§8-3 用积分法求梁的挠度和转角
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不定积分和定积分知识的应用1 积分法原理及知识的应用1.1求解静定梁的挠度和转角,应用积分法的原理及知识此问题主要出现在水利工程专业的《工程力学》课程中,主要应用于求解建筑结构中静定梁的位移。
梁变形时,其上各横截面的位置都发生移动,称之位移;位移通常用挠度和转角两个基本量描述。
运用微分法和积分法求解挠度和转角的一般步骤是:(1)建立挠曲线近似微分方程,即 EI x M dxy d )(22-=;(2)对微分方程二次积分。
积分一次,可得出转角方程:⎰+-==])([1C dx x M EIdx dy Q ;再积分一次,可得出挠度方程:⎰⎰++-=]))(([1D Cx dx x M EIy ;(3)利用边界条件或连续条件确定积分常数C 、D ;(4)确定转角方程和挠度方程;(5)求指定截面的转角和挠度值。
〔实例1〕一等截面悬臂梁如图所示,自由端受集中力P 作用,梁的抗弯刚度为EI ,求自由端的转角和挠度。
分析:首先建立合适的直角坐标系,根据力学知识可知,该梁的弯矩方程为M ( x )=-P (l-x ),挠曲线的近似微分方程为22dx y d =EI1-[-P(l-x)].然后,对微分方程二次积分,利用边界条件确定积分常数(C=0,D=0).最后,回代转角方程和挠度方程,从而求得自由端截面的转角和挠度。
x解答:(计算过程略) 自由端截面的转角和挠度分别为P EI B (1=θl 2-21Pl 2)=EI Pl 22y B =21(1EI Pl 3-61Pl 3)=EI Pl 33 (转角θB 为正,表示截面B 是顺时针转;挠度y B 为正,表示挠度是向下的.) 〔实例2〕一承受均布荷载的等截面简支梁如图所示,梁的抗弯刚度为EI ,求梁的最大挠度及B 截面的转角。
分析:首先建立合适的直角坐标系,根据力学知识可知,该梁的弯矩方程为M (x )=21qlx-21qx 2,挠曲线近似微分方程为22dxy d =-EI 1[21qlx-21qx 2].然后,对微分方程二次积分,利用边界条件确定积分常数(D=0,C=241ql 3).最后,回代转角方程和挠度方程,从而求得最大挠度和截面B 的转角。
梁的挠度和转角问题分析梁的挠度和转角问题分析【引言】梁是工程中常见的结构构件之一,广泛应用于桥梁、楼板、悬挑等结构中。
在梁的工作过程中,挠度和转角是重要的力学参数,在设计和分析中起着重要作用。
本文将从理论和实际应用两个方面,对梁的挠度和转角问题进行分析。
【理论分析】1. 梁的基本原理梁是一种受力的构件,根据受力原理,梁可以被看作是许多个点质量组成的杆件。
在梁受到外力作用时,会产生内力和应变,从而引起梁的变形。
梁的挠度和转角是反映梁变形程度的重要参数。
2. 梁的挠度计算方法梁的挠度通常通过数学方程的求解来计算。
根据不同的边界条件和受力情况,可以采用不同的方法进行计算,如弯曲理论、拉伸理论、弯剪耦合理论等。
其中,弯曲理论是工程设计中常用的方法,利用欧拉-伯努力学说和简化假设,将梁的弯曲变形转化为微分方程求解问题。
3. 梁的转角计算方法梁的转角是指梁在受到外力或自重荷载作用时所产生的旋转变形。
在计算转角时,通常使用梁的弯矩与切线刚度的关系,通过积分计算得到。
转角的计算对于解决梁的位移和变形问题具有重要意义。
【实际应用】1. 桥梁工程中的挠度问题在桥梁工程中,挠度是重要的考虑因素之一。
过大的挠度会影响桥梁的使用寿命和安全性。
因此,在桥梁设计中需要进行挠度计算和控制。
通过实际工程实例,我们可以分析不同型式桥梁的挠度问题,如悬索桥、拱桥和梁桥等。
2. 楼板设计中的转角问题楼板作为建筑结构中的重要组成部分,其转角问题也需要得到充分考虑。
在楼板设计中,不同荷载条件下的转角计算是确保结构安全和满足使用要求的关键。
本文将分析楼板转角对结构整体性能和使用功能的影响,并提供相应的设计建议。
【结论】梁的挠度和转角问题是工程设计和分析中不可忽视的重要内容。
通过理论分析和实际应用,我们可以更好地理解梁的变形行为,并对梁的设计和优化提供参考,以确保结构的安全性和可靠性。
工程实践中的案例表明,挠度和转角分析在工程中起到了重要的引导作用,对于提高结构的设计水平和工程质量具有重要意义综上所述,梁的转角计算对于解决梁的位移和变形问题具有重要意义。
8-1试用积分法求图示各梁的转角方程和挠度方程,并求A 截面转角和C 截面挠度。
解:如(c)图所示 约束反力为:P R B =, Pl M B 23=弯矩方程为:8-3 滚轮在天车梁上移动。
现将梁做成向上微弯,若要求滚轮在梁上能走一水平路径,问需把梁预弯成什么形状(用v=f (x)的方程表示)才能达到要求?8-6 试画出下列各梁的挠曲线的大致形状。
注意曲率符号及支座约束条件。
8-9.EIa q y c 84=,此梁曲线的大致形状如图c 所示。
8-178-23 试用,叠加法计算图示等截面刚架B 处的垂直位移。
C 处为刚节点。
此刚架的截面为圆形,抗弯刚度为EI ,抗扭刚度为GI P 。
解: 分段考虑(1)AC :C 点受力P 和力矩M =Pl 的共同作用。
