6弹塑性力学基本求解方法
6弹塑性力学基本求解方法
d r
dr
1 r
(2
r
)
0
代入几何方程和物理方程,整理可得
d 2ur 2 dur 2 ur 0 dr 2 r dr r 2
第六章 弹性力学基本求解方法
❖位移法应用——错配球
解此微分方程,其一般解为:
由 r 时 ur 0 C1 0
ur
C1r
C2 r2
由 r r1 时 ur r0 C2 r0 (1 )2 r02 r03
l 2
h/2
x
ydy
0
第六章 弹性力学基本求解方法
❖应力函数——逆解法
于是可求得:
B
r 5h2
,C
l2r 4h2
10r,
D
3 4
r
x
所以 y
xy
第六章 弹性力学基本求解方法
❖应力函数——逆解法 总结:应力函数设计
1.集中载荷——按材料力学方法求解 2.均布载荷—— f (xi2 ) 3.线性分布载荷—— f (xi3 ) 4.非线性分布载荷—— f (xi4 xi8 )
r1
r0
r0
)
—— 错配度
分析:基体变形为球对称变形,则
ur 0 u u 0
边界条件:
r , ur 0 (符合圣维南原理)
第六章 弹性力学基本求解方法
❖位移法应用——错配球
根据应力平衡微分方程
R0
有
r r
1 r
r
r r sin
1 r
(2
r
r ctg ) 0
r
r
0
r
r
ur
r0
(
r0 r
)2
由几何方程可得
弹塑性_塑性力学基本方程和解法
在加载过程中物体各点处的偏应力分量 sij 保持比例不变。在工程允许精度下,也可推
广应用于稍为偏离简单加载的情况。
以上各种理论中涉及的一些假设,例如:塑性应变偏量的增在单一的函数关系等假设,都得到了常用金属材
料大量试验的验证。
z 强化规律 对于理想弹塑性材料,材料一旦屈服,其应力状态点在主应力空间中就落在屈服
变形, Hα 也不变,于是
∂f ∂σ ij
除等向强化外,有些强化材料表现为随动强化(图 7.7b),即,在强化过程中,屈
服面的大小和形状保持不变,只随塑性变形的发展而在应力空间中平移。还有些材料
在强化过程中随动强化与等向强化同时发生,称为混合强化。
由于在应力和强化参数空间中,表示应力状态的应力点只可能位于后继屈服面
(或加载面)上或其内,不可能位于曲面之外,若加载面是一个正则曲面,则有
⎯2⎯
研究生学位课弹塑性力学电子讲义
姚振汉
⎧ε = 0 ⎨⎩σ = σ s
当 σ <σs 当 ε >0
(2)
图 7.5 理想弹塑性和刚塑性
当考虑材料强化性质时,可在理想弹塑性模型的基础上加以改进,采用线性强化 弹塑性模型来近似:
⎧σ = Eε
⎨⎩σ = σ s +E1 (ε − εs )
当 ε ≤εs 当 ε >εs
(5)
⎯3⎯
第七章 塑性力学的基本方程与解法
其中 k 可由单向拉伸或其它材料试验测得的σ s 确定, k = σ s 2 。当不能确定主应力的 排序时,在以三个主应力为坐标轴的应力空间中,由特雷斯卡条件所包围的弹性状态 的应力空间为
σ1 −σ 2 ≤ 2k, σ 2 −σ 3 ≤ 2k, σ 3 −σ1 ≤ 2k
弹塑性力学第六章
26
§6-3 平面问题的基本解法
当体力为常数或体力为零时,两个平面问题 的相容方程一致
2(x+y ) = 0
(x+y )为调合函数,与弹性系数无关,不
管是平面应力(应变)问题,也不管材料如何, 只要方程一致,应力解一致,有利实验。
2019/10/28
27
§6-3 平面问题的基本解法
3.2 应力函数解法 当体力为常量或为零时,按应力法解的
第六章 弹性力学平面问题的直 坐标系解答
§6-1平面问题的分类 §6-2平面问题的基本方程和边界条件 §6-3平面问题的基本解法 §6-4多项式应力函数运用举例
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1
第六章 弹性力学平面问题的直 坐标系解答
在第五章讨论了弹性力学问题的基本解法: 位移法和应力法,并结合简单的三维问题, 根据问题的特点,猜想问题的应力解或位移 解,并验证猜想的解是否满足应力法或位移 法的基本方程和边界条件,满足则为问题真 解。
