弹性力学
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弹性力学知识点总结弹性力学是固体力学的重要分支,主要研究弹性体在外界因素作用下产生的应力、应变和位移。
以下是对弹性力学主要知识点的总结。
一、基本假设1、连续性假设:假定物体是连续的,不存在空隙。
2、均匀性假设:物体内各点的物理性质相同。
3、各向同性假设:物体在各个方向上的物理性质相同。
4、完全弹性假设:当外力去除后,物体能完全恢复到原来的形状和尺寸,不存在残余变形。
5、小变形假设:变形量相对于物体的原始尺寸非常小,可以忽略高阶微量。
二、应力分析1、应力的定义:应力是单位面积上的内力。
2、应力分量:在直角坐标系下,有 9 个应力分量,分别为正应力(σx、σy、σz)和剪应力(τxy、τyx、τxz、τzx、τyz、τzy)。
3、平衡微分方程:根据物体的平衡条件,可以得到应力分量之间的关系。
三、应变分析1、应变的定义:应变是物体在受力后的变形程度。
2、应变分量:包括线应变(εx、εy、εz)和剪应变(γxy、γyx、γxz、γzx、γyz、γzy)。
3、几何方程:描述了应变分量与位移分量之间的关系。
四、位移与变形的关系位移是指物体内各点位置的变化。
通过位移可以导出应变,从而建立起位移与变形之间的联系。
五、物理方程物理方程也称为本构方程,它描述了应力与应变之间的关系。
对于各向同性的线弹性材料,物理方程可以表示为应力与应变之间的线性关系。
六、平面问题1、平面应力问题:薄板在平行于板面且沿板厚均匀分布的外力作用下,板面上无外力作用,此时应力分量只有σx、σy、τxy。
2、平面应变问题:长柱体在与长度方向垂直的平面内受到外力作用,且沿长度方向的位移为零,此时应变分量只有εx、εy、γxy。
七、极坐标下的弹性力学问题在一些具有轴对称的问题中,采用极坐标更为方便。
极坐标下的应力、应变和位移分量与直角坐标有所不同,需要相应的转换公式。
八、能量原理1、应变能:物体在变形过程中储存的能量。
2、虚功原理:外力在虚位移上所做的虚功等于内力在虚应变上所做的虚功。
一、弹性体的力学性质1.1 弹性体的基本定义弹性体是指在受力作用下可以发生形变,但在去除外力后能够完全恢复原状的物质。
弹性体的形变可以分为弹性形变和塑性形变两种,其中弹性形变是指在外力作用下形变后又能够完全恢复的形变,而塑性形变则是指在外力作用下形变后无法完全恢复的形变。
1.2 林纳与胡克定律弹性体的力学性质可以由林纳和胡克定律来描述。
林纳定律指出,在小形变范围内,弹性体的形变与受力成正比。
而胡克定律则指出,在弹性体上施加的外力与其形变之间存在线性关系,即应力与应变成正比。
二、应力应变关系2.1 应力的定义与计算应力是指单位面积上的受力大小,通常用σ表示。
应力可以分为正应力和剪应力两种,其中正应力是指垂直于物体表面的受力,而剪应力是指平行于物体表面的受力。
在弹性体受力作用下,可以使用以下公式来计算应力:σ = F / A其中,σ为应力,F为受力大小,A为受力的面积。
2.2 应变的定义与计算应变是指物体在受力作用下的形变程度,通常用ε表示。
应变可以分为正应变和剪应变两种,其中正应变是指物体在受力作用下的长度、体积等发生的相对变化,而剪应变是指物体表面平行位移的相对变化。
在弹性体受力作用下,可以使用以下公式来计算应变:ε = ΔL / L其中,ε为应变,ΔL为长度变化量,L为原始长度。
2.3 应力应变关系应力与应变之间存在一定的关系,这种关系可以用材料的弹性模量来描述。
弹性模量是指在正应变下的应力大小,通常用E表示。
弹性模量可以分为弹性体积模量、剪切模量和弹性体积模量三种,分别对应不同形变情况下的应力应变关系。
3.1 弹性体积模量弹性体积模量是指在正应变下,单位体积的物体受力后的应力大小,通常用K表示。
弹性体积模量是材料的一个重要力学性质,它描述了材料在受力作用下的体积变化情况。
3.2 剪切模量剪切模量是指在剪切应变下,材料受力后的应力大小,通常用G表示。
