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《弹性力学》试题参考答案（答题时间：100分钟）一、填空题（每小题4分）1．最小势能原理等价于弹性力学基本方程中： 平衡微分方程 ， 应力边界条件 。
2．一组可能的应力分量应满足： 平衡微分方程 ，相容方程（变形协调条件） 。
3．等截面直杆扭转问题中， M dxdy D=⎰⎰2ϕ的物理意义是 杆端截面上剪应力对转轴的矩等于杆截面内的扭矩M 。
4．平面问题的应力函数解法中，Airy 应力函数ϕ在边界上值的物理意义为 边界上某一点（基准点）到任一点外力的矩 。
5．弹性力学平衡微分方程、几何方程的张量表示为：0,=+i j ij X σ ，)(21,,i j j i ij u u +=ε。
二、简述题（每小题6分）1．试简述力学中的圣维南原理，并说明它在弹性力学分析中的作用。
圣维南原理：如果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（主矢与主矩相同），则近处的应力分布将有显著的改变，但远处的应力所受影响可以忽略不计。
作用：（1）将次要边界上复杂的面力（集中力、集中力偶等）作分布的面力代替。
（2）将次要的位移边界条件转化为应力边界条件处理。
2．图示两楔形体，试分别用直角坐标和极坐标写出其应力函数ϕ的分离变量形式。
题二（2）图（a ）⎩⎨⎧=++= )(),(),(222θθϕϕf r r cy bxy ax y x （b ）⎩⎨⎧=+++=)(),(),(33223θθϕϕf r r dy cxy y bx ax y x3．图示矩形弹性薄板，沿对角线方向作用一对拉力P ，板的几何尺寸如图，材料的弹性模量E 、泊松比 μ 已知。
试求薄板面积的改变量S ∆。
题二（3）图设当各边界受均布压力q 时，两力作用点的相对位移为l ∆。
由q E)1(1με-=得，)1(2222με-+=+=∆Eb a q b a l设板在力P 作用下的面积改变为S ∆，由功的互等定理有：l P S q ∆⋅=∆⋅将l ∆代入得：221b a P ES +-=∆μ显然，S ∆与板的形状无关，仅与E 、μ、l 有关。
应用弹塑性力学习题解答目录第二章习题答案设某点应力张量的分量值已知，求作用在过此点平面上的应力矢量，并求该应力矢量的法向分量。
解该平面的法线方向的方向余弦为而应力矢量的三个分量满足关系而法向分量满足关系最后结果为利用上题结果求应力分量为时，过平面处的应力矢量，及该矢量的法向分量及切向分量。
解求出后，可求出及，再利用关系可求得。
最终的结果为已知应力分量为，其特征方程为三次多项式，求。
如设法作变换，把该方程变为形式，求以及与的关系。
解求主方向的应力特征方程为式中：是三个应力不变量，并有公式代入已知量得为了使方程变为形式，可令代入，正好项被抵消，并可得关系代入数据得，，已知应力分量中，求三个主应力。
解在时容易求得三个应力不变量为，，特征方程变为求出三个根，如记，则三个主应力为记已知应力分量，是材料的屈服极限，求及主应力。
解先求平均应力，再求应力偏张量，，，，，。
由此求得然后求得，，解出然后按大小次序排列得到，，已知应力分量中，求三个主应力，以及每个主应力所对应的方向余弦。
解特征方程为记，则其解为，，。
对应于的方向余弦，，应满足下列关系（a）（b）（c）由（a）,(b)式，得，，代入（c）式，得，由此求得对，，代入得对，，代入得对，，代入得当时，证明成立。
解由，移项之得证得第三章习题答案取为弹性常数，，是用应变不变量表示应力不变量。
解：由，可得，由，得物体内部的位移场由坐标的函数给出，为，，，求点处微单元的应变张量、转动张量和转动矢量。
解：首先求出点的位移梯度张量将它分解成对称张量和反对称张量之和转动矢量的分量为，，该点处微单元体的转动角度为电阻应变计是一种量测物体表面一点沿一定方向相对伸长的装置，同常利用它可以量测得到一点的平面应变状态。
如图所示，在一点的3个方向分别粘贴应变片，若测得这3个应变片的相对伸长为，，，，求该点的主应变和主方向。
解：根据式先求出剪应变。
考察方向线元的线应变，将，，，，，代入其中，可得则主应变有解得主应变，，。
《弹性力学》试题参考答案（答题时间：100分钟）一、填空题（每小题4分）1．最小势能原理等价于弹性力学基本方程中： 平衡微分方程 ， 应力边界条件 。
