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∂2φ(x, y) 12Fxy − fx x = − 3 σx = 2 ∂y h ∂2φ(x, y) σy = − fy y = 0 2 ∂x ∂2φ(x, y) 3F y2 τ xy = − =− (1− 4 2 ) ∂x∂y 2h h
逆解法与半逆解法、 §3.2 逆解法与半逆解法、多项式解答
例题
逆解法与半逆解法、 §3.2 逆解法与半逆解法、多项式解答
例题
4qy3 3qy , f y = −(τ xy ) = 0 x = 0, fx = −(σx ) x=0 = − 3 + x=0 h 5h
的次要边界上, 在x=0的次要边界上,面力主失量和主矩如下: 的次要边界上 面力主失量和主矩如下:
h 2 h − 2
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例题
=0,l的次要边界上 在x=0, 的次要边界上,面力的主失量和主矩如下图: =0, 的次要边界上,面力的主失量和主矩如下图:
结论:对于如图所示矩形板和坐标系, 结论:对于如图所示矩形板和坐标系,当应力函数取 上述函数时,可知上边、下边无面力; 上述函数时,可知上边、下边无面力;而左边界上受 铅直面力;右边界上有按线性变化的水平面力,它可 铅直面力;右边界上有按线性变化的水平面力, 合成为一力偶;同时该边界上还有铅直面力。所以, 合成为一力偶;同时该边界上还有铅直面力。所以, 该应力函数可解决悬臂梁在自由端受集中力F作用的 该应力函数可解决悬臂梁在自由端受集中力 作用的 问题。 问题。
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例题
6qx2 y 4qy3 3qy q 4y3 3y 6qx h2 σx =− 3 + 3 − ,σy = (− 3 + −1),τxy = − 3 ( − y2 ) h h 5h 2 h h h 4
3、由边界形状和应力分量反推出边界上的面力: 由边界形状和应力分量反推出边界上的面力: 在主要边界y=± 上 在主要边界 ±h/2上:
6ql 2 y 4qy3 3qy 6ql h2 =− 3 + 3 − , f y = (τ xy ) = − 3 ( − y2 ) x=l h h 5h h 4
的次要边界上, 在x=l的次要边界上,面力的主失量和主矩如下: = 的次要边界上 面力的主失量和主矩如下:
FN = ∫ ( fx )x=l dy = 0 F = ∫ ( f y )x=l dy = −ql S M =∫
∂φ ∂φ ∂φ +2 2 2 + 4 = 0 4 ∂x ∂x ∂y ∂y
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半逆解法
(4)将应力函数φ代入式(2-24), (4)将应力函数φ代入式(2-24),由应力函数求得应力分量 将应力函数
∂2φ(x, y) ∂2φ(x, y) ∂2φ(x, y) − fx x, σy = − f y y, τ xy = − σx = 2 2 ∂y ∂x ∂x∂y
F = ∫ ( fx )x=0 dy = 0 N F = ∫ ( f y )x=0 dy = F S M = ∫ ( fx )x=0 ydy = 0
h 2 h − 2 h 2 h − 2
h 2 h − 2
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例题
12Fl 3F y2 x = l, fx = − 3 y, f y = − (1− 4 2 ) h 2h h
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例题
例2:习题 -4 :习题3- 解:按逆解法 1、将φ代入相容方程,可知其是满足的。 、 代入相容方程,可知其是满足的。 2、将φ代入式(2-24),得出应力分量: 、 ),得出应力分量 代入式( ),得出应力分量:
∂2φ(x, y) 6qx2 y 4qy3 3qy σx = − fx x = − 3 + 3 − 2 ∂y h h 5h ∂2φ(x, y) q 4y3 3y σy = − f y y = (− 3 + −1 ) 2 ∂x 2 h h ∂2φ(x, y) 6qx h2 τ xy = − = − 3 ( − y2 ) ∂x∂y h 4
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半逆解法
半逆解法: 半逆解法:
