《平面问题的基本理论课件.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《平面问题的基本理论课件.ppt(37页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、2.1 平面应力问题与平面应变问题 2.2 平面问题中的一点应力状态分析 2.3 平面问题的平衡微分方程 2.4 平面问题的几何方程与刚体位移 2.5 平面问题的物理方程 2.6 平面问题的边界条件 2.7 圣维南原理及应用 2.8 按位移求解平面问题 2.9 按应力求解平面问题及相容方程 2.10 常体力情况下的简化与应力函数,主要内容,2.10 常体力情况下的简化及应力函数,当实际工程问题中体力为常量,即体力分量fx,fy 不随x和y座标改变时(如重力和常加速度平移时的惯性力),此时,两类平面问题的都能得到简化。将上述条件代入式(2-21)或(2-22),得常体力时的相容方程:,此外,还满
2、足平衡微分方程:,和应力边界条件:,(2-23),2.10 常体力情况下的简化及应力函数,体力为常量时,按应力法求解平面问题时,应力分量sx、sy、txy满足的方程为:(1)平衡微分方程(2-2);(2)简化后的相容方程(2-23);(3)同时在边界上满足应力边界条件(2-15);(4)对于多连体,还须考虑位移的单值条件。,在(1)常体力、(2)单连体、(3)全部为应力边界条件时,平面问题的应力解具有如下特征:在-条件下求解应力分量的全部条件中均不包含弹性常数,故应力分量解与弹性常数无关。,2.10 常体力情况下的简化及应力函数,由于应力解与弹性常数无关,故对于两类平面问题都相同。因此,当体力
3、为常量,只要弹性体受外力和边界形状相同,则:(1)不同材料的应力解理论上是相同的,因此用试验方法求应力时可用不同材料来代替;(2)两类平面问题的应力解sx、sy、txy是相同的。试验时可用平面应力模型代替平面应变模型。(3)两类平面问题应力解sx、sy、txy相同,但是 sz 和应变、位移分量的分布不一定相同。,2.10 常体力情况下的简化及应力函数应力函数,1、首先考察平衡微分方程,它是一个非齐次微分方程组,其解包含两部分,即其全解等于非齐次微分方程的特解与齐次微分方程的通解的叠加。,(1)非齐次微分方程的特解:,下面详细讨论常体力情况下按应力求解的基本方程和条件,2.10 常体力情况下的简
4、化及应力函数应力函数,(2)齐次微分方程的通解:,艾里已经求出该方程的通解为:,2.10 常体力情况下的简化及应力函数应力函数,(3)所以满足平衡微分方程的全解为:任一组特解与通解的叠加:,式中 f 称为平面问题的应力函数,又称为艾里应力函数。它是一个待定的未知函数,必然满足平衡微分方程,导出应力函数的过程已证明了其存在性。它使得按应力求解平面问题的未知数由3个减少为1个,由求解应力分量sx、sy、txy转化为求解应力函数 f。,2.10 常体力情况下的简化及应力函数应力函数,2、为了求解平面问题的应力函数,下面来分析应力函数所满足的条件。,很显然,用应力函数表示的应力分量(2-24)必须满足
5、常体力情况下用应力分量表示的相容方程(2-23),为此将式(2-24)代入(2-23),用应力函数表示的相容方程,2.10 常体力情况下的简化及应力函数总结,总之,体力为常量时,按应力法求解平面问题,可转化为求解一个应力函数 f,它应当满足条件为:1、在区域内满足应力函数表示的相容方程(2-25)2、在边界上满足应力边界条件(2-15),其中假设只求解全部为应力边界条件的问题。3、对于多连体,还须考虑位移的单值条件。,相容方程:,应力边界条件:,2.10 常体力情况下的简化及应力函数总结,根据上述条件求得应力函数 f后,代入公式(224)即可求出应力分量。,求得应力分量 sx、sy、txy后,
6、代入物理方程(2-12)求应变分量,将应变分量代入几何方程(2-8),通过积分求位移分量,其中的积分待定项由边界约束条件来确定。,总结,平面问题求解方法1、按位移2、按应力3、按应力函数各求解方法推导过程及对比,1、在常体力,单连体和全部为应力边界条件条件下,对于不同材料和两类平面问题的sx,sy和txy 均相同。试问其余的应力分量,应变和位移是否相同?,思考题,2、对于按位移(u,v)求解、按应力(sx,sy,txy)求解和按应力函数求解的方法,试比较其未知函数、应满足的方程和条件、求解的难易程度及局限性。,2.1 平面应力问题与平面应变问题 2.2 平面问题中的一点应力状态分析 2.3 平
