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第三章平面問(wèn)題的直角坐標(biāo)解答3—1逆解法與半逆解法3—2矩形梁的純彎曲3—3位移分量的求出3—4簡(jiǎn)支梁受均布荷載3—5楔形體受重力和液體壓力SolutionofPlaneProblemsinRectangularCoordinatesInverseMethodandSemi-InverseMethodPureBendingofaRectangularBeamDeterminationofDisplacmentsBendingofaSimpleBeamUnderUniformLoadsTriangularGravityWall3—4簡(jiǎn)支梁受均布荷載作用例2.圖示矩形截面簡(jiǎn)支梁,梁高為h,長(zhǎng)為2,受均布荷載作用,取板厚度為1,兩端的支反力為q,體力不記,求應(yīng)力函數(shù)及應(yīng)力分量(P41)。xh1yh/2h/2oqqqSimplebeamunderuniformloadConsiderasimplebeam,withlength2landdepthh,subjectedtoauniformlydistributedloadofintensityq.forconvenience,onlyaunitwidthofthebeamisconsidered,sothereactionateachendwillbeql.1、求應(yīng)力分量(用半逆解法)由材料力學(xué)已知:彎曲應(yīng)力x主要由彎矩引起,剪應(yīng)力xy由剪力引起,擠壓應(yīng)力y由荷載q引起。由于q不隨x而變化,所以y不隨x而變,可以假設(shè):y=f(y)而Justasthebendingstressxandtheshearingstressxyaremainlyproducedbythemomentandtheshearingforcerespectively,thecrushingstressyismainlyproducedbythedirectloadonthebeam.Sincethedirectloadqdoesnotvarywithx,wemayassumethaty
doesnotvarywithxeitherandconsequentlyitisonlyafunctionofy:f1(y)、f2(y)是待定函數(shù)wheref1(y)andf2(y)arearbitraryfunctions.考察是否滿足相容方程?Todeterminethefunctionf(y),f1(y)andf2(y),wesubstitutetheexpressionforintocompatibilityequation,obtaining代入相容方程得(1)(2)這是關(guān)于x的二次方程,要使此方程在x為任何值時(shí)恒滿足,則此方程中x前的系數(shù)和自由項(xiàng)必須為零,即Thisisaquadraticequationofx,butitmustbesatisfiedforallvaluesofxbetween–landl,astheconditionofcompatibilityrequires.Thisispossibleonlywhenthecoefficientsofx2andx,aswellasthetermindependentofx,arezero:(3)由(2)得:略去常數(shù)項(xiàng)由(1)得:Integrationof(1)and(2)yields:由(3)得:略去一次式和常數(shù)項(xiàng)Substitutingfinto(3)andintegrating,wehave:Theconstanttermandthetermlinearinyareneglect,becausetheywillnotaffectthestress.Thestresscomponentswillbe:Theseexpressionssatisfythedifferentialequationsofequilibriumandthecompatibilityequation.Hence,ifthearbitraryconstantsA,B,,Kcanbechosentosatisfyalltheboundaryconditions,theseexpressionswillbetherightsolutionoftheproblem.上述應(yīng)力分量滿足平衡微分方程和相容方程,根據(jù)邊界條件確定積分常述數(shù),即可得正確的解答x、y關(guān)于yz面正對(duì)稱(是x的偶函數(shù))xy關(guān)于yz面反對(duì)稱,是x的奇函數(shù)xyh/2h/2oqqq(1)考慮對(duì)稱性considertheconditionsofsymmetrySincetheyzplaneisaplaneofsymmetryofthebeamandtheloading,thestressdistributionmustbesymmetricwithrespecttotheplane.Thus,theexpressionsforx、ymustbeevenfunctionofx,whilethatforxymustbeoddfunctionofx.Thisrequires于是得到:E=0F=0G=0xyh/2h/2oqqq將應(yīng)力表表達(dá)式代代入邊界界條件(2)考慮邊界條件considerboundaryconditionsSubstitutingthestresscomponentsexpressionsintotheseequationsandnoticingthatE=F=G=0,wehave根據(jù)次要要邊界((左右兩兩面,占占很小部部分)條條件,確確定H、K。。