1.1 平面应力问题
受力和约束特点:沿厚度(x3方向)均匀分
布,体力 f3 = fz = 0 , 面力 X 板表面无面力,坐标系(x1 ,
3 x2
Z ,
0 ,在薄
x3)放在板
厚中间平面——中平面,以z(或x3)轴垂直板
面。满足上述条件的问题称为平面应力问题
2019/10/28
7
§6-1平面问题的分类
最后应力分量解为其特解加通解:
x
y2
fx x,
y
x2
fy
y,
xy
2 xy
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弹塑性力学第6章—弹塑性力学问题的建立与基本解法
6.3 塑性力学基本方程与边界条件
6.3.2 塑性力学问题的基本解法
对应于增量理论和全量理论,塑性力学问题采用不同的解法。
全量理论中塑性力学问题的提法:
已知作用于物体上的体力、边界面力(给定力边界上)、 边界位移增量(给定位移边界上)的加载历史,求解某一时刻 物体的应力场、应变场、位移场。
全量理论对应的解法:
θ = εx + ε y + εz
2 2 2 ∂ ∂ ∂ 2 , ∇ = 2 + 2 + 2 ∂x ∂y ∂z
6.2 弹性力学问题的基本解法
位移法:
上述位移法平衡方程表示为张量形式为
(λ + μ )u j , ji + μui, jj + fi = 0
位移法平衡方程的推导包含了平衡方程、几何方程和本构 方程的信息,求解时只需补充边界条件。 当边界条件为给定位移时,可以直接使用;当边界条件为 给定面力时,则可通过广义胡克定律和几何关系,将其中的 应力用位移来表示。
增量理论
e dε ij = dε ij + dε ijp
e ij
1 dε ij = ( dui , j + du j ,i ) 2
3v 其中弹性应变增量 dε = − dσ mδ ij 2G E
塑性应变增量 dε ijp = dλ
dσ ij
∂ϕ 3dε p , dλ = ∂σ ij 2σ s
6.3 塑性力学基本方程与边界条件
用张量公式表示为
1 ε ij = (ui , j + u j ,i ) 2
此外还可补充6个应变协调方程
6.1 弹性力学基本方程与边界条件
弹性力学基本方程
本构方程:
第五章 弹性与塑性力学的基本解法
第五章 弹性与塑性 力学的基本解法
对于平面问题(以平面应力为例)
几何方程
u x x
物理方程
将几何方程代入物理方程
E u v x ( ) 2 1 x y E v u y ( ) 2 1 y x
E x ( x y ) 2 1 E y ( y x ) 2 1
d 3 d 2
p
五个方程 一个方程 一个方程
E d m 3k d m d m 1 2
Sij= eij
五个方程 一个方程 一个方程
李田军弹塑性力学课件
eij Sij
m=K
2 3
6
第五章 弹性与塑性 力学的基本解法
4、静力边界条件和位移边界条件: ijlj=Fi (在ST上) ui=ui (在Su上)
纯弹性区
加载区 卸载区
2011年4月13日星期三
在它们的分界面上,应 力和应变应满足一定的 连续条件和间断条件。
李田军弹塑性力学课件 12
第五章 弹性与塑性 力学的基本解法
§5-2
按位移求解弹性力学问题
由于塑性力学问题的复杂性和特殊性,需要专门进行 讨论。鉴于学时所限,这里仅讨论弹性力学问题的基 本求解方法。 弹性力学问题:就是分析各种结构物或其构件在弹性
弹塑性力学 弹性与塑性力学的解题方法
➢主应力法
➢ 主应力法是金属塑性成形中所经常使用的 一种简化方法。在分析问题时,认为剪应 力对材料的屈服影响很小,因而在屈服条 件中略去剪应力,这时平面应变问题中的 屈服条件可简化为
x - y = 2k
➢ 在分析中,还假设应力在一个方向的分布 是均匀的。因此在计算中,数学形式比较 简便。
➢ 平面应力问题,平面应变问题,结果转换 ➢ 平面问题的平衡方程(无体力)
x
xy
0
x y
yx x
y
y
0