在力P 作用下:EIpl y c 331=在力矩M 作用下:ρϕGI pl l y c 22== (2)BC :EIpl y B 33= ρGI pl EI pl y y y v B c c B 332132+=++=8-28 A 1B 梁用A 2C 梁加固,两梁的EI 相同,试用变形比较法求两梁接触处的压力Y C 。
并用叠加法求v B 。
解:分开考虑两个梁 (1) 对A 1B :A 1B 受到P 和Y c 的共同作用,当P 单独作用时:))(3(6121/1↓−=l l EI pl v c当Y c 的单独作用:)(321//1↑=EIl Y v c c//1/11c c c v v v −=∴对A 2C :)(3212↓=EIl Y v c c利用,可得: 21c c v v =∴ 114)3(l l l p Y c −=(2)当P 单独作用时:)(321↓=EIpl v B当Y c 的单独作用: ))(3(61211↓−=l l EIl Y v c B)3(63121321l l EIl Y EI pl v v v c B B B −−=−=∴ 8-30 图示结构,悬臂梁AB 和简支梁DG 均用18号工字钢制成,BC 为圆截面钢杆,直径d =20mm 。
科学技术创新2018.06梁的挠度和转角问题分析王爽焦之森(齐齐哈尔大学建筑与土木工程学院,黑龙江齐齐哈尔161000)对简支梁、外伸梁的变形问题的解析计算方法有很多种,常见的有积分法[1-5]、能量法[1-5]、叠加法[1-5]、奇异函数法[1-5]和共轭梁法[1-5]等,在用积分法求解简支梁、外伸梁的变形问题时须求解多个积分常数,计算繁琐;奇异函数法仍属于积分法,求解过程也须解积分常数;如果仅计算某一截面的位移,能量法较为简单,不过仍须进行积分计算[6]。
本文通过间接叠加法,来介绍简支梁、外伸梁等结构在受载荷作用时挠度及转角问题的简单求解方法,即将简支梁、外伸梁等结构在受载荷作用时挠度及转角问题,转化为有初始转角的悬臂梁受载荷时的变形问题,使简支梁、外伸梁等结构在受载荷作用时挠度及转角问题的求解过程的思维难度得到很大程度的降低,从而问题变得更容易理解。
1原理介绍与例题分析悬臂梁具有一个固定端,当悬臂梁受已经与水平线外荷载作用时,靠近固定端的载面不发生转动,转角为零。
如果有一个悬臂梁,在未荷载时,形成一个小的角度θB ,如图1所示。
图1有初始转角的悬臂梁x 轴为水平方向,梁轴线与x 轴成角θB ,即θB 为初始转角,此梁称为有初始转角的悬臂梁。
在未受荷载时,相对于x 轴,自由端已经有一挠度为θB l 。
根据叠加法,当加一静荷载F 时,自由端的挠度ω=θB l+Fl 33EI 转角为θB +Fl22EI。
应用初始转角悬臂梁概念,只要知道悬臂梁在集中力偶、集中力和均布载荷作用下自由端的挠度和转角公式,就可以通过叠加法,求解简支梁、外伸梁、的变形问题。
跨长l ,刚度EI 的悬臂梁在集中力偶Me ,集中力F ,均布荷载q 作用下,自由端的挠度和转角公式列出如下Mel 22EI ,Mel EI ,Fl 33EI,Fl 23EI ,ql 48EI ,ql 36EI。
下面举几个例子。
例1.如图例2-1所示简支梁端受集中力偶Me 作用,求端截面转角。
§8-3 用积分法求梁的挠度和转角梁是一种常见的结构,在结构设计和分析中经常需要求解梁的挠度和转角。
挠度和转角是评价梁在受载过程中变形情况的重要指标,对于保证梁的安全性和使用寿命有着重要作用。
本文将介绍用积分法求解梁的挠度和转角的方法。
首先,需要明确梁的基本假设及其约束条件。
梁的基本假设包括:梁轴线是直线、截面内部应力分布均匀、横截面形状及尺寸在受力过程中不变、截面在平面内转动的角度很小、且不影响梁内部的应力分布等。
约束条件一般有:端部固定或支承等。
接着,需要根据约束条件和配重条件列出梁的弯曲方程和边界条件。
假设梁长度为L,x轴方向为梁轴线方向,则弯曲方程为:d^2y/dx^2+M/(EI)=0其中,y是梁的挠度,M是弯矩,E是杨氏模量,I是梁的截面惯性矩,上述方程即为梁的弯曲方程。
根据约束条件和配重条件,可以列出边界条件。
对于悬臂梁,端点处有一个支承,因此边界条件为y(0)=0,d^2y/dx^2(0)=0;对于双端支承梁,两端都有支承,因此边界条件为y(0)=y(L)=0,d^2y/dx^2(0)=d^2y/dx^2(L)=0。
根据弯曲方程和边界条件可以解出梁的挠度和转角。
但是,弯曲方程中的弯矩是未知的,需要通过力学分析求解。
通常的做法是,将梁截面分成若干小段,每段长度为dx,考虑该段上下两点的受力平衡条件,可以得到该段的弯矩M。
然后将弯矩代入弯曲方程求解,就可以得到该段的挠度和转角。
最后将所有小段的挠度和转角相加即可得到整个梁的挠度和转角。
具体的计算过程可以用数值方法进行,也可以用解析方法求解。
下面介绍解析方法的两种常用技巧:超定积分法和欧拉-伯努利积分法。
超定积分法是一种较为简单和常用的求解梁挠度和转角的方法。
它的基本思想是将弯曲方程两端同时积分两次,得到整个梁的挠度函数和转角函数,然后根据边界条件解出各个常数。
以悬臂梁为例,弯曲方程为:将上式积分两次,得到:其中,b1和b2是积分常数,需要根据边界条件求解。