剪切模量描述了材料在受力作用下的形变情况。
3.3 杨氏模量杨氏模量是衡量正应变下的应力大小的指标,通常用E表示。
1、连续体力学包括固体力学、流体力学、热力学和电磁动力学,非连续体力学包括原子级、波动方程、量子力学。
2、弹性力学所研究的范围属于固体力学中弹性阶段。
3、弹性力学的基本假定为:假设物体是连续的、假设物体是匀质的和各项同性的、假设物体是完全弹性的、假设物体的变形是很少的、和假设物体内无初应力。
4、连续性假设是指:物体内部由连续介质组成,物体中应力、应变和位移分量为连续的,可用连续函数表示。
5、均匀性和各向同性假设是指:物体内各点和各方向的介质相同,即物理性质相同,物体的弹性常数弹性模量和泊松比不随坐标和方向的变化而变化。
6、完全弹性假设是指:物体在外载荷作用下发生变形,在外载荷去除后,物体能够完全恢复原形,材料服从胡克定律,即应力与形变成正比。
7、在弹性力学里分析问题,要考虑静力学、几何学和物理学三方面条件,分别建立三套方程为:平衡方程、几何方程和物理方程,三组方程分别表示:应力与载荷关系、应变与位移关系、应力与应变关系。
8、弹性力学研究弹性体由于受外力作用、边界约束或温度改变等原因而发生的应力、应变和位移。
9、在弹性力学中规定,线应变以伸长时为正,压缩时为负,与正应力的正负号规定相适应。
10、在弹性力学中规定,切应变以直角变小时为正,变大时为负,与切应力的正负号规定相适应。
11、物体受外力以后,其内部将发生内力,它的集度称为应力。
与物体的形变和材料强度直接有关的,是应力在其作用截面的法线方向和切线方向的分量,也就是正应力和切应力。
应力及其分量的量纲是L-1 MT-2 。
12、建立平衡方程时,在正六面微分体的6个面上共有9 个应力分量,分别为:,其中正应力为:,剪应力为:,这些应力分量与外载荷共同建立3个方程。
13、建立几何方程时,线应变为,角应变为,这些应变与位移共同建立 6个方程。
14、物理方程表示应力与应变的关系,即为胡克定律,其中弹性常数E和μ分别表示材料的弹性模量和泊松比,物理方程组共包含6个方程。
2.1弹性力学理论基础弹性力学也称弹性理论,主要研究弹性体在外力作用或温度变化等外界因素下所产生的应力、应变和位移,从而解决结构或机械设计中所提出的强度和刚度问题。
在研究对象上,弹性力学同材料力学和结构力学之间有一定的分工。
材料力学基本上只研究杆状构件;结构力学主要是在材料力学的基础上研究杆状构件所组成的结构,即所谓杆件系统;而弹性力学研究包括杆状构件在内的各种形状的弹性体。
弹性力学是固体力学的重要分支,它研究弹性物体在外力和其它外界因素作用下产生的变形和内力,也称为弹性理论。
它是材料力学、结构力学、塑性力学和某些交叉学科的基础,广泛应用于建筑、机械、化工、航天等工程领域。
2.1.1弹性力学基本概念弹性力学问题的求解主要基于以下几个基础理论。
1.牛顿(Newton)定律弹性力学是一门力学,它服从Newton所提出的三大定律,即惯性定律﹑运动定律,以及作用与反作用定律。
质点力学和刚体力学是从Newton定律演绎出来的,而弹性力学不同于理论力学,它还有新假设和新定律。
2.连续性假设所谓连续性假设,就是认定弹性体连续分布于三维欧式空间的某个区域之内,与此相伴随的,还认定弹性体中的所有物理量都是连续的。
也就是说,我们将假定密度、位移、应变、应力等物理量都是空间点的连续变量,而且也将假定空间的点变形前与变形后应该是一一对应的。
3.广义虎克(Hooke)定律所谓广义Hooke定律,就是认为弹性体受外载后其内部所生成的应力和应变具有线性关系。
对于大多数真实材料和人造材料,在一定的条件下,都符合这个实验定律。
线性关系的Hooke定律是弹性力学特有的规律,是弹性力学区别于连续介质力学其他分支的标识。
Newton定律、连续性假设和广义Hooke定律,这三方面构成了弹性力学的理论基础。
弹性力学的研究方法主要有数学方法和实验方法,以及二者结合的方法。
数学方法基本上是根据弹性力学的基本方程,对在某种假设的前提下的物体进行弹性分析,从而得出物体的各种力学参数。