➢ 艾里(Airy)应力函数
x
2
y 2
,
y
2
x 2
,
xy
2
xy
➢ 用应力函数表示的物理方程
➢ 变形协调条件
x
1 2G(1
)
2
y 2
2
x 2
y
2G
1 (1
)
2
x 2
几种应力函数所对应的边界条件
➢ = ax + by + c 矩形弹性体处于无应力状态,
即在边界上无面力。
➢ = ax2 + bxy + cy2 矩形弹性体受双向荷载。
a > 0, c > 0, b = 0
a = c = 0, b 0
➢ = ax3 + bx2y + cxy2 + dy3 复杂应力状态, 当a = c = b = 0, d 0时,xy = 6dy,为纯弯
2
y 2
xy
1 G
2
xy
4 x
y 4
4 y
x 4
弹塑性力学___第四章_弹性力学的求解方法
叠加原理:弹性体受几组外力同时作用时的解等于每一组外力单 独作用时对应解的和。
叠加原理成立的条件:小变形条件(平衡、几何方程才 为线性的),弹性本构方程(虎克定律)。
4-5塑性力学最简单的问题、求解塑性力学的问题
在塑性力学中,有些问题在平衡方程和屈服条件 中的未知函数和议程式的数目相等,因而结合边 界条件一般便可找出弹塑性体或结构中应力分布 的规律。而应变和位移再根据本构方程和几何方 程或连续性条件分别求出。这种仅通过平衡方程、 屈服条件就能完全确定应力场的问题属静定问题 (称为塑性力学最简单问题)
(2)应变协调方程(变形连续必条件)(变形相容条件)
可缩写为:
上述方程是六个应变分量 保证三个位移分量 连续函数(保持连续)的条件。 为单值
3、本构方程(物性方程)
(1)在弹性变形阶段,且屈服函数 则有
如用应变表示应力,则有
为了与塑性变形本构方程对比,也可将本构方程表示为
(2)在弹塑性变形阶段,屈服函数
1. 平衡(或运动方程)
若等式右式不等零,即表示物体内质点处于运动状态, 则根据理论力学中的达朗伯原理需将上式右端等于括号 内的惯性力项。 方程只表明物体内一点的应力状态与其邻点的应力 状态之间在平衡(或运动)时所满足的关系。
2. 几何方程与应变协调方程
(1)几何方程
此式表明在小变形条件下,物体内一点附近的变形情况和该点的 应变状态之间的关系。
第四章 弹塑性力学基础理论的建立及基本解法
§4-1 弹塑性力学基本理论的建立 弹塑性力学的任务:研究各种具体几何尺寸的
弹性、弹塑性体或刚塑性体在各种几何约束及 承受不同外力作用时、发生于其内部的应力分 布与变形(或位移)规律。
与材料力学一样,弹塑性力学所求解的大多 数问题是超静定问题,因此其基础理论的 建立来自三个方面的客观规律:平衡方 程 ;几何方程 ;本构方程
弹塑性力学弹性力学的求解方法模板
位移法、应力法、混合法统称为直接求解法。
由于这些方法在数学上的困难和复杂性,人们又研究了 各种解题方法:(1)逆解法(2)半逆解法(或凑合解 法)(3)迭代法
? 求解物理量: 6个应力分量 6 个应变分量 3 个位移分量
共15个未知量
用于求解的方程:平衡微分方程 3个
叠加原理 实际结构件往往同时受到几组载荷作用,如果直接求所有载荷作 用下的弹性力学问题的解,可能很复杂。而求单一载荷作用下的 弹性力学问题的解,一般更简单。
通过求不同单一载荷作用下的弹性力学问题的解,再用叠加 方法获得复杂载荷的解的过程称为 解的叠加原理。
叠加原理:弹性体受几组外力同时作用时的解等于每一组外力单 独作用时对应解的和。
(2)应变协调方程(变形连续必条件)(变形相容条件)
可缩写为: 上述方程是六个应变分量 保证三个位移分量 为单值 连续函数(保持连续)的条件。
3、本构方程(物性方程)
(1)在弹性变形阶段,且屈服函数
则有
如用应变表示应力,则有
为了与塑性变形本构方程对 弹塑性力学基础理论的建立及基本解法
§4-1 弹塑性力学基本理论的建立 弹塑性力学的任务:研究各种具体几何尺寸的
弹性、弹塑性体或刚塑性体在各种几何约束及 承受不同外力作用时、发生于其内部的应力分 布与变形(或位移)规律。
