实际问题与一元一次方程(球赛积分问题)-PPT(精).ppt

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第十五章 薄板的稳定问题 §15-1 薄板受纵向荷载的共同作用 将力在z轴上投影,得: 将(c)至(h)相加,命其为零,除以dxdy,得 当薄板的边界上受有纵向荷载时,板内将发生中面力,如果纵向荷载很小时,中面内力也很小,薄板的平衡状态是稳定的,但是,如果纵向荷载所引起的中面内力在某些地方是压力,则当纵向荷载接近某一数值时,即临界荷载时,薄板就成为不稳定。这时薄板一受到干扰力就会发生弯曲,即使去除干扰力,薄板也不再恢复原来的平衡状态,而处于某种弯曲平衡状态,这就叫纵弯曲或压曲,又称屈曲。 我们利用微分方程(15-2),因为没有横向荷载在内,所以q=0,因此得到如下的薄板压曲微分方程: §15-3 四边简支的矩形薄板在均布压力下的压曲 四边简支的矩行薄板,在两边受有均布压力,在板边每单位长度上为Px,如图所示: 其中m及n分别表示薄板压曲后沿x及y方向的正弦半波数目。由此, Px一定满足下面的压曲条件: 现在,设该矩形薄板在双向受有均布压力,在板边每单位长度上为Px及Py=αPx,如图所示:这时中面内力为: §15-4 两边简支的矩形薄板在均布压力下的压曲 §15-5 极坐标中的压曲微分方程 §15-6 圆形薄板的压曲 §15-7 用差分法求临界荷载 §15-8 用能量法求临界荷载 §15-9 用能量法求临界荷载举例 由式(f)及式(e)可见,式(g)也是式(e) 的解答,因而也是式(c) 的解答。 但式(d) 又指示另一种可能的解答: 代入式(d) 后得: 要满足这方程,必须有: 于是得到微分方程(c) 的通解: 薄板中心挠度不能无限大,于是: 设板为简支边,则有边界条件: 将(k) 代入,利用关系式 得决定临界载荷的方程: 对于n=0(轴对称压曲),则 取μ=0.3,则 对于n=1 ,μ=0.3,则 再将n增大 ,求出的 Pr 更大,所以临界载荷是 压曲微分方程 可以用差分方法进行处理,从而得到临界荷载的近似值。 按照压曲微分方程(15-3),在任一典型节点0,如图,有: x y 12 4 0 2 10 8 5 11 3 1 9 6 7 按照前面讲的差分公式,可得上面方程的差分形式: 这是一组齐次线性方程,命系数行列式等于零,就得出一个代数方程,可以求解相应与某种压曲状态的纵向荷载。将各种压曲状态下的纵向荷载加以比较,就得出薄板的临界荷载。 b a a b c c h h h h h h h 例:如图所示的四边简支的矩行薄板,由平面应力问题的解答,可以得到各结点处的中面内力为: 如果板和荷载都是对称的,那么临界荷载对应的压曲状态总是对称形式的。本题按对称的压曲状态进行计算。于是本题有三个结点挠度,、即ωa 、 ωb 及 ωc 。由差分方程和边界条件,得: 简化以后,得: 其中 命上列方程组的系数行列式等于零,得: 该方程的最小实根是 ,于是得临界荷载为: 比精确值5.2D/h2小了约8%。 如果不考虑问题的对称性,仍然采用4×3的网格,则将有6个独立的未知ω值,得出λ的6次方程。其最小根仍然是λ=1.20,因而得到的临界荷载也相同。 当薄板在一定纵向隔载作用下处于平衡状态时,为了判定这个状态是否稳定,只需要判别当薄板由平面状态进入弯曲状态时候的势能是增加还是减少。若势能增加,对应于稳定平衡;若势能减少,对应于不稳定平衡;若势能不变,则处于稳定平衡的极限状态,相应于这一状态的荷载就是临界荷载。 当薄板从平面状态进入弯曲状态,挠度ω是从零开始的,形变势能的增加也就是薄板的全部弯曲形变势能U。于是有功能方程: 即 如图,取一微分体。在薄板弯曲以后,左右两边的内力由原来相距为dx变为: 于是微分体内力 所做的功为: 微分体内力 所做的功为: 对于平错力 ,它们所做的功为: 因此,微分体全部内力所做的功为: 于是得出纵向荷载在压曲过程中所做的功: 由前面所学内容求出U,最后命U=W,即可得出临界荷载。 设挠度的表达式为: 可以得到: 这给出了Cm的m个齐次线性方程。为了w具有非零解,必须Cm具有非零解,这个方程组的行列式必须等于零。这样就得出求解临界荷载的方程。 仍然取压曲以后的挠度表达式为: 中面内力仍然是 第一个例题:四边简支的矩行薄板,在两边受有均布压力,在板边每单位长度上为Px,如图

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