面),这时应力、位移等都对称于这一点,称为球对称问题,球对称问题的弹性体的形状只能是圆球或空心球。如果弹性体的几何形状、约束条件以及外载荷都对称与某一轴(过该轴的任一平面都是对称面),这时应力、位移等都对称于这一轴,称为轴对称问题,轴对称问题的弹性体的形状一般为是圆柱或半空间。 在球对称问题中,应力、应变、位移等分量都只是径向坐标ρ的函数。 球对称问题 轴对称问题 ρ 取图示的微元体,由于对称,各面上不存在切应力和切向体力。根据径向平衡条件,可得平衡方程: dφ微小,sinφ可用dφ代替,简化上式,得 径向正应变 dρ 由于对称,只可能发生径向位移,不可能得到切向位移,由此得到根据应力应变的关系,将应力用应变表示: 切向正应变 ρ ρ dφ dφ 代入平衡方程得基本微分方程∶ 不计体力时,上述方程简化为 第一节 空间球对称问题的基本方程 ρ ρ dρ dφ dφ 空心圆球受均布压力 空心圆球内半径为a,外半径为b,内压为qa,外压为qb,体力不计,基本微分方程为 其解为 得应力分量 边界条件是 根据此边界条件,可求得系数A, B,得到位移解和应力解 空心圆球受均布压力 φ ρ dρ dφ φ dφ ρ ρ φ φ 由于对称性, Fbz, Fbρ为体力分量 从轴对称物体中取出图示的单元体。 并且环向体力分量为零。 第二节 空间轴对称问题 化简后得到 根据ρ方向的平衡,可得 φ dφ ρ ρ φ φ 第二节 空间轴对称问题 根据z方向的平衡,可得 化简后得到 φ dφ ρ ρ φ φ 这里的物理方程是 这样,空间轴对称问题的平衡方程为 由于对称,各点环向位移为零,由径向位移产生的应变为 由轴向位移w产生的应变为 迭加得到几何方程 第二节 空间轴对称问题 应力用应变表示为 上式应变分量用位移分量表示, 第二节 空间轴对称问题 第二节 空间轴对称问题 将应力分量代入平衡方程,得到位移形式的平衡方程,这就是轴对称问题的基本方程: 在体力为零时,简化为 其中 位移法求解轴对称问题,就是寻求满足上述方程组,并且根据他们求出的应力和位移满足边界条件的位移分量。上述方程组的直接求解比平面问题更为困难,通常采用的是位移函数法。其方法和应力函数法类似,先假设某种形式的位移函数,代入上述方程组,得到他们应满足的条件。 代入(*)式,得 也就是说位移函数ζ应为重调和函数。 (*) 第二节 空间轴对称问题 如假设 我们也可以假设位移是有势的,也就是说,位移分量可以用位移势函数表示为 这时有 代入(*)式,得 可以取C = 0,这时应力函数调和函数 第二节 空间轴对称问题 半空间体,体力不计,坐标系如图。通过量纲分析,位移函数应是F乘以R、z、ρ等长度坐标的正一次幂,试算后,取设位移函数为 根据位移分量和应力分量与位移函数的关系: 可以求得位移分量和应力分量: 边界条件是 根据圣维南原理,有 (a) (b) 第三节 半空间体在边界上受法向集中力 为此,我们再取一个位移势函数,它在z=0处,σz=0而切应力与式(c)的切应力相抵消。通过量纲分析,位移函数应是R、z、ρ等长度坐标的零次幂,试算后,取 上述应力解,式(a)是满足的,式(b) (c) 不能满足。 这时得到位移和应力分量为 它在z=0处,σz=0,而切应力 第三节 半空间体在边界上受法向集中力 迭加上面两个解 得到: 将应力表达式代入 第三节 半空间体在边界上受法向集中力 代入以上两个位移和应力表达式中并迭加,得到满足一切条件的布希列斯克解答(位移函数的假设是不唯一的): 可求得: 不同的问题的位移函数不同,找到适当的位移函数是不容易的事,为此,前辈力学家作了长期的努力,得到了一些问题的解。 7.1设有半空间体,其比重为p,在水平边界面上受均布压力q的作用,试用位移法求位移分量和应力分量。并假设在z = h处w =0。 提示: 位

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