与材料力学一样,弹塑性力学所求解的大多 数问题是超静定问题,因此其基础理论的 建立来自三个方面的客观规律:?平衡方 程 ;?几何方程 ;?本构方程
叠加原理成立的条件 :小变形条件 (平衡、几何方程才 为线性的), 弹性本构方程 (虎克定律)。
4-5塑性力学最简单的问题、求解塑性力学的问题
在塑性力学中,有些问题在平衡方程和屈服条件 中的未知函数和议程式的数目相等,因而结合边 界条件一般便可找出弹塑性体或结构中应力分布 的规律。而应变和位移再根据本构方程和几何方 程或连续性条件分别求出。这种仅通过平衡方程、 屈服条件就能完全确定应力场的问题属静定问题 (称为塑性力学最简单问题)
弹塑性力学第四章弹性力学的求解方法
微分方程并求解,最后根据边界条件确定待定常数。
逆解法求解空间问题
逆解法的基本思想
从已知的空间应力或位移函数出发,反推得到弹性体的形状和边界条件。
适用于具有特定应力或位移分布的空间问题
如无限大体、半无限大体等具有特殊应力或位移分布的空间问题。
求解步骤
假设空间应力或位移函数,根据弹性力学基本方程推导得到弹性体的形状和边界条件,并 验证假设的合理性。
04
半解析法在弹性力学中的应用
有限差分法基本原理及步骤
差分原理
有限差分法基于差分原理,将连续问 题离散化,通过求解差分方程得到近 似解。
网格划分
将求解区域划分为规则的网格,每个 网格节点对应一个未知数。
差分格式
根据问题的性质和精度要求,选择合 适的差分格式,如向前差分、向后差 分、中心差分等。
边界处理
电测实验方法介绍及优缺点分析
电阻应变片法
利用电阻应变片将试件表面的应变转换 为电阻变化,通过测量电路获取应变信 息。该方法具有测量精度高、稳定性好 、适用于各种环境和试件形状的优点, 但需要粘贴应变片并进行温度补偿,且 只能进行点测量。
VS
电容传感器法
利用电容传感器将试件表面的位移或应变 转换为电容变化,通过测量电路获取相关 信息。电容传感器法具有非接触、高灵敏 度、宽频响等优点,但易受环境干扰,且 需要进行复杂的电路设计和信号处理。
04 边界条件处理 根据边界条件对总体刚度矩阵和荷载向量进行修正。
05
求解线性方程组
求解总体刚度矩阵和荷载向量构成的线性方程组,得 到节点位移。
边界元法基本原理及步骤
边界积分方程
边界离散化
单元分析
总体合成
求解线性方程组
弹性与塑性力学基础 第六章 塑性力学解题方法及应用举例
§6-3 滑移线场概念及其在平冲头镦粗半无限体中的应用
6.3.1 滑移线的定义与滑移线法
➢ 滑移线的基本概念
作用于最大剪应力面上的正应力13恰等于平均应力m或中间主应
力2 ,即
1 3 m 2 1 2 (13 ) 1 2 (xy)
任一点应力状态可用静水压(平均
应力)与最大剪切力K相叠加来表
2020/10/16
弹性与塑性
力 学 基 础 第六章 塑性力学解题方法及应用举例
§6-3 滑移线场概念及其在平冲头镦粗半无限体中的应用
6.3.1 滑移线的定义与滑移线法 ➢ 滑移线的基本概念 塑性变形体(或变形区)内任一点的应力状态如图所示
2020/10/16
弹性与塑性
力 学 基 础 第六章 塑性力学解题方法及应用举例
压力容器、管道、挤压凹模等) 2020/10/16轴对称平面问题
应力分析:
rz、θr为零 θ 、 r为主应力,仅随 r 变化; 平衡微分方程:
dr r 0 (6-1)
dr r
弹性与塑性
力 学 基 础 第六章 塑性力学解题方法及应用举例
§6-1 平衡微分方程和屈服准则联立求解及其应用
6.1.2 受内压塑性圆筒及受内拉的塑性圆环应力计算
弹性与塑性力学基础
第六章
塑性力学解题方法及应用举例
2020/10/16
弹性与塑性
力 学 基 础 第六章 塑性力学解题方法及应用举例
1、塑性力学问题求解现状
(1) 在塑性状态物体内应力的大小与分布求解比较弹性状态困难; (2) 非线性塑性应力应变关系方程; (3) 联解平衡方程和屈服准则,补充必要的物理方程和几何方程,在
代入式(6-12)得
z =s
弹塑性力学PPT课件精选全文
.
