弹性力学理论基础
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第一章1、弹性力学的任务是什么弹性力学的任务是分析各种结构物或其构件在弹性阶段的应力和位移,校核它们是否具有所需的强度和刚度,并寻求或改进它们的计算方法。
2、弹性力学的基本假设是什么?为什么要采用这些假设?(1) 假设物体是连续的——物体内部由连续介质组成,物体中没有空隙,因此物体中的应力、应变、位移等量是连续的•可以用坐标的连续函数表示。
实际上,所有的物体均由分子构成,但分子的大小及分子间的距离与物体的尺寸相比是很微小的,故可以不考虑物体内的分个构造。
根据这个假设所得的结果与实验结果是符合的。
(2) 假设物体是匀质的和各向同性的一一物体内部各点与各方向上的介质相同,因此,物体各部分的物理性质是相同的。
这样,物体的弹性常数(弹性模量、泊松比)不随位置坐标和方向而变化。
钢材由微小结晶体组成,晶体本身是各向异性的、但由于晶体很微小而排列又不规则,按其材料的平均性质,可以认为钢材是各向同性的。
木材不是各向同性的。
(3) 假设物体是完全弹性的一一物体在外加因家(裁荷、温度变化等)的作用下发生变形,在外加固素去除后,物体完全恢复其原来形状而没有任何剩余变形。
同时还假定材料服从胡克定律,即应力与形变成正比。
(4) 假设物体的变形是很小的——在载荷或温度变化等的作用下,物体变形而产生的位移,与物体的尺寸相比,是很微小的。
在研究物体受力后的平衡状态时,可以不考虑物体尺寸的改变。
在研究物体的应变时,可以赂去应变的乘积,因此,在微小形变的情况下弹性理论中的微分方程将是线性的。
(5) 假设物体内无初应力一一认为物体是处于自然状态,即在载荷或温度变化等作用之前,物体内部没合应力。
也就是说,出弹性理论所求得的应力仅仅是由于载荷或温度变化等所产生的。
物体中初应力的性质及数值与物体形成的历史有关。
若物体中有韧应力存在,则由弹性理论所求得的应力加上初应力才是物体中的实际应力。
上面基本假设中•假设(4)是属于几何假设,其他假设是属于物理假设。
弹性力学理论弹性力学理论是研究物体在受力作用下的变形和应力分布规律的科学理论。
它是应用力学的基础学科,对于工程领域的设计和分析至关重要。
本文将从理论概述、基本原理、应力分析、变形分析和应用等方面对弹性力学进行论述。
一、理论概述弹性力学理论是力学中的重要分支,它研究的是物体在受力作用下的弹性变形和应力分布规律。
从宏观上来看,弹性力学理论可以用于解释物体的形变和变形后的恢复情况。
从微观角度来看,弹性力学理论涉及到原子和分子之间的相互作用力,以及它们之间的位移和应力的关系。
二、基本原理弹性力学理论建立在几个基本原理之上。
首先是虚功原理,它表明物体在受力作用下的形变能量等于外力对物体所做的功。
其次是共轭原理,说明应力与应变之间存在一一对应的关系。
弹性力学还依赖于线性弹性假设,即假设物体的应力与应变之间是线性关系。
三、应力分析弹性力学理论对于应力分析提供了有力的工具。
应力是物体内部的力分布,它可以通过弹性模量、泊松比等参数进行描述。
弹性力学理论可以计算各个部位的应力大小和分布情况,从而评估物体在受力下是否会发生破坏。
在工程实践中,应力分析是设计结构和材料的重要环节。
四、变形分析除了应力分析,变形分析也是弹性力学理论的重要内容。
变形是物体在受力作用下发生的形状改变,它可以通过应变进行描述。
弹性力学理论可以计算物体在受力下的变形情况,包括线性弹性变形和非线性变形等。
通过对变形进行分析,可以判断物体是否满足设计要求,以及设计参数的合理性。
五、应用弹性力学理论在工程领域有广泛的应用。
在结构设计中,弹性力学理论可以用于计算各个部位的应力和变形情况,从而预测结构的安全性和可靠性。
在材料工程中,弹性力学理论可以评估材料的弹性性能和变形行为,为材料选择和优化提供指导。
此外,弹性力学理论还被应用于地质勘探、地震学和生物力学等领域。
结论弹性力学理论作为应用力学的基础学科,对于工程领域的设计和分析具有重要意义。