2．一组可能的应力分量应满足： 平衡微分方程 ，相容方程（变形协调条件） 。
3．等截面直杆扭转问题中， 的物理意义是 杆端截面上剪应力对转轴的矩等于M dxdy D=⎰⎰2ϕ杆截面内的扭矩M 。
4．平面问题的应力函数解法中，Airy 应力函数在边界上值的物理意义为 边界上某一点（基准ϕ点）到任一点外力的矩 。
5．弹性力学平衡微分方程、几何方程的张量表示为： ，。
0,=+i j ij X σ)(21,,i j j i ij u u +=ε二、简述题（每小题6分）1．试简述力学中的圣维南原理，并说明它在弹性力学分析中的作用。
圣维南原理：如果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（主矢与主矩相同），则近处的应力分布将有显著的改变，但远处的应力所受影响可以忽略不计。
作用：（1）将次要边界上复杂的面力（集中力、集中力偶等）作分布的面力代替。
（2）将次要的位移边界条件转化为应力边界条件处理。
2．图示两楔形体，试分别用直角坐标和极坐标写出其应力函数的分离变量形式。
ϕ题二（2）图（a ） （b ）⎩⎨⎧=++= )(),(),(222θθϕϕf r r cy bxy ax y x ⎩⎨⎧=+++= )(),(),(33223θθϕϕf r r dy cxy y bx ax y x 3．图示矩形弹性薄板，沿对角线方向作用一对拉力P ，板的几何尺寸如图，材料的弹性模量E 、泊松比 μ 已知。
试求薄板面积的改变量。
S∆题二（3）图设当各边界受均布压力q 时，两力作用点的相对位移为。
由得，l ∆q E)1(1με-=)1(2222με-+=+=∆Eb a q b a l 设板在力P 作用下的面积改变为，由功的互等定理有：S ∆lP S q ∆⋅=∆⋅将代入得：l ∆221b a P ES +-=∆μ显然，与板的形状无关，仅与E 、、l 有关。
卷积型伽辽金法求解任意边界梁的动力学问题本文以卷积型伽辽金法为基础，探讨了其在任意边界梁动力学问题中的应用。
首先介绍了卷积型伽辽金法的基本原理和优势，然后详细阐述了其在任意边界梁动力学问题中的具体应用，包括边界条件的处理、频率响应函数的计算和动态响应的求解等。
最后，通过一个实例验证了卷积型伽辽金法在任意边界梁动力学问题中的有效性和实用性。
关键词：卷积型伽辽金法；任意边界梁；动力学问题；频率响应函数；动态响应1. 引言任意边界梁动力学问题是结构工程领域中的一个重要课题，其研究对于提高结构工程的安全性和可靠性具有重要意义。
在这类问题中，我们需要求解结构在外界作用下的动态响应，以评估结构的稳定性和安全性。
然而，由于梁的边界条件和载荷条件通常是复杂的，因此求解任意边界梁的动力学问题是一个具有挑战性的任务。
近年来，卷积型伽辽金法在结构工程领域中得到了广泛应用。
该方法具有高效、精确、通用等优势，能够很好地解决任意边界梁动力学问题。
本文就是基于卷积型伽辽金法，探讨其在任意边界梁动力学问题中的应用。
2. 卷积型伽辽金法的基本原理卷积型伽辽金法是一种基于积分变换的方法，其基本思想是将结构的位移函数表示为伽辽金函数的线性组合形式，然后利用卷积积分的性质将结构的动态响应计算转化为频率响应函数的计算。
卷积型伽辽金法的基本方程组如下所示：$$begin{aligned}&int_{0}^{L} G(x, s) u(s, omega) d s=frac{sin (omega L)}{omega} f(x, omega)&u(x, t)=frac{1}{2 pi} int_{-infty}^{+infty} U(x, omega) e^{i omega t} d omegaend{aligned}$$其中，$G(x,s)$是伽辽金函数，$u(x,t)$是结构在时间$t$时刻$x$处的位移，$f(x,omega)$是结构在频率$omega$时刻$x$处的外力，$U(x,omega)$是结构在频率$omega$时刻$x$处的频率响应函数。
悬臂梁挠度公式推导过程1. 悬臂梁的基本概念1.1 悬臂梁的定义悬臂梁的定义简单明了，一头固定、另一头自由。
就像是你在玩秋千，一头被绳子固定住，而你在秋千的另一头尽情摇摆。
1.2 挠度的重要性挠度是个技术词，但它其实就是测量梁弯曲程度的指标。