*
⑾.静力边界条件
◆ 一个客观的弹塑性力学问题,在物体边界上 任意一点的应力分量和面力分量必定满足这 组方程。
◆ 面力分量指向同坐标轴正向一致取正,反之 取负。
.
*
◆ 当边界面与某一坐标轴相垂直时,应力分量 与相应的面力分量直接对应相等。
.
*
2、几何假设——小变形条件
(1)在弹塑性体产生变形后建立平衡方程时,可以 不考虑因变形而引起的力作用线方向的改变;
从而使得平衡条件与几何变形条件线性化。
(2)在研究问题的过程中可以略去相关的二次及二 次以上的高阶微量;
假定物体在受力以后,体内的位移和变形是微小 的,即体内各点位移都远远小于物体的原始尺寸,而 且应变( 包括线应变与角应变 )均远远小于1。根据 这一假定:
.
*
五、 弹塑性力学的基本假设
(1)连续性假设:假定物质充满了物体所占有的 全部空间,不留下任何空隙。
(2)均匀性与各向同性的假设:假定物体内部各点 处,以及每一点处各个方向上的物理性质相同。
1、物理假设:
(3)力学模型的简化假设: (A)完全弹性假设 ;(B)弹塑性假设。
可归纳为以下几点: 1.建立求解固体的应力、应变和位移分布规律的 基本方程和理论; 2.给出初等理论无法求解的问题的理论和方法, 以及对初等理论可靠性与精确度的度量; 3.确定和充分发挥一般工程结构物的承载能力, 提高经济效益; 4.为进一步研究工程结构物的强度、振动、稳定 性、断裂等力学问题,奠定必要的理论基础。
理论上可证明:当一点的应力状态确定时,经推导 必可求出三个实根,即为主应力,且主应力彼此正交。
.
弹塑性力学定理和公式
弹塑性⼒学定理和公式应⼒应变关系弹性模量||⼴义虎克定律1.弹性模量对于应⼒分量与应变分量成线性关系的各向同性弹性体,常⽤的弹性常数包括:a弹性模量单向拉伸或压缩时正应⼒与线应变之⽐,即b切变模量切应⼒与相应的切应变之⽐,即c体积弹性模量三向平均应⼒与体积应变θ(=εx+εy+εz)之⽐,即d泊松⽐单向正应⼒引起的横向线应变ε1的绝对值与轴向线应变ε的绝对值之⽐,即此外还有拉梅常数λ。
对于各向同性材料,这五个常数中只有两个是独⽴的。
常⽤弹性常数之间的关系见表3-1 弹性常数间的关系。
室温下弹性常数的典型值见表3-2 弹性常数的典型值。
2.⼴义虎克定律线弹性材料在复杂应⼒状态下的应⼒应变关系称为⼴义虎克定律。
它是由实验确定,通常称为物性⽅程,反映弹性体变形的物理本质。
A各向同性材料的⼴义虎克定律表达式(见表3-3 ⼴义胡克定律表达式)对于圆柱坐标和球坐标,表中三向应⼒公式中的x 、y、z分别⽤r、θ、z和r、θ、φ代替。
对于平⾯极坐标,表中平⾯应⼒和平⾯应变公式中的x、y、z⽤r、θ、z代替。
B⽤偏量形式和体积弹性定律表⽰的⼴义虎克定律应⼒和应变量分解为球量和偏量两部分时,虎克定律可写成更简单的形式,即体积弹性定律应⼒偏量与应变偏量关系式在直⾓坐标中,i,j=x,y,z;在圆柱坐标中,i,j=r,θ,z,在球坐标中i,j=r,θ,φ。
弹性⼒学基本⽅程及其解法弹性⼒学基本⽅程|| 边界条件|| 按位移求解的弹性⼒学基本⽅法|| 按应⼒求解的弹性⼒学基本⽅程|| 平⾯问题的基本⽅程|| 基本⽅程的解法|| ⼆维和三维问题常⽤的应⼒、位移公式1.弹性⼒学基本⽅程在弹性⼒学⼀般问题中,需要确定15个未知量,即6个应⼒分量,6个应变分量和3个位移分量。
这15个未知量可由15个线性⽅程确定,即(1)3个平衡⽅程[式(2-1-22)],或⽤脚标形式简写为(2)6个变形⼏何⽅程[式(2-1-29)],或简写为(3)6个物性⽅程[式(3-5)或式(3-6)],简写为或2.边界条件弹性⼒学⼀般问题的解,在物体部满⾜上述线性⽅程组,在边界上必须满⾜给定的边界条件。
