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彈性力學基本知識

圖文 更新时间:2026-10-15 02:51:17

基本概念: (1) 面力、體力與應力、應變、位移的概念及正負号規定 (2) 切應力互等定理: 作用在兩個互相垂直的面上,并且垂直于改兩面交線的切應力是互等的(大小相等,正負号也相同)。 (3) 彈性力學的基本假定: 連續性、完全彈性、均勻性、各向同性和小變形。 (4) 平面應力與平面應變; 設有很薄的等厚度薄闆,隻在闆邊上受有平行于闆面并且不沿厚度變化的面力或約束。同時,體力也平行與闆面并且不沿厚度方向變化。這時,

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,由切應力互等,

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,這樣隻剩下平行于xy面的三個平面應力分量,即

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,所以這種問題稱為平面應力問題。 設有很長的柱形體,它的橫截面不沿長度變化,在柱面上受有平行于橫截面且不沿長度變化的面力或約束,同時,體力也平行于橫截面且不沿長度變化,由對稱性可知,

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,根據切應力互等,

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。由胡克定律,

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,又由于z方向的位移w處處為零,即

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。因此,隻剩下平行于xy面的三個應變分量,即

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,所以這種問題習慣上稱為平面應變問題。 (5) 一點的應力狀态; 過一個點所有平面上應力情況的集合,稱為一點的應力狀态。 (6) 聖維南原理;(提邊界條件) 如果把物體的一小部分邊界上的面力,變換為分布不同但靜力等效的面力(主失相同,主矩也相同),那麼,近處的應力分布将有顯著的改變,但是遠處所受到的影響可以忽略不計。 (7) 軸對稱; 在空間問題中,如果彈性體的幾何形狀、約束情況,以及所受的外力作用,都是對稱于某一軸(通過該軸的任一平面都是對稱面),則所有的應力、變形和位移也就對稱于這一軸。這種問題稱為空間軸對稱問題。 一、 平衡微分方程:

二、 (1) 平面問題的平衡微分方程;

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(記) (2) 平面問題的平衡微分方程(極坐标);

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1、平衡方程僅反映物體内部的平衡,當應力分量滿足平衡方程,則物體内部是平衡的。 2、平衡方程也反映了應力分量與體力(自重或慣性力)的關系。 三、 幾何方程; (1) 平面問題的幾何方程;

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(記) (2) 平面問題的幾何方程(極坐标);

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1、幾何方程反映了位移和應變之間的關系。 2、當位移完全确定時,應變也确定;反之,當應變完全确定時,位移并不能确定。(剛體位移) 四、 物理方程; (1) 平面應力的物理方程;

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(記) (2) 平面應變的物理方程;

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(3) 極坐标的物理方程(平面應力);

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(4) 極坐标的物理方程(平面應變);

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五、 邊界條件; (1) 幾何邊界條件; 平面問題:

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在

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上; (2) 應力邊界條件; 平面問題:

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(記) (3) 接觸條件; 光滑接觸:

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n為接觸面的法線方向 非光滑接觸:

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n為接觸面的法線方向 (4) 位移單值條件;

