程修改计算固体力学第四章
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固体力学的数值计算方法研究第一章:引言固体力学是一门研究物体在外力作用下破坏和变形规律的学科。
它在工程领域中扮演着至关重要的角色,例如在研究汽车、飞机、建筑物等结构的性能、设计和优化中。
在固体力学的研究中,数值计算方法已经成为一种非常重要的工具。
数值计算方法能够帮助研究者获取更精确的研究结果,并且加快了研究速度,提高了效率。
因此,在固体力学研究中,数值计算方法的研究也越来越受到重视。
第二章:数值计算方法的基础在固体力学的数值计算中,其基础主要有以下三个方面:数值逼近、数值积分和初值问题。
2.1 数值逼近数值逼近是指用有限的次数的运算来求出某个函数的近似值。
在固体力学研究中,经常需要求出物体在受力作用下的变形和应力状态,而这些求解都离不开函数的逼近。
常见的逼近方法有拉格朗日插值、牛顿插值、三次样条插值等。
2.2 数值积分数值积分是指通过有限次数的运算来求出定积分的近似值。
在固体力学研究中,经常需要求解应力分布或变形分布的总量,而这些求解又都离不开定积分。
常见的积分方法有梯形积分、辛普森积分、高斯积分等。
2.3 初值问题初值问题是指为了求解微分方程而需要知道初始条件的问题。
在固体力学研究中,经常需要用微分方程来描述物体受力作用下的变形和应力分布情况。
因此,初值问题也是固体力学数值计算的基础之一。
第三章:固体力学数值计算方法的发展固体力学数值计算方法主要是在计算机技术不断发展的过程中得到了快速发展。
在计算机技术尚不完善的早期,固体力学研究者只能采用一些基本的数学方法和手算的方式来处理问题。
不过,随着计算机技术的不断提升,人们开始尝试更加复杂的数值计算方法。
3.1 有限元法有限元法是一种在固体力学领域广泛使用的数值计算方法。
它能够将物体划分成一个个小的有限元,然后利用相应的数学方法对每一个有限元进行分析。
与其他数值计算方法相比,有限元法具有更高的计算精度和更广泛的适用范围。
3.2 边界元法边界元法是一种基于物理量在界面上的积分方程来求解问题的数值计算方法。
计算固体力学固体力学是力学的一个分支领域,研究的是固体物质在外力作用下的力学行为和性质。
它是分析和解决工程和物理学中与固体结构、变形、变形机理、强度等相关问题的基础。
固体力学的研究内容包括静力学、弹性力学、塑性力学、断裂力学和疲劳力学等等。
静力学主要研究物体处于静止状态下受力分布和平衡条件的关系;弹性力学研究固体物体产生变形后能够恢复原状的性质;塑性力学研究固体物体在超过一定限度下,产生不可逆的塑性变形;断裂力学研究的是在材料中出现断裂破裂现象的力学行为;疲劳力学研究的是材料在持续受到循环载荷下发生损伤和失效的行为。
固体力学的基本概念和原理包括应力、应变、弹性模量、泊松比等。
应力是指单位面积上的力,通常用σ表示,分为正应力和剪应力两种。
应变是指物体在受力作用下产生的相对变形,通常用ε表示,分为线性应变和剪应变两种。
弹性模量是描述材料刚度的属性,是应力与应变之间的比例系数,常见的有杨氏模量、剪切模量等。
泊松比则是描述材料在受力过程中沿一个方向收缩而在另一个方向伸展的程度。
在固体力学中,有两个重要的定理,即能量原理和最大能原理。
能量原理指出,在稳定状态下,体系的能量应当达到最小值。
这个原理可以用来推导结构的力学行为,比如弹性体的变形及应力分布。
最大能原理则是指在固体的力学行为中,材料的破坏会先出现在应力最大的地方。
固体力学的应用非常广泛。
在工程领域中,它可以用于设计和分析结构的强度、刚度和稳定性等问题,比如建筑、桥梁、飞机等。
在材料科学中,固体力学可以帮助研究材料的力学性质、性能和失效机理等,比如金属、陶瓷、塑料等。
在地球科学领域中,固体力学可以用于研究地壳运动、构造变形、地震等现象。
此外,固体力学还被应用于生物医学领域,研究生物材料的性能和组织工程等。
总之,固体力学是研究固体物质在外力作用下的力学行为和性质的分支学科。
它在工程、物理学、材料科学、地球科学和生物医学等领域中都有重要的应用价值。
通过对固体力学的研究和应用,我们可以更好地理解和解决与固体力学相关的问题,促进科学技术的发展和进步。
41.铜的费密能量F E =7.0电子伏特, 试求电子 的费密速度F v 。
在273K , 铜的电阻率ρ=1.56⨯-810欧·米,求电子的平均自由时间τ和平均自由程Λ。
解:由于自由电子气的能量F E =222f k m而费密速度 F v =F K m ∴F v∴F v=1.57⨯810-cm 1s - f k =21/3(3)n π=F mv ∴n=33233Fm v πρ=1σ=2m ne τ⇒τ=2m ne ρ=232333Fm e m v πρ⨯ =232233Fe m v πρ =2374323882623183 3.14 1.05101.610 1.56109.110 1.5710-⨯---⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=142.6810s -⨯ 由平均自由程Λ=F v τ=2.68148101.5710-⨯⨯⨯=64.2110cm -⨯42.若金属中传导电子的碰撞阻力可写成pτ- ,其中p是电子的动量,试从运动方程出发求金属在交变电场中的电导率。
解:设电场方向同电子运动方向,并设电场E=0sin E t ω由运动方程 dv mdt=dk dt =eE -=p τ-其中 p=k 是电子的动量∴1dt ke τ⎰=10sin d eE te dt ττω⎰-⎰+C ∴tke τ=0sin teE e tdt τω-⎰=0221(sin cos )1te t t eE τωωωτωτ--+∴k=022(sin cos )1eE t t τωτωωτω--+由mv k = 022(sin cos )1eE t t v m τωτωωτω-=-+由j=nqv =nev -=E σ=0sin E t σω∴σ=0220(sin cos )()sin 1eE net t E t m τωτωωωτω---+=222(1)(1)ne ctg t m ττωωτω-+ 43.若磁场B 沿oz 轴,电流j 沿ox 轴,金属电子受到的碰撞阻力为p τ- ,试利用运动方程求金属的霍尔系数。