第十五章 能量法简介
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习题解答 第十五章 能量法简介 190 *第十五章 能量法简介 习题 15.1 试计算图标结构的变形能。略去剪切影响,EI为已知。对于只受拉压变形的杆件,需要考虑拉压的变形能。 解:(a)如图a所示,因结构和载荷均对此,所以利用静力学平衡条件,可很容易地得到约束反力 2BC
F
FF
F
/2l/2lAx图a
并且只取梁的一般进行计算。AB段梁任一截面上的弯矩方程为 022FlMxxx
梁的应变能为 22223
2200
4222296llFxdxMxdxFlVEIEIEI
(b)如图b所示,利用静力学平衡条件,求的约束反力为 13,88BCFqlFql
X/2l/2lqAX图b
BC
梁各段的弯矩方程为 BA段02lx 118Mxqlx 习题解答 第十五章 能量法简介 191 AC段02lx 223182Mxqlxqx 应变能为 22
1222
00
2225
22
0
222113117288215360lllMxdxMxdxVEIEIqlqlxqlxqxdxEIEI
XqAl
lX
图c (c)如图c所示,各杆段的弯矩方程为 AB段0xl 2112Mxqx
BC段0xl 2212Mxql 刚架的应变能为 22
12
00
2225
22
0
222111322220lllMxdxMxdxVEIEIqlqxqldxEIEI
(d)如图d所示利用静力学平衡条件求得梁AC的支座反力和杆BD的轴力为 3,22CNDBFFFF(拉)
梁各段的弯矩方程为 习题解答 第十五章 能量法简介
192 XXFAEAl/2l
23l
(d) CB段0xl 112MxFx BA段02lx 2MxFx 结构的应变能为 222
1212002222223220022233824164llNBD
ll
MxdxMxdxFl
VEIEIEAFxdxFxdxFlFlFlEIEIEAEIEA
(e)如图e所示利用静力学平衡条件,得刚架的支座反力和轴力为 2,,xyMFlFFFF,
Al
l
FFB
XX
图eC
刚架各段的弯矩方程为 AB段0xl 1MxFx BC段0xl 2MxFlFx 结构的应变能为 2222223
12
0000
322222llllMxdxMxdxFlFxdxFxdxFlVEIEIEIEIEI 习题解答 第十五章 能量法简介 193 15.2 试用卡氏定理计算习题15-1中各结构中截面A的铅垂位移以及B截面((e)图)的转角。 F
/2l/2lA
图aXX
BC
解:(a)受力分析如下图所示,有分析可得在x方向是不受力,只受y方向的力 FA1yF2yF
aF
由于在A处并无垂直外力,为此,设想在A处加一垂直外力aF,这时求解共同作用下的支座反力,A 受力分析如图所示,由平衡条件求得弯矩及对aF的偏导数为
BA段2axMxFF 2aMxxF
AC段2axMxFF 2aMxxF
截面A的铅垂位移为3202222()248laylaxFFMxMxxFldxdxEIFEIEI (2)由于在A处并无垂直外力,为此,设想在A处加一垂直外力aF,这时求解共同作用下的支座反力,A 受力分析如图所示,由平衡条件求得弯矩及对aF的偏导数为
A1yF2yF
aFq
BA段82aFqlMxx 2aMxxF 习题解答 第十五章 能量法简介
194 AC段2182222aaFqlllMxxFxqx 22aMxxlF 将以上结果代入202llylaaMxMxMxMxdxdxEIFEIF得 截面A的铅垂位移为45()768yqlEI (3)由于在A处并无垂直集中外力,为此,设想在A处加一垂直外力aF,这时求解共同作用下的支座反力,A 受力分析如图所示,由平衡条件求得弯矩及对aF的偏导数为
XqAl
lX
图c
aFB
C AB段212aMxxFqx aMxxF BC段212aMxlFql aMxlF 将以上结果代入201lyiaMxMxdxEIF得 截面A的铅垂位移为45()8yqlEI (4)题中受力分析如图所示,由平衡条件求得弯矩及对F的偏导数为 AB段12MxFx 12MxxF BC段MxFx MxxF 习题解答 第十五章 能量法简介
195 XXFAEAl/2l
23l
(d)
D
CB
同时求出BD轴力32NFF及偏导数为32NFF 将以上结果代入201lNNyiaMxMxFlFdxEIFEAF得 33()82yFlFl
EIEA
(5)1.题中受力分析如图所示,由平衡条件求得弯矩及对F的偏导数为
Al
l
FFB
XX
图eC
AB段0xl MxFx MxxF BC段0xl MxFlFx MxlF 将以上结果代入201lyiMxMxdxEIF得 截面A的铅垂位移为311()6yFlEI 2.由于在截面B处并无弯矩,设想在截面B处加一个弯矩,在杆件截面B上加了aM,如习题解答 第十五章 能量法简介 196 图所示,这时求共同作用下的支座反力,由平衡条件求得弯矩及对aM的偏导数为
Al
l
FFB
XX
图eC
aM
AB段0xl MxFx 0aMxM BC段0xl aMxFlFxM 1aMxM 将以上结果代入201lBiMxMxdxEIF得 20312laBFlFxMFl
dxEIEI
即232BFlEI顺时针
15.3 图示桁架,在节点B处承受铅垂载荷F作用,试用卡氏定理计算点节B的水平位移。各杆各截面的抗拉刚度均为EA。
F6060A
BCa
(a) aa
aFAB
CD
(b) 习题解答 第十五章 能量法简介 197 题15-3图 解:(a)由于在B处并无水平外力,为此,设想在B处加一水平外力aF,这时求解共同作
用下的支座反力,B受力分析如图a所示,由平衡条件求得杆件内力及对aF的偏导数为
FB(a)
1F
2FaF
BC杆件为 133aFFF, 133aFF AB杆件为 233aFFF, 233aFF AC杆件为 3362aFFF, 336aFF 于是B的水平位移为 3103333331212aNjjNjxjaFFlFaaFFFFEAFEAEA
(2)由于在B处并无水平外力,为此,设想在B处加一水平外力aF,这时求解共同作用下的支座反力,B受力分析如图a所示,由平衡条件求得杆件内力及对aF的偏导数为
(a)1F
2FF
BaF
AB杆件为1aFFF 11aFF BC杆件为22FF 20aFF CD杆件为3FF 30aFF