通过理论概述、基本原理、应力分析、变形分析和应用等方面的论述,对弹性力学进行了全面介绍。
第二章 弹性力学基本理论及变分原理弹性力学是固体力学的一个分支。
它研究弹性体在外力或其他因素(如温度变化)作用下产生的应力、应变和位移,并为各种结构或其构件的强度、刚度和稳定性等的计算提供必要的理论基础和计算方法。
本章将介绍弹性力学的基本方程及有关的变分原理。
§2.1小位移变形弹性力学的基本方程和变分原理在结构数值分析中,经常用到弹性力学中的定解问题及与之等效的变分原理。
现将它们连同相应的矩阵形式的张量表达式综合引述于后,详细推导可参阅有关的书籍。
§2.1.1弹性力学的基本方程的矩阵形式弹性体在载荷作用下,体内任意一点的应力状态可由6个应力分量表示,它们的矩阵表示称为应力列阵或应力向量111213141516222324252633343536444546555666x x y y z z xy xy yz yz zx zx D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D D σεσεσετγτγτγ⎧⎫⎡⎤⎧⎫⎪⎪⎢⎥⎪⎪⎪⎪⎢⎥⎪⎪⎪⎪⎢⎥⎪⎪⎪⎪⎪⎪=⎢⎥⎨⎬⎨⎬⎢⎥⎪⎪⎪⎪⎢⎥⎪⎪⎪⎪⎢⎥⎪⎪⎪⎪⎢⎥⎪⎪⎪⎪⎩⎭⎣⎦⎩⎭ (2.1.1) 弹性体在载荷作用下,将产生位移和变形,弹性体内任意一点位移可用3个位移分量表示,它们的矩阵形式为[]T u u v u v w w ⎧⎫⎪⎪==⎨⎬⎪⎪⎩⎭(2.1.2)弹性体内任意一点的应变,可由6个应变分量表示,应变的矩阵形式为x y Tz xy z xy yz zx xy yz zx εεεσεεεγγγγγγ⎧⎫⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎡⎤==⎨⎬⎣⎦⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎭(2.1.3)对于三维问题,弹性力学的基本方程可写成如下形式 1 平衡方程0xy x zx x f x y z τστ∂∂∂+++=∂∂∂ 0xy y zy y f xyzτστ∂∂∂+++=∂∂∂0yz zx zz f x y zττσ∂∂∂+++=∂∂∂ x f 、y f 和z f 为单位体积的体积力在x 、y 、z 方向的分量。
弹性力学基础知识点复习固体力学的重要分支,它研究弹性物体在外力和其他外界因素作用下产生的变形和内力,又称弹性理论。
它是材料力学、结构力学、塑性力学和某些交叉学科的基础,广泛应用于建筑、机械、化工、航天等工程领域。
弹性体是变形体的一种,它的特征为:在外力作用下物体变形,当外力不超过某一限度时,除去外力后物体即恢复原状。
绝对弹性体是不存在的。
物体在外力除去后的残余变形很小时,一般就把它当作弹性体处理。
人类从很早时就已经知道利用物体的弹性性质了,比如古代弓箭就是利用物体弹性的例子。
当时人们还是不自觉的运用弹性原理,而人们有系统、定量地研究弹性力学,是从17世纪开始的。
弹性力学所依据的基本规律有三个:变形连续规律、应力-应变关系和运动(或平衡)规律,它们有时被称为弹性力学三大基本规律。
弹性力学中许多定理、公式和结论等,都可以从三大基本规律推导出来。
连续变形规律是指弹性力学在考虑物体的变形时,只考虑经过连续变形后仍为连续的物体,如果物体中本来就有裂纹,则只考虑裂纹不扩展的情况。
这里主要使用数学中的几何方程和位移边界条件等方面的知识。
弹性力学所依据的基本规律有三个:变形连续规律、应力-应变关系和运动(或平衡)规律,它们有时被称为弹性力学三大基本规律。
弹性力学中许多定理、公式和结论等,都可以从三大基本规律推导出来。
①变形连续规律弹性力学(和刚体的力学理论不同)考虑到物体的变形,但只限于考虑原来连续、变形后仍为连续的物体,在变形过程中,物体不产生新的不连续面。
如果物体中本来就有裂纹,则弹性力学只考虑裂纹不扩展的情况。
反映变形连续规律的数学方程有两类:几何方程和位移边界条件。
几何方程反映应变和位移的联系,它的力学含义是,应变完全由连续的位移所引起,。