(1)对于给定的弹性力学问题,根据弹性体的几何形状、 (1)对于给定的弹性力学问题,根据弹性体的几何形状、 对于给定的弹性力学问题 几何形状 受力特征和变形的特点或已知的一些简单结论, 受力特征和变形的特点或已知的一些简单结论,如材料力学得 到的初等结论,假设部分或全部应力分量的函数形式 部分或全部应力分量的函数形式; 到的初等结论,假设部分或全部应力分量的函数形式; (2)按式(2-24),由应力反推出应力函数φ的一般形式( (2)按式(2-24),由应力反推出应力函数φ的一般形式(含 按式(2 待定函数项); 待定函数项); ∂2φ(x, y) ∂2φ(x, y) ∂2φ(x, y) − fx x, σy = − f y y, τ xy = − σx = 2 2 ∂y ∂x ∂x∂y (3)将应力函数φ代入相容方程进行校核,解出应力函数φ (3)将应力函数φ代入相容方程进行校核,解出应力函数φ 将应力函数 相容方程进行校核 的具体表达形式; 的具体表达形式; 4 4 4
左边界: 左边界: fx = −6ay, f y = 0 右边界: fx = 6ay, f y = 0 右边界:
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多项式解答
上边界: 上边界: fx = 0, f y = 0
下边界: 下边界: fx = 0, f y = 0
左边界: 左边界: fx = −6ay, f y = 0 右边界: fx = 6ay, f y = 0 右边界:
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例题
h y = ± , fx = 0, f y = 0 2 3F y2 x = 0, fx = 0, f y = (1− 4 2 ) 2h h 12Fl 3F y2 x = l, fx = − 3 y, f y = − (1− 4 2 ) h 2h h
4、如果应力函数取四次或四次以上的多项式, 如果应力函数取四次或四次以上的多项式, 则其中的系数必须满足一定的条件, 则其中的系数必须满足一定的条件,才能满足 相容方程。 相容方程。 (思考题:当应力函数取四次多项式ax4 + bx3y + 思考题:当应力函数取四次多项式 cx2y2 + dxy3 + ey4,求其满足相容方程的条件) 求其满足相容方程的条件)
h 2 h − 2 h 2 h − 2
fx = 0பைடு நூலகம் f y = 0
=0,l的次要边界上 在x=0, 的次要边界上,反推出面力如下: =0, 的次要边界上,反推出面力如下: 3F y2 x = 0, fx = −(σx ) x=0 = 0, f y = −(τ xy ) = (1− 4 2 ) x=0 2h h
x = l, fx = (σx ) x=l 12Fl 3F y2 = − 3 y, f y = (τ xy ) = − (1− 4 2 ) x=l h 2h h
结论: 结论: 上下边界无面力 无面力; (1)上下边界无面力; 左右边界为线性水平面力,并能合成为一个力偶, (2)左右边界为线性水平面力,并能合成为一个力偶, 因而能解决矩形梁受纯弯曲的问题。 因而能解决矩形梁受纯弯曲的问题。
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多项式解答
逆解法与半逆解法、 §3.2 逆解法与半逆解法、多项式解答
半逆解法
逆解法和半逆解法的求解过程带有“试算” 逆解法和半逆解法的求解过程带有“试算”的性质 ,显然弹性力学解的唯一性定理是逆解法和半逆解法 的理论依据。 的理论依据。
逆解法与半逆解法、 §3.2 逆解法与半逆解法、多项式解答
例题
例1:习题 -3 :习题3- 解:按逆解法 1、将φ代入相容方程,可知其是满足的。因此,它 代入相容方程,可知其是满足的。因此, 有可能成为该问题的解。 有可能成为该问题的解。 代入式( 24),得出应力分量: ),得出应力分量 2、将φ代入式(2-24),得出应力分量:
(σ y )
h y=− 2
= −q, (σ y )
h y=− 2
= 0, (τ xy )
h y=± 2
=0
因此, = 的边界面上面力为: 因此,在y=±h/2的边界面上面力为: 的边界面上面力为
h y = − : x = 0, f y = q f 2 h y = : x = 0, f y = 0 f 2
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多项式解答
3、取应力函数为三次式:φ=ay3 取应力函数为三次式: 显然,不论各系数取何值,相容方程(2-25)总能满足; 显然,不论各系数取何值,相容方程(2-25)总能满足; (2 总能满足 (2求得应力分量: 代入方程(2 24)求得应力分量 代入方程(2-24)求得应力分量: σx= 6ay ,σy =0 ,τxy=τyx= 0 代入应力边界条件方程(2-15), 代入应力边界条件方程(2-15),求得各边界上面力分 (2 布如下: 布如下: 上边界: 上边界: fx = 0, f y = 0 下边界: 下边界: fx = 0, f y = 0
FN = ∫ ( fx )x=0 dy = 0 F = ∫ ( f y )x=0 dy = 0 S M = ∫ ( fx )x=0 ydy = 0
h 2 h − 2 h 2 h − 2
h 2 h − 2
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例题
x = l, fx = (σx ) x=l