你能想象吗？一个结构如果挠度太大，可能就要“出大事”了，比如变形、开裂，甚至坍塌，真是个不小的麻烦！2. 挠度的推导过程2.1 载荷与反应在推导之前，我们得先了解一下载荷。
想象一下，你在悬臂梁的自由端放了个大西瓜，这个西瓜的重量就是载荷。
这个时候，梁会因为重力而弯曲。
我们需要计算出这弯曲的程度，嘿，这就是我们的目标！。
2.2 力学基本原理这时就得用到力学的基本原理了。
我们通常使用的公式是 ( y = frac{F cdotL^3{3EI )，其中的F是载荷，L是梁的长度，E是材料的弹性模量，而I是截面的惯性矩。
听起来有点复杂，但我们可以想象，F越大、L越长，挠度也会跟着增大，简单粗暴！3. 公式的应用与实际意义3.1 实际应用在实际工程中，这个挠度公式就像是建筑师的“心灵密码”。
无论是设计桥梁还是大楼，都要考虑挠度，确保它们在使用时不会像小鸡一样“摇摇欲坠”。
3.2 安全第一不要小看这个挠度，它关系到我们生活的安全。
比如，你家楼上的阳台，设计时可不能让它往下垂，万一有人站上去，哎呀，那可真是“屋漏偏逢连夜雨”了！总之，悬臂梁挠度的推导虽然看似枯燥，但其实背后蕴含着无数的智慧和安全考虑。
希望下次你看到悬臂梁时，不再只是觉得它是一根普通的梁，而是会想到它的挠度与安全的重要性。
生活中，哪怕是微不足道的小事，也总是有它背后的大道理，不是吗？。
《弹性力学》试题参考答案（答题时间：100分钟）一、填空题(每小题4分)1．最小势能原理等价于弹性力学基本方程中：平衡微分方程, 应力边界条件。
2．一组可能的应力分量应满足：平衡微分方程，相容方程（变形协调条件) 。
3．等截面直杆扭转问题中，的物理意义是杆端截面上剪应力对转轴的矩等于杆截面内的扭矩M.4．平面问题的应力函数解法中,Airy应力函数在边界上值的物理意义为边界上某一点(基准点)到任一点外力的矩。
5．弹性力学平衡微分方程、几何方程的张量表示为：，。
二、简述题（每小题6分）1．试简述力学中的圣维南原理，并说明它在弹性力学分析中的作用。
圣维南原理：如果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（主矢与主矩相同），则近处的应力分布将有显著的改变，但远处的应力所受影响可以忽略不计。
作用：（1）将次要边界上复杂的面力（集中力、集中力偶等）作分布的面力代替。
（2）将次要的位移边界条件转化为应力边界条件处理。
2．图示两楔形体，试分别用直角坐标和极坐标写出其应力函数的分离变量形式。
题二（2）图(a）（b）3．图示矩形弹性薄板，沿对角线方向作用一对拉力P，板的几何尺寸如图,材料的弹性模量E、泊松比 已知.试求薄板面积的改变量.题二（3）图设当各边界受均布压力q时，两力作用点的相对位移为。
由得，设板在力P作用下的面积改变为，由功的互等定理有：将代入得：显然，与板的形状无关，仅与E、、l有关。
4．图示曲杆，在边界上作用有均布拉应力q，在自由端作用有水平集中力P.试写出其边界条件（除固定端外）。
题二（4）图（1）;(2）（3）5．试简述拉甫（Love）位移函数法、伽辽金（Galerkin）位移函数法求解空间弹性力学问题的基本思想，并指出各自的适用性Love、Galerkin位移函数法求解空间弹性力学问题的基本思想:（1）变求多个位移函数或为求一些特殊函数，如调和函数、重调和函数。
（2)变求多个函数为求单个函数(特殊函数）。
变分法综述1.变分法1.1.变分法起源变分法是17世纪末发展起来的一门数学分支，主要是古典变分法，它理论完整，在力学、光学、物理学、摩擦学、经济学、宇航理论、信息论和自动控制论等诸多方面有广泛应用。
20世纪中叶发展起来的有限元法，其数学基础之一就是变分法。
[1]变分法是处理泛函的数学领域，和处理函数的普通微积分相对。
譬如，这样的泛函可以通过未知函数的积分和它的导数来构造。
变分法最终寻求的是极值函数：它们使得泛函取得极大或极小值。
有些曲线上的经典问题采用这种形式表达：一个例子是最速降线，在重力作用下一个粒子沿着该路径可以在最短时间从点A 到达不直接在它底下的一点B 。
在所有从A 到B 的曲线中必须极小化代表下降时间的表达式。
变分法的关键定理是欧拉－拉格朗日方程。
它对应于泛函的临界点。