弹塑性力学第四章弹性力学的求解方法
• 利用圣维南原理可放宽边界条件,扩大弹 性力学的解题范围。
END
1. 位移法:以位移作为基本未知量用,位移表述平
衡方程——位移法控制方程
2. 应力法:以应力作为基本未知量。将相容方程用 应力表示——应力控制方程
3. 应力函数法:先引入应力函数,相容方程用应力
函数表示法:将几何方程代入物理方程,得到用位移
表示的应力分量,再将应力分量代入平衡方程和应力边 界条件,即得到空间问题的位移法控制方程。不需要用 相容方程。
3、对非线弹性或弹塑形材料,应力应变关系是非线 性的,叠加原理不成立。
4、对载荷随变形而变的非保守力系或边界为 用非线性弹簧支承的情况,边界条件是非 线性的,叠加原理也将失效。
二. 解的唯一性定理:
在给定载荷作用下,处于平衡状态的弹性体, 其内部各点的应力、应变解是唯一的,如物体刚 体位移受到约束,则位移解也是唯一的。
无论何方法求得的解,只要能满足全部基本方 程和边界条件,就一定是问题的真解。
三.圣维南原理: 提法一:若在物体的一小部分区域上作用一自平衡力系,则
此力系对物体内距该力系作用区域较远的部分不产生 影响只在该力系作用的区域附近才引起应力和变形。
提法二:若在物体的一小部分区域上作用一自平衡力系,该 力系在物体中引起的应力将随离力系作用部分的距离 的增大而迅速衰减,在距离相当远处,其值很小,可 忽略不计。
位移控制方程指标表示:
力边界条件也可用位移表述。
3个位移表述的平衡微分方程,包含3个位 移未知数。
结合边界条件,解上述方程,可求出位移分 量,由几何方程求应变,再由本构方程求应力。
弹塑性力学-第6章 弹塑性平面问题
第六章 弹塑性平面问题任何一个弹塑性体实际上都是空间(三维)物体,且一般的载荷严格说来也是空间力系.因此,所有弹塑性力学问题实际上都是空间问题,即所有的力学量都是坐标),,(z y x 的函数。
但是,当所考察的物体(结构)及其所承受的载荷具有某些特点时,则可将它们近似地看作平面(二维)问题,即所有的力学量都是两个坐标(如y x ,)的函数,从而使问题得简化,且所得解答又具有工程所要求的精度。
由第二章知,弹塑性力学平面问题可分为平面应力问题和平面应变问题两种,本章主要讨论弹塑性平面问题求解的一般方法。
6.1 弹性平面问题的基本方程由第二章己经知道,两类平面问题的基本未知量虽然是完全相同的,但非零的应力分量、应变分量和位移分量不是完全相同的. 1。
1平衡方程无论是平面应力问题还是平面应变问题,由于在z 方向自成平衡,因此,两类问题的平衡方程均为⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫=+∂∂+∂∂=+∂∂+∂∂00Y y x X y x yxy xyx σττσ (6。
1-1)1.2几何方程由于只需要考虑面内的几何关系,因此,对于两类平面向题均有 xvy u ,yv ,xuxy y x ∂∂+∂∂=∂∂=∂∂=γεε (6。
1—2)由式(6。
1-2)可得到平面问题的变形协调方程为y x xy xyy x ∂∂∂=∂∂+∂∂γεε22222 (6.1—3) 1。
3本构关系两类平面问题的非零应力分量和应变分量不相同,因此,由广义虎克定律所得本构方程也必然不尽相同.(1) 平面应力问题对于平面应力问题,因,0=z σ 0==zx yz ττ,根据广义虎克定律显然有0==zx yz γγ。