弹性力学中的弹性体的振动和谐振频率弹性体是指在外力作用下,能够发生形变,但在外力作用消失后,又能够恢复原状的材料。
在弹性体的振动过程中,涉及到振动和谐共振频率的概念。
本文将探讨弹性力学中的弹性体的振动和谐共振频率,并介绍相关理论和应用。
一、弹性力学基础在深入理解弹性体的振动和谐共振频率前,先了解一些弹性力学的基础知识是必要的。
弹性力学是研究物体在外力作用下产生形变的一门学科。
在弹性力学中,有两个重要的基本方程:胡克定律和牛顿第二定律。
胡克定律是描述物体弹性形变的关系,简单来说就是弹性体的形变与受力成正比。
具体公式为:F = -kx其中,F表示受力,k表示弹簧系数,x表示形变。
牛顿第二定律是描述物体受力与加速度之间关系的定律。
其公式为:F = ma其中,F表示受力,m表示物体质量,a表示加速度。
二、弹性体的振动当一个弹性体受到外力作用后,如果形变足够小,就可以认为弹性体是弹性的,可以发生振动。
弹性体的振动有两种基本形式:自由振动和受迫振动。
1. 自由振动自由振动是指弹性体在没有外力作用下的振动。
当弹性体受到外力作用后,会发生形变,但是外力消失后,弹性体会按照自己的固有特性恢复原状,继续向前振动。
弹性体的自由振动是周期性的,振动的周期取决于弹性体的固有特性,与外力无关。
2. 受迫振动受迫振动是指弹性体在外力作用下的振动。
外力可以是周期性的,弹性体会跟随外力的周期进行振动,这种振动称为强制振动;外力也可以是非周期性的,弹性体会根据外力的不同而产生各种不规则的振动。
三、弹性体的谐振频率在自由振动中,弹性体的振动可以通过谐振频率进行描述。
谐振频率是指使得振动呈现最大幅度的频率。
在弹性体受到自由振动的情况下,当振动频率等于谐振频率时,振幅最大;当振动频率与谐振频率有一定偏差时,振幅逐渐减小。
弹性体的谐振频率与弹性体的固有特性有关。
根据弹性力学的理论,谐振频率与弹性体的质量和弹性系数相关。
谐振频率可用以下公式表示:f = 1 / (2π) * √(k / m)其中,f表示振动的频率,k表示弹簧系数,m表示物体质量。
弹性力学的基本理论及其在实际中的应用弹性力学是固体力学学科的分支。
其基本任务是研究弹性体由于外力载荷或者温度改变,物体内部所产生的位移、变形和应力分布等,为解决工程结构的强度,刚度和稳定性问题作准备,但是并不直接作强度和刚度分析。
一.弹性力学的基本规律规律假设弹性力学的研究对象是完全弹性体。
弹性力学所依据的基本规律有三个:变形连续规律、应力-应变关系和运动(或平衡)规律,它们有时被称为弹性力学三大基本规律。
井下工程是复杂多变的,随着工程的进展,巷道的应力情况也在不断的变化,我们研究的不是一个静止的物体,我们要研究的是一个动态的、不断变化的围岩条件。
要研究岩体的弹性问题,必须要给它一个前提,也就是对它的假设,基本假设是弹性力学讨论问题的基础。
没有基本假设任何问题也进行不了.下面简要介绍弹性力学的几个基本假设:1.连续性假设:假设所研究的整个弹性体内部完全由组成物体的介质所充满,各个质点之间不存在任何空袭。
2.均匀性假设:假设弹性物体是由同一类型的均匀材料组成的。
因此物体各个部分的物理性质都是相同的,不随坐标位置的变化而改变。
因此,物体的弹性性质处处是相同的。
3.各向同性假设:假定物体在各个不同的方向上具有相同的物理性质,这就是说物体的弹性常熟将不随坐标方向的改变而变化。
4.完全弹性假设:对应一定的温度,如果应力和应变之间存在一一对应关系,而且这个关系和时间无关,也和变形历史无关,称为完全弹性材料。
5.小变形假设:假设在外力或者其他外界因素(如温度等)的影响下,物体的变形与物体自身几何尺寸相比属于高阶小量。
6.无初始应力的假设:假设物体处于自然状态,即在外界因素(如外力或温度变化等)作用之前,物体内部没有应力。
根据这一假设,弹性力学求解的应力仅仅是外力或温度改变而产生的。
二.下面介绍一下弹性力学基本的解决问题的方法:弹性力学的研究方法主要有数学方法和实验方法,以及二者结合的方法。
数学方法基本上是根据弹性力学的基本方程,对岩体在某种假设的前提下进行弹性分析,从而得出岩体的各种力学参数。
