第2章_1 弹性力学基础与地震波—弹性力学基础
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第1章弹性力学基础第1节材料力学和弹性力学一、弹性力学的基本假设大量的工程问题都涉及到应力、应变及位移的分析计算,弹性力学(又称弹性理论)就是研究物体在外部因素(如外力、温度变化等)作用下产生的应力、应变及其位移规律的一门科学,它是固体力学的一个分支。
弹性力学的基本任务就是针对各种具体情况,确定弹性体内应力与应变的分布规律。
也就是说,当已知弹性体的形状、物理性质、受力情况和边界条件时,确定其任一点的应力、应变状态和位移。
弹性力学所研究的对象是理想弹性体,其应力与应变之间的关系为线性关系,即符合虎克定律。
所谓理想弹性体,是指符合下述四个假定的物体,即:1. 连续性假定假定物体整个体积都被组成该物体的介质所填满,不存在任何空隙。
尽管物体都是由微小粒子组成的,不符合这一假定,但只要粒子的尺寸以及相邻粒子之间的距离都比物体的尺寸小得很多,则连续性假定就不会引起显著的误差。
有了这一假定,物体内的一些物理量(如应力、应变等等)才能连续,因而才能用坐标的连续函数来表示它们的变化规律。
2.完全弹性假定假定物体满足虎克定律,应力与应变间的比例常数称为弹性常数。
弹性常数不随应力或应变的大小和符号而变。
由材料力学已知:脆性材料在应力未超过比例极限以前,可以认为近似的完全弹性体;而韧性材料在应力未达到屈服极限以前,也可以认为是近似的完全弹性体。
这个假定,使得物体在任意瞬时的应变将完全取决于该瞬时物体所受到的外力或温度变化等因素,而与加载的历史和加载顺序无关。
3. 均匀性假定假定整个物体是由同一材料组成的。
这样,整个物体的所有各部分才具有相同的弹性,因而物体的弹性常数才不会随位置坐标而变,可以取出该物体的任意一小部分来加以分析,然后把分析所得的结果应用于整个物体。
如果物体是由多种材料组成的,但是只要每一种材料的颗粒远远小于物体而且在物体内是均匀分布的,那么整个物体也就可以假定为均匀的。
4. 各向同性假定假定物体的弹性在各方向都是相同的。
第二章弹性力学基础
图二半轴有限元模型
一、应力分量与平衡微分方程
空间独立的应力分量正应力分量:切应力分量:应力分量列阵: x y z σσσ xy
yz zx
τττ{} T
x y z xy yz zx σσσστττ⎡⎤=⎣⎦
注意下标的意义与符号规定!!
(2-1)
⎤
二、几何方程
空间独立的应变分量正应变分量:切应变分量:应变分量列阵:(2-3)
z y x εεε,,zx yz xy γγγ,,{}T
zx yz xy z
y x
][γγγεεεε=如何计算正应变和切应变??
y
⎤⎥
五、虚功原理
虚位移:满足物体内变形连续条件,边界上位移约束条件的任何可能的无限小位移。
虚功:真实外力在虚位移上所做的功。
虚应变:对可变形的弹性体,虚位移也必将导致虚应变,虚应变和虚位移之间满足弹性体几何方程。
虚功原理:外力作用下处于平衡状态的弹性体,外力在虚位移上做的总虚功等于弹性体内真实应力在虚应变上做的总虚变形功。
x F Vx
F C
C。
第二章弹性力学基础弹性力学又称弹性理论,它是固体力学的一个分支。
弹性力学任务是确定结构或机械零件在外载荷作用或温度改变等原因而发生的应力、位移和应变。
弹性力学与材料力学总的任务是相同的,但弹性力学研究的问题比材料力学要更加深刻和精确,并研究材料力学所不能解决的一些问题。
材料力学-----研究杆状构件(长度>>高度和宽度)在拉压、剪切、弯曲、扭转作用下的应力和位移。
弹性力学-----研究板壳、挡土墙、堤坝、地基等实体结构。
对杆状构件作较精确的分析,也需用弹性力学。
结构力学-----研究杆状构件所组成的结构。
例如桁架、刚架。
第一节弹性力学假设在弹性力学中,所研究的问题主要是理想弹性体的线性问题,所谓理想弹性体的线性问题,是指符合以下假定的物体。
1. 假设物体是线弹性的假定物体服从虎克定律,即应变与引起该应变的应力成正比,反映这一比例关系的常数,就是弹性常数。
即该比例关系不随应力、应变的大小和符号而变。
由材料力学已知:脆性材料的物体:在应力≤比例极限以前,可作为近似的完全弹性体;韧性(塑性)材料的物体:在应力<屈服极限以前,可作为近似的完全弹性体。
这个假定,使得物体在任意瞬时的应变将完全取决于该瞬时物体所受到的外力或温度变化等因素,而与加载的历史和加载顺序无关。
2. 假设物体是连续性的假设整个物体的体积都被该物体介质完全充满,不留下任何空隙。
有了这一假定决定了应力、应变、位移是连续的,可用坐标的连续函数来表示他们的变化规律。
注:实际上,一切物体都是由微粒组成的,都不能符合该假定。
但是由于物体粒子的尺寸以及相邻粒子间的距离,都比物体自己本身的尺寸小得很多,因此连续性假设不会引起显着的误差。
3. 假设物体是均匀性、各向同性的整个物体是由同一材料组成的。
这样整个物体的所有各部分才具有相同的弹性,因而物体的弹性常数不随坐标而变化,可以取出该物体的任意一小部分来加以分析,然后把分析所得结果应用于整个物体。