7、面问题的平衡微分方程 2.4 平面问题的几何方程与刚体位移 2.5 平面问题的物理方程 2.6 平面问题的边界条件 2.7 圣维南原理及应用 2.8 按位移求解平面问题 2.9 按应力求解平面问题及相容方程 2.10 常体力情况下的简化与应力函数,主要内容,习题课,第二章平面问题的基本理论,习题课,1、如图所示,试写出应力边界条件(固定边不写)。,x=0边界:,y=h/2边界:,y=-h/2边界:,习题课,2、如图所示,试写出各平面物体的位移边界条件(用直角坐标表示),其中图(b)中O点不动,过O点的水平线段无转动。,(u)x=0,y=-h/2=0(u)x=0,y=h/2=0(v)x=0,y=
8、h/2=0,(u)x=0,y=0=0(v)x=0,y=0=0,(u)x=0,y=0=0(v)x=0,y=0=0(u)x=l,y=0=0(v)x=l,y=0=0(v)x=l,y=h/2=0,(u)x=0,y=0=0,(v)x=0,y=0=0(ucosa+vsina)x=l,y=0=0,习题课,3、如图所示的梁,受到荷载如图,试应用下列应力表达式求其应力并校核。(体力不计),习题课,解:按应力法求解。其满足条件为:(1)平衡微分方程(2)相容方程(3)边界条件,一、校核平衡微分方程 经校核是满足的。,二、校核相容方程 经校核是满足的。,习题课,三、校核边界条件:,先校核主要边界上边界条件:,得到应
9、力分量解答如下:,由此解得:C1=-3q/(2h)C2=-q/2,习题课,再校核次要边界x=0上边界条件:,将所求应力代入,经校核,三个等式均成立,故所求应力满足该小边界上的积分边界条件。,边界上应满足的积分边界条件为:,习题课,校核次要边界 x=l 上边界条件:,边界上应满足的积分边界条件为:,将所求应力代入,经校核,三个等式均成立,故所求应力满足该小边界上的积分边界条件。,习题课,综上,所求的应力分量满足所有的条件,因此是如图所示问题的解。,习题课,4、习题217,解:根据材料力学相关知识,其应力分量解如下:,习题课,该应力分量解应满足的条件为:(1)平衡微分方程(2)相容方程(3)边界条
10、件,一、校核平衡微分方程 经校核是满足的。,二、校核相容方程 经校核是满足的。,习题课,三、校核边界条件:,主要边界上边界条件为:,将应力代入,经校核,两个等式均成立,故所求应力满足两个主要边界上的应力边界条件。,习题课,再校核次要边界x=0上边界条件:,边界上应满足的积分边界条件为:,将所求应力代入,经校核,三个等式均成立,故所求应力满足该小边界上的积分边界条件。,习题课,再校核次要边界x=l上边界条件:,边界上应满足的积分边界条件为:,将所求应力代入,经校核,三个等式均成立,故所求应力满足该小边界上的积分边界条件。,习题课,综上,所求的应力分量满足所有的条件,因此是如图所示问题的解。,习题
11、课,5:如图所示单位宽度薄板悬梁,跨度为l,其上表面承受三角形分布载荷作用,体力不计。试根据材料力学的应力表达式,由平衡微分方程及边界条件求另两个应力分量,并校核是否为该问题解。(固定端不考虑),习题课,解:(1)将sx代入平衡微分方程第一式,(2)将txy代入平衡微分方程第二式,习题课,(3)校核边界条件,并由此求表达式中的待定函数,主要边界 y=h/2 上边界条件:,解得:,习题课,(3)校核 y=-h/2 上的边界条件,(txy)y=-h/2=0,(sy)y=-h/2=-q0 x/l,将应力代入,经校核,两个等式均成立,故所求应力满足该主要边界上的应力边界条件。,习题课,再校核次要边界x=0上边界条件:,该边界上应满足的积分边界条件为:,将所求应力代入,经校核,三个等式均成立,故所求应力满足该小边界上的积分边界条件。,习题课,(4)校核相容方程,因此,上应力解不是该问题的解。,将应力代入,经校核不满足。,作业,作业3:已知平面应力问题矩形梁(厚度为单位厚度1),梁长L,梁高h,体力不计。试根据如下位移分量函数:解答如下问题:(1)试校核上述位移分量是否满足位移表示的平衡微分方程;(2)求应变分量;(3)求应力分量;(4)校核各边界上的应力边界条件。(在次要边界上应用圣维南原理)。(固定端不考虑),作业,作业4:习题213(b),