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。

F6060A

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