弹性理论基础答案【篇一:弹性力学基础习题答案nnnn1】/p> 2.1计算:(1)?pi?iq?qj?jk,(2)epqieijkajk,(3)eijpeklpbkiblj。
解:(1)?pi?iq?qj?jk(2)epqieijkajk2.2证明:若aij(3)eijpeklpbkiblj??pq?qj?jk??pj?jk??pk;?(?ik?jl??il?jk)bkiblj?biibjj?bjibij。
?(?pj?qk??pk?qj)ajk?apq?aqp;?aji,则eijkajk?0。
证:2eijkajk?eijkajk?eikjakj?eijkajk?eijkakj?eijkajk?eijkajk?0。
2.3设a、b和c是三个矢量,试证明:a?aa?ba?cb?ab?bb?c?[a,b,c]2 c?ac?bc?ca?aa?ba?caiaiaibiaicia1a2a3a1b1c12证:b?ab?bb?c?biaibibibici?b1b2b3a2b2c2?[a,b,c]。
c?ac?bc?cciaicibicicic1c2c3a3b3c32.4设a、b、c和d是四个矢量,证明:(a?b)?(c?d)?(a?c)(b?d)?(a?d)(b?c)证:(a?b)?(c?d)?aibjeijkek?cldmelmnen?aibjcldmeijkelmk ?aibjcld m(?il?jm??im?jl)?(aici)(bjdj)?(aidi)(bjcj) ?(a?c)(b?d)?(a?d)(b?c )。
2.5设有矢量u?uiei。
原坐标系绕z轴转动?系,如图2.4所示。
试求矢量u在新坐标系中的分量。
解:?1?1?cos?,?1?2?sin?,?1?3?0,?2?1??sin?,?2?2?cos ?,?2?3?0,?3?1?0,?3?2?0,?3?3?1。
u1???1?iui?u1cos??u2sin?,图2.41u2???2?iui??u1sin??u2cos?,u3???3?iui?u3。
弹性力学学习心得弹性力学是一门研究物体变形和恢复形状的力学学科。
它是力学的一个重要分支,对于理解物体的力学行为和设计工程结构具有重要的价值。
在我学习弹性力学过程中,我深感到其复杂和有趣之处。
通过理论学习和实践实验相结合,我对弹性力学的原理和应用有了更深入的理解。
在此,我将分享我的学习心得。
首先,在学习弹性力学的过程中,我通过读相关教材和论文,了解了弹性力学的基本原理和公式。
弹性力学的理论基础主要包括胡克定律、应力应变关系、位移-应变关系等。
通过学习这些基本理论,我了解了物体变形和应力的关系、物体的弹性模量以及弹性体的力学性质等重要概念。
这些基本理论为我后续的学习和应用奠定了基础。
其次,为了更深入地理解弹性力学的原理,我进行了一些实践实验。
我使用了弹簧、金属丝、橡胶等材料,进行了拉伸、压缩、弯曲等实验。
通过观察和测量实验数据,我探索了材料在不同应力下的变形和恢复行为,观察了弹性体在不同应变下的应力分布情况。
这些实验加深了我对弹性力学原理的理解,让我更直观地感受到弹性体的力学行为。
同时,实践实验也使我熟悉了一些实验工具和技巧,提高了我的实践操作能力。
除了基本理论和实践实验,我还通过解决一些弹性力学问题来加深对弹性力学原理的理解。
我选择了一些典型的问题,如弹性杆的变形、悬臂梁的应力分布等,运用所学的理论知识进行分析和计算。
通过解决这些问题,我进一步巩固了基本概念和公式的应用,同时也培养了自己的问题分析和解决能力。
这些问题的解答过程中,我不仅要运用所学的知识,还要进行一定的推理和推导,这培养了我的逻辑思维能力。
在学习弹性力学的过程中,我也意识到理论和实践相结合的重要性。
单纯的理论学习往往难以体会到实际问题的复杂性和实际应用的实用性。
而实践实验和问题解决则能够将理论知识具体化,并加深对知识的理解和记忆。
因此,我在学习弹性力学时注重在理论学习和实践实验之间进行平衡,并相互促进。
弹性力学是一门深奥而有趣的学科,通过学习和实践,我对于弹性力学的原理和应用有了更深入的理解。