若不能完完全滿足足,可用用圣維南南原理NowinordertodetermineHandK,wecanconsidertheboundaryconditionsattheendsofthebeam(theleftandrightendsofthebeamareonlysmallportionsoftheboundary).Iftheboundaryconditionstherecannotbesatisfiedexactly,wemayapplytheSaint-Venant’’sprincipletohavetheconditionsapproximatelysatisfied.xyh/2h/2oqqq邊界條件:(1)(2)(3)Boundaryconditionsatends:From(1),wehave:K=0From(2),wehave:(3)issatisfiedNowtheexpressionsforthestresscomponentsare:最后求得得簡(jiǎn)支梁梁在均布布荷載作作用下的的應(yīng)力分分量為::(3)式式恒滿足足應(yīng)力分量量沿垂直直方向((橫截面面)的變變化規(guī)律律如圖::ThestressdistributiononatypicalcrosssectionisapproximatelyshowninFig.:x圖y圖xy圖x不是直線線規(guī)律分分布;擠擠壓應(yīng)力力y發(fā)生在梁梁頂,材材料力學(xué)學(xué)中不考考慮將上述結(jié)結(jié)果與材材料力學(xué)學(xué)中的解解答比較較Comparethesolutionobtainedhereandthatgiveninmechanicsofmaterials,對(duì)板厚為為1的矩矩形截面面梁:所以,應(yīng)應(yīng)力分量量的表達(dá)達(dá)式為::Forthebeamofunitwidth,wehave:So,thestresscomponentscaberewrittenas:x中,第一項(xiàng)為主要項(xiàng),與材力中的解答相同,第二項(xiàng)為修正項(xiàng),當(dāng)h時(shí),修正項(xiàng)很小,忽略不計(jì);剪應(yīng)力的表達(dá)式與材料力學(xué)中的一樣Weseethatthebendingstressxgiveninmechanicsofmaterialsmustbesupplementedwithacorrectiontermwhiletheshearingstressxyneedsnocorrection.擠壓應(yīng)力力在材料料力學(xué)中中不考慮慮Astothecrushingstressy,itisonlyconsideredinelasticityandnotinmechanicsofmaterialsatall.當(dāng)
時(shí),最大正應(yīng)力應(yīng)修正1/15當(dāng)
時(shí),最大正應(yīng)力應(yīng)修正1/60對(duì)的梁,材料力學(xué)中的結(jié)果足夠精確由于所以梁在左右兩邊的水平面力為而實(shí)際邊邊界上面面力的分分布情況況不清楚楚,只知知道其合合力為零零,和力力矩為零零:根據(jù)圣維維南原理理,不管管這些面面力是否否存在,,如何分分布,在在離邊界界較遠(yuǎn)處處,應(yīng)力力與上述述式子是是完全一一樣的3.5TRIANGULARGRAVITYWALLxyggyExp.Consideradamoraretainingwallwithtriangularsectionsubjectedtotheactionofgravityandthepressureofimpoundedliquid.Letthedensityofthewallmaterialbeandthatoftheliquidbe.3—5楔楔形形體受重重力和液液體壓力力xyggy圖示楔形形體,左左面鉛直直,右面面與鉛直直成角,下端端無(wú)限長(zhǎng)長(zhǎng),承受受重力和和液體壓壓力,楔楔形體密密度為,液體密密度為,計(jì)算算應(yīng)力分分量Triangulargravitywall例.取圖示坐坐標(biāo),應(yīng)應(yīng)力由兩兩部分引引起:xyggy(1)重重力:與與g成正比(2)液液壓:與與g成正比即,應(yīng)力力可能是是gx、gy、gx、gy的組和項(xiàng)項(xiàng)Atanypointinthewall,eachofthestresscomponentsmusyconsistoftwoparts:producedbygravity:isproportionaltogproducedbythepressure:isproportionaltogHence,ifthestresscomponentscanbeexpressionsintheformofpolynomials,theymustbecombinationsoftheexpressionsintheformsofAgx,Bgy,Cgx,Dgy.可假設(shè)應(yīng)力力函數(shù)是x、y的純?nèi)问绞剑碭=0Y=gWemayassumethestressfunctionisapolynomialofthirddegreeTheseexpressionshavealreadysatisfiedthedifferentialequationsofequilibriumandthecompatibilityequation.Itremainstoinspectwhethertheboundaryconditionscanalsobesatisfiedbypropervaluesofthearbitraryconstantsa,b,c,d.xyggyBoundaryconditions:(1)theverticalsurfacex=0xyggy(2)ontheinclinedsurface:Withthesevaluesofa,b,candd,thestresscomponentsbecame:ThedistributionofstresscomponentsalongahorizontalsectionofthewallisshowninfollowingFig.:xyggy---xyxy應(yīng)力分量x沿水平方向向無(wú)變化這這個(gè)結(jié)果在在材料力學(xué)學(xué)中得不出出來(lái)應(yīng)力分量y沿水平按直直線規(guī)律變變化在左面:在斜
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