在寻找函数的极大和极小值时，在一个解附近的微小变化的分析给出一阶的一个近似。
它不能分辨是找到了最大值或者最小值（或者都不是）。
变分法在理论物理中非常重要：在拉格朗日力学中，以及在最小作用量原理在量子力学的应用中。
变分法提供了有限元方法的数学基础，它是求解边界值问题的强力工具。
它们也在材料学中研究材料平衡中大量使用。
而在纯数学中的例子有，黎曼在调和函数中使用狄力克雷原理。
最优控制的理论是变分法的一个推广。
[2]同样的材料可以出现在不同的标题中，例如希尔伯特空间技术，摩尔斯理论，或者辛几何。
变分一词用于所有极值泛函问题。
微分几何中的测地线的研究是很显然的变分性质的领域。
极小曲面（肥皂泡）上也有很多研究工作，称为Plateau 问题。
1.2变分问题类型固定边界的变分问题，可动边界的变分问题，条件极值变分问题和参数形式的变分问题。
[3]（1）古典变分问题举例 例1：最速降线或捷线问题（Brachistorone or curve of Steepest descent ）问题。
这是历史上出的第一个变分法问题，1696年约翰·伯努利提出的。
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。
大挠度Euler-Bernoulli梁单元的算法研究周建博;冯志强;周洋靖【摘要】通过有限元方法研究Euler-Bernoulli梁变形的求解.形状函数矩阵通过Lagrange插值函数和两节点Hermite单元构造.然后根据形状函数矩阵推导大挠度几何非线性单元刚度矩阵.再利用C++编程,开发出一套可用于求解梁杆结构大挠度问题的算法.最后通过典型算例来验证本算法的计算精度.【期刊名称】《黑龙江科学》【年(卷),期】2018(009)013【总页数】4页(P10-13)【关键词】Euler-Bernoulli梁;有限元方法;大挠度;算法【作者】周建博;冯志强;周洋靖【作者单位】西南交通大学力学与工程学院,成都610031;西南交通大学力学与工程学院,成都610031;西南交通大学力学与工程学院,成都610031【正文语种】中文【中图分类】TH113工程中有大量的结构使用梁杆构件，其安全性和可靠性是设计所应追求的主要目标。
随着科学技术的发展，高强、轻质材料在显著提高了梁杆结构承载能力的同时，又降低自重，越来越受到人们的重视。
在静力学条件下，由于轴向和横向荷载的共同作用，梁杆构件将表现出明显的二阶效应(轴力效应)，即产生附加的横向位移和弯矩(拉力使横向位移和弯矩减小、压力使横向位移和弯矩增大)。
其实质是轴向荷载导致了构件刚度的改变[1]。
这个效应在静力学中表现为几何非线性。
如果此时仍然使用线性分析方法，将导致较大的计算误差。
严格意义上来讲，自然界的问题都是非线性问题。
对于很多非线性问题，可以近似用线性分析，也能达到相应的精度要求。
为了更准确地求解梁杆结构，很多学者开展了深入研究。
18世纪，基于Euler-Bernoulli的两个假设：第一，刚性横截面假定：变形前垂直梁中心线的平剖面，变形后仍然为平面。
第二，变形后的横截面仍与变形后的中性轴垂直。
于是建立了欧拉梁理论，在实际中应用广泛[2]。
Bank[3]给出了弹性体的非线性增量形式的完全拉格朗日描述和更新拉格朗日描述。
板的数值解法—伽辽金积分—伽辽金解法
李从尊
【期刊名称】《天津纺织工学院学报》
【年(卷),期】1989(000)002
【摘要】本文从伽辽金积分出发,从而导出一个常微分方程,然后再利用伽辽金解法解这个常微分方程,这样就得到了板的挠曲面方程。
【总页数】6页(P61-66)
【作者】李从尊
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】O241.4
【相关文献】
1.基于Matlab的直管流致振动的伽辽金解法 [J], 曹建华
2.Euler-Bernoulli梁的伽辽金解法 [J], 袁晓光
3.无单元伽辽金弱形式积分方法的研究 [J], 王立鹏;王欣彦;战洪仁;曾祥福;张先珍;王翠华
4.基于单位分解积分的伽辽金无网格方法研究 [J], 曾清红;卢德唐
5.稳定节点积分伽辽金无网格法的应力计算方法研究 [J], 王东东;李凌;张灿辉因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