力学:研究弹性体由于受外力,边界约束或温度改变等作用而发生的应力、形变和位移。
弹性力学的研究对象:为一般及复杂形状的构件、实体结构、板、壳等。
(是各种弹性体,包括杆件,平面体、空间体、板和壳体等。
弹性力学研究的对象比较广泛,可以适用于土木、水利、机械等工程中各种结构的分析。
)弹性力学的任务在边界条件下,从平衡微分方程、几何方程和物理方程求解应力、应变和位移等未知函数研究方法已知条件:1物体的几何形状,即边界面方程2物体的材料参数3所受外力的情况4所受的约束情况。
求解的未知函数:应力、应变和位移。
解法:在弹性体区域内,根据微分体上力的平衡条件建立平衡微分方程;根据微分线段上应变和位移的几何条件,建立几何方程;根据应力和应变之间的物理条件建立物理方程弹性体边界上,根据面力条件,建立应力边界条件;根据约束条件建立位移边界条件然后在边界条件下,求解弹性体区域内的微分方程,得出应力、形变和位移弹性力学的基本假设(即满足什么样条件的物体是我们在弹性力学中要研究的)(1)均匀性假设即物体是由同一种材料所组成的,在物体内任何部分的材料性质都是相同的。
(用处:物体的弹性参数,如弹性模量E,不会随位置坐标的变化而变化)(2)连续性假设即物体的内部被连续的介质所充满,没有任何孔隙存在。
(用处:弹性体的所用物理量均可用连续的函数去表示)(3)完全弹性假设即当我们撤掉作用于物体的外力后,物体可以恢复到原状,没有任何的残余变形;应力(激励)与应变(响应)之间呈正比关系。
(用处:可以使用线性虎克定律来表示应力与应变的关系)(4)各向同性假设即物体内任意一点处,在各个方向都表现出相同的材料性质。
(用处:物体的弹性参数可以取为常数)(5)小变形假设即在外力的作用下,物体所产生的位移和形变都是微小的。
(用处:可以在某些方程的推导中略去位移和形变的高阶微量。
即简化几何方程,简化平衡微分方程)上述这些假定,确定了弹性力学的研究范畴:研究理想弹性体的小变形状态外力是其他物体作用于研究对象的力(分为体力和面力)体力是作用于物体体积内的外力(如重力和惯性力)面力是作用于物体表面上的外力(如液体压力和接触力)内力假想将物体截开,则截面两边有互相作用的力,称为内力切应力互等定理作用于两个互相垂直面上,并且垂直于该两面交线的切应力是互等的(大小等正负号相同)形变就是物体形状的改变。
弹性力学简介( 选读)弹性力学是固体力学的重要分支,它研究弹性物体在外力和其它外界因素作用下产生的变形和内力,也称为弹性理论。
它是材料力学、结构力学、塑性力学和某些交叉学科的基础,广泛应用于建筑、机械、化工、航天等工程领域。
弹性体是变形体的一种,它的特征为:在外力作用下物体变形,当外力不超过某一限度时,除去外力后物体即恢复原状。
绝对弹性体是不存在的。
物体在外力除去后的残余变形很小时,一般就把它当作弹性体处理。
弹性力学的发展简史人类从很早时就已经知道利用物体的弹性性质了,比如古代弓箭就是利用物体弹性的例子。
当时人们还是不自觉的运用弹性原理,而人们有系统、定量地研究弹性力学,是从17 世纪开始的。
弹性力学的发展初期主要是通过实践,尤其是通过实验来探索弹性力学的基本规律。
英国的胡克和法国的马略特于1680 年分别独立地提出了弹性体的变形和所受外力成正比的定律,后被称为胡克定律。
牛顿于1687 年确立了力学三定律。
同时,数学的发展,使得建立弹性力学数学理论的条件已大体具备,从而推动弹性力学进入第二个时期。
在这个阶段除实验外,人们还用最粗糙的、不完备的理论来处理一些简单构件的力学问题。
这些理论在后来都被指出有或多或少的缺点,有些甚至是完全错误的。
在17 世纪末第二个时期开始时,人们主要研究粱的理论。
到19 世纪20 年代法国的纳维和柯西才基本上建立了弹性力学的数学理论。
柯西在1822 ~1828 年间发表的一系列论文中,明确地提出了应变、应变分量、应力和应力分量的概念,建立了弹性力学的几何方程、运动( 平衡) 方程、各向同性以及各向异性材料的广义胡克定律,从而奠定了弹性力学的理论基础,打开了弹性力学向纵深发展的突破口。