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(5) 對稱性條件: 在空間問題中,如果彈性體的幾何形狀、約束情況,以及所受的外力作用,都是對稱于某一軸(通過該軸的任一平面都是對稱面),則所有的應力、變形和位移也就對稱于這一軸。這種問題稱為空間軸對稱問題。 一﹑概念 1.彈性力學,也稱彈性理論,是固體力學學科的一個分支。 2.固體力學包括理論力學、材料力學、結構力學、塑性力學、振動理論、斷裂力學、複合材料力學。 3基本任務:研究由于受外力、邊界約束或溫度改變等原因,在彈性體内部所産生的應力、形變和位移及其分布情況等。. 4研究對象是完全彈性體,包括杆件、闆和三維彈性體,比材料力學和結構力學的研究範圍更為廣泛 5.彈性力學基本方法:差分法、變分法、有限元法、實驗法. 6彈性力學研究問題,在彈性體内嚴格考慮靜力學、幾何學和物理學 三方面條件,在邊界上考慮邊界條件,求解微分方程得出較精确的解答;. 7.彈性力學中的基本假定:連續性、完全彈性、均勻性、各向同性、小變形假定。 8.幾何方程反映的是形變分量與位移分量之間的關系。 9.物理方程反映的是應力分量與形變分量之間的關系。 10.平衡微分方程反映的是應力分量與體力分量之間的關系。 11當物體的位移分量完全确定時,形變分量即完全确定。反之,當形變分量完全确定時,位移分量卻不能完全确定。 12.邊界條件表示在邊界上位移與約束、或應力與面力之間的關系式。它可以分為位移邊界條件、應力邊界條件和混合邊界條件。 13.聖維南原理主要内容:如果把物體表面一小部分邊界上作用的外力力系,變換為分布不同但靜力等效的力系(主失量相同,對同一點的主矩也相同),那麼隻在作用邊界近處的應力有顯著的改變,而在距離外力作用點較遠處,其影響可以忽略不計。 14. 聖維南原理的推廣:如果物體一小部分邊界上的面力是一個平衡力系(主失量和主矩都等于零),那麼,這個面力就隻會使近處産生顯著的應力,而遠處的應力可以不計。這是因為主失量和主矩都等于零的面力,與無面力狀态是靜力等效的,隻能在近處産生顯著的應力。 15.求解平面問題的兩種基本方法:位移法、應力法。 16.彈性力學的基本原理:解的唯一性原理﹑解的疊加原理﹑聖維南原理。 會推導兩種平衡微分方程 17.逆解法步驟:(1)先假設一滿足相容方程(2-25)的應力函數 (2)由式(2-24),根據應力函數求得應力分量 (3)在确定的坐标系下,考察具有确定的幾何尺寸和形狀的彈性體,根據主要邊界上的面力邊界條件(2-15)或次要邊界上的積分邊界條件, 分析這些應力分量對應于邊界上什麼樣的面力,從而得知所選取的應力函數可以解決什麼樣的問題。(或者根據已知面力确定應力函數或應力分量表達式中的待定系數 18.半逆解法步驟:(1)對于給定的彈性力學問題,根據彈性體的幾何形狀、受力特征和變形的特點或已知的一些簡單結論,如材料力學得到的初等結論,假設部分或全部應力分量的函數形式 (2)按式(2-24),由應力推出應力函數f的一般形式(含待定函數項); (3)将應力函數f代入相容方程進行校核,進而求得應力函數f的具體表達形式; (4)将應力函數f代入式(2-24),由應力函數求得應力分量 (5)根據邊界條件确定未知函數中的待定系數;考察應力分量是否滿足全

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一、單項選擇題(按題意将正确答案的編号填在括弧中,每小題2分,共10分)

1、彈性力學建立的基本方程多是偏微分方程,還必須結合( C )求解這些微分方程,以求得具體問題的應力、應變、位移。

A.相容方程 B.近似方法 C.邊界條件 D.附加假定

2、根據聖維南原理,作用在物體一小部分邊界上的力系可以用( B )的力系代替,則僅在近處應力分布有改變,而在遠處所受的影響可以不計。

A.幾何上等效 B.靜力上等效 C.平衡 D.任意

3、彈性力學平面問題的求解中,平面應力問題與平面應變問題的三類基本方程不完全相同,其比較關系為( B )。

A.平衡方程、幾何方程、物理方程完全相同

B.平衡方程、幾何方程相同,物理方程不同

C.平衡方程、物理方程相同,幾何方程不同

D.平衡方程相同,物理方程、幾何方程不同

在研究方法方面:材力考慮有限體ΔV的平衡,結果是近似的;彈力考慮微分體dV 的平,結果比較精确。

4、常體力情況下,用應力函數表示的相容方程形式為

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,

6、設有函數

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,

(1)判斷該函數可否作為應力函數?(3分)

(2)選擇該函數為應力函數時,考察其在圖中所示的矩形闆和坐标系(見題九圖)中能解決什麼問題(l >>h)。(15分)

解:

(1)将φ代入相容方程

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,顯然滿足。因此,該函數可以作為應力函數。

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​重試

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對于如圖所示的矩形闆和坐标系,結合邊界上面力與應力的關系,當闆内發生上述應力時,由主邊界和次邊界上的應力邊界條件可知,左邊、下邊無面力;而上邊界上受有向下的均布壓力;右邊界上有按線性變化的水平面力合成為一力偶和鉛直面力。

