用差分法和变分法解平面问题-讲义
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弹性力学的平面问题解法摘要:本文从弹性力学最基本的平面问题出发,通过求解平面问题的解析法、数值法和试验方法来感受弹性力学研究问题的手段、方法,体会弹性力学的魅力,并为其它力学学科的学习打下基础。
着眼于弹性力学求解方法中一些方法,通过其在平面问题中的应用来介绍几种方法的研究思路,研究方法以及优缺点。
弹性力学作为固体力学的一个重要分支,它的研究对象是板、壳、实体以及单根杆件,它是研究弹性固体由于受外力作用,边界约束或者温度改变及其他一种或多种外界条件作用下产生的应力、应变和位移。
它的研究对象是板、壳、实体以及单根杆件。
关键词:弹性力学;平面问题;解法前言:弹性力学是材料力学问题的精确解,是结构力学,塑性力学等力学学科的基础,其广泛应用于土木工程、航空航天工程及机械工程等多个学科领域。
并且随着科学技术手段的进步,电子计算机得以应用到弹性力学的计算分析中,这极大地促进了弹性力学问题的分析计算更加深入,促使了有限单元法得以实现。
本文从弹性力学最基本的平面问题出发,通过求解平面问题的解析法、数值法和试验方法来感受弹性力学研究问题的手段、方法,体会弹性力学的魅力,并为其它力学学科的学习打下坚实的基础。
1 问题解法1.1解析法解析法是根据研究对象在结构中的静力平衡条件,几何关系和物理关系建立边界条件,平衡微分方程,几何方程和物理方程,并以此求解应力分量,应变分量和位移分量的一种平面问题的精确解法。
按求解时的基本未知量选取不同可分为按位移求解的位移法和按应力求解的应力法。
第一个位移法:以位移为基本未知量时的基本方程如下:位移边界条件如下从上面的公式可以看出位移法求解平面问题时的基本未知量只有两个,与应力法的三个基本未知量相比求解简单很多,并且不但能求解位移边界条件,还能求解应力边界条件与混合边界条件。
第二个应力法:应力法以应力分量作为基本未知量,由此平面问题的平衡微分方程,几何方程,物理方程以及边界条件经过推导可变为如下形式:基本方程:应力边界条件:值得注意的是按应力求解时边界条件应全部为应力边界条件。