第三个时期是线性各向同性弹性力学大发展的时期。
这一时期的主要标志是弹性力学广泛应用于解决工程问题。
同时在理论方面建立了许多重要的定理或原理,并提出了许多有效的计算方法。
1855 ~1858 年间法国的圣维南发表了关于柱体扭转和弯曲的论文,可以说是第三个时期的开始。
弹性力学简答题1. 什么是弹性力学?弹性力学是研究物体在受力作用下产生的形变量与受力之间的关系的力学分支。
它研究物体经历一定变形后是否能恢复到原来形态的能力。
2. 什么是物体的弹性形变?物体的弹性形变是指物体受到外力作用后发生的形变,当外力作用消失时,物体能够恢复到原来的形态。
3. 弹性形变和塑性形变有什么区别?弹性形变和塑性形变的主要区别在于恢复能力。
弹性形变是当外力作用消失后,物体能够完全恢复到原来的形态;而塑性形变是当外力作用消失后,物体只能部分或完全无法恢复到原来的形态。
4. 弹性力学中的钩尔定律是什么?钩尔定律是弹性力学中的基本定律之一,它描述了当物体受到的力线性地与其产生的形变量之间的关系。
根据钩尔定律,力和形变之间的关系可以表示为F = kx,其中F是受力,k是弹性系数(也称为弹簧常数),x是形变量。
5. 什么是弹性系数?弹性系数是衡量物体弹性恢复能力的物理量。
它可以分为两种常见的弹性系数,分别是切应力和切应变之间的比例关系(即剪切模量),以及拉应力和拉应变之间的比例关系(即弹性模量)。
6. 彈性力学中的杨氏模数是什么?杨氏模数是用于描述材料在拉力作用下产生的形变量与拉力大小之间的关系的物理量。
它可以表示为Y = σ/E,其中Y是杨氏模数,σ是拉应力,E是弹性模量。
7. 弹性力学在实际生活中有哪些应用?弹性力学在实际生活中有许多应用。
例如,弹性力学可以用于设计和分析弹簧、悬挂系统和弹性体等工程结构。
此外,弹性力学还可以应用于材料科学、建筑工程、机械工程、地震学等领域。
以上是对弹性力学的简答题回答,请参考。
基本概念:(1)面力、体力与应力、应变、位移的概念及正负号规定(2)切应力互等定理:作用在两个互相垂直的面上,并且垂直于改两面交线的切应力是互等的(大小相等,正负号也相同)。
(3)弹性力学的基本假定:连续性、完全弹性、均匀性、各向同性和小变形。
(4)平面应力与平面应变;设有很薄的等厚度薄板,只在板边上受有平行于板面并且不沿厚度变化的面力或约束。
同时,体力也平行与板面并且不沿厚度方向变化。
这时,二z =0, Z =0,・zy =0,由切应力互等,二Z =0, * =0,・yz =0,这样只剩下平行于xy面的三个平面应力分量,即匚x,二y, xy二yx,所以这种问题称为平面应力问题。
设有很长的柱形体,它的横截面不沿长度变化,在柱面上受有平行于横截面且不沿长度变化的面力或约束,同时,体力也平行于横截面且不沿长度变化,由对称性可知,z^0, z^0,根据切应力互等,任=0,『=0。
由胡克定律,ZX =0, zy =0,又由于z方向的位移w处处为零,即;z = 0。
因此,只剩下平行于xy面的三个应变分量,即;x, ;y, xy,所以这种问题习惯上称为平面应变问题。
(5)一点的应力状态;过一个点所有平面上应力情况的集合,称为一点的应力状态。
(6)圣维南原理;(提边界条件)如果把物体的一小部分边界上的面力,变换为分布不同但静力等效的面力(主失相同,主矩也相同),那么,近处的应力分布将有显著的改变,但是远处所受到的影响可以忽略不计。
(7)轴对称;在空间问题中,如果弹性体的几何形状、约束情况,以及所受的外力作用,都是对称于某一轴(通过该轴的任一平面都是对称面),则所有的应力、变形和位移也就对称于这一轴。
这种问题称为空间轴对称问题。
平衡微分方程:(记:u(记)(1)平面问题的平衡微分方程;(2)平面问题的平衡微分方程(极坐标);——L+ - +—!-- +&P P P CT ptp^2!^ + cP P1、 平衡方程仅反映物体内部的平衡,当应力分量满足平衡方程,则物体内部是 平衡的。