所以,能夠解決右端為固定端約束的懸臂梁在上邊界受均布荷載q的問題。

2009 ~ 2010學年第 二 學期期末考試試卷 ( A )卷

一. 名詞解釋(共10分,每小題5分)

1. 彈性力學:研究彈性體由于受外力作用或溫度改變等原因而發生的應力、應變和位移。

2. 聖維南原理:如果把物體的一小部分邊界上的面力,變換為分布不同但靜力等效的面力(主矢量相同,對于同一點的主矩也相同),那麼近處的應力分布将有顯著的改變,但是遠處所受的影響可以不計。

應力符号的規定為: 正面正向、負面負向為正,反之為負 。4. 彈性力學中,正面是指 外法向方向沿坐标軸正向 的面,負面是指 外法向方向沿坐标軸負向 的面 。

1. (8分)彈性力學平面問題包括哪兩類問題?分别對應哪類彈性體?兩類平面問題各有哪些特征?

答:彈性力學平面問題包括平面應力問題和平面應變問題兩類,兩類問題分别對應的彈性體和特征分别為:

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二. 問答題(36)

1. (12分)試列出圖5-1的全部邊界條件,在其端部邊界上,應用聖維南原理列出三個積分的應力邊界條件。(闆厚

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)

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填空題(每個1分,共10×1=10分)。1.彈性力學的研究方法是在彈性區域内部,考慮靜力學、幾何學和物理學方面建立三套方程,即 方程、 方程以及 方程;在彈性體的邊界上,還要建立邊界條件,即 邊界條件和 邊界條件。

2.彈性力學基本假定包括 假定、 假定、 假定、 假定和 假定。

1.平衡微分 幾何 物理 應力 位移

2.連續 均勻 各向同性 完全彈性 小變形

一、 單項選擇題(每個2分,共5×2=10分)。

1. 關于彈性力學的正确認識是 A 。

A. 彈性力學在工程結構設計中的作用日益重要。

B. 彈性力學從微分單元體入手分析彈性體,因此與材料力學不同,不需要對問題作假設。

C. 任何彈性變形材料都是彈性力學的研究對象。

D. 彈性力學理論像材料力學一樣,可以沒有困難的應用于工程結構分析。

2. 所謂“完全彈性體”是指 B 。

A. 材料應力應變關系滿足胡克定律。

B. 材料的應力應變關系與加載時間曆史無關。

C. 本構關系為非線性彈性關系。

D. 應力應變關系滿足線性彈性關系。

3. 所謂“應力狀态”是指 B 。

A. 斜截面應力矢量與橫截面應力矢量不同。

B. 一點不同截面的應力随着截面方位變化而改變。

C. 3個主應力作用平面相互垂直。

D. 不同截面的應力不同,因此應力矢量是不可确定的。

4.彈性力學的基本未知量沒有 C 。

A. 應變分量。

B. 位移分量。

C. 面力分量。

D. 應力分量。

5.下列關于聖維南原理的正确叙述是 D 。

A. 邊界等效力系替換不影響彈性體内部的應力分布。

B. 等效力系替換将不影響彈性體的變形。

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C. 聖維南原理說明彈性體的作用載荷可以任意平移。

D. 等效力系替換主要影響載荷作用區附近的應力分布,對于遠離邊界的彈性體内部的影響比較小。

二、 計算題(共15分)

如圖所示的三角形截面水壩,其左側作用着比重為

的液體,右側為自由表面。試寫出以應力分量表示的邊界條件。

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四、計算題(共10分)

試考慮下面平面問題的應變分量有否可能存在,若存在,需滿足什麼條件?

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,

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;

解:應變分量存在的必要條件是滿足形變協調條件,即

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基本概念解釋(24分,6小題)

(1) 彈性力學的基本假定

(2) 平面應變問題

(3) 平面應力問題

(4) 聖維南原理

(5) 逆解法

1、 簡單題(40分,4題)

(1) 列出圖示全部邊界條件。

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(2) 求出下列應力函數的應力分量,并考察該應力函數是否滿足相容方程

A:

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B:

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(3) 根據聖維南原理,比較圖示中OA邊的面力是否等效,

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。

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2、 綜合題(36分)

(1) 設單位厚度的懸臂梁在左端受到集中力和力矩作用(如圖),體力不計,

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,試用應力函數

求解應力分量。

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