因此本构方程为⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫+=+-=-=-=xy xy y x z x y y y x x E EE Eτνγσσνενσσενσσε)1(2)()(1)(1 (6.1-4a)或⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫+=+-=+-=xyxy x y y y x x E E E γντνεενσνεενσ)1(2)(1)(122(6。
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第六章 弹性力学基本求解方法
弹性力学的基本求解方法
2
2 x2
2
y拉2 普拉斯算子)
可以证明,应力满足了相容方程,也就满足了应力平衡条件。
第六章 弹性力学基本求解方法
应力函数的引入
定义:
x
2
y 2
y
2
x 2
xy
2
xy
条件:① ~ ij ;
②应力平衡微分方程;
③相容方程。
平面问题:(直角坐标系)
4
x4
2
4
x2x
2
4
y 4
0
或
22 0
第六章 弹性力学基本求解方法
❖应力函数——逆解法
于是有应力分量:
x
2
y 2
30Bx2 y 20By3
6cy
y
2
x2
ry
10By3
2Dy
ry
xy
2
xy
30Bxy3
2Dx
利用边界条件:
((xyy
) )
y y
h h
/ /
2 2
0 0
h/2
(
M
)
x
l 2
h/2
x
ydy
0
第六章 弹性力学基本求解方法
(c 0)
满足相容方程 22 0
x 2c , y xy 0
x方向受单向拉应力作用(如图6-1(b))。
第六章 弹性力学基本求解方法
❖ 应力函数——逆解法
4.(x, y) bxy
(b 0)
满足相容方程 22 0
x y 0,
xy
2
xy
b
受纯剪应力作用 (如图6-1(c))。
ur
r0
(
r0 r
)2
由几何方程可得
r
ur r
2 ( r0 )3
r
ur r
( r0 )3
r
(-)压应变 (+)拉应变
第六章 弹性力学基本求解方法
❖位移法应用——错配球
由物理方程可得
r
2Gr
4G 1
( r0 r
)3
0
(压应力)
2G
EG 1
( r0 )3 r
0
(拉应力)
应变能密度(点): U0
r1
r0
r0
)
—— 错配度
分析:基体变形为球对称变形,则
ur 0 u u 0
边界条件:
r , ur 0 (符合圣维南原理)
第六章 弹性力学基本求解方法
❖位移法应用——错配球
根据应力平衡微分方程
R0
有
r r
1 r
r
r r sin
1 r
(2
r
r ctg ) 0
r
r
0
r
r
❖应力函数——半逆解法
解:分析:①水压 q gy ,单位坝体重 p gy
( , 分别为水和密体的密度)
② 在OA面上无面力(自由表面),在OB面上受水压 q 作用(线性面力), 因此,应力函数可以设计成坐标的三次函数。
(x, y) ax3 bx2y cxy2 dy3
(a, b, c, d为待定参数)
➢ 位移法:以位移作为未知量进行求解的方法
E 2u 1 2u 1 2v
1 2 (x2 2 y2 2 xy ) X 0
E 1 2
( 2v y2
1 2
2v x2
1 2
2u ) xy
Y
0
E 1 2
[( u x
v y
)s
m1 2
( u y
v x )s
]
X
1
E
2
[(
v y
u x
)s
l
gxctg2
第六章 弹性力学基本求解方法
❖ 位移法应用——错配球
如图,求金属体内错配球引起的应力场、应变场和应变能。
第六章 弹性力学基本求解方法
❖ 位移法应用——错配球
解:设基体为均质、各向同性体,基体质点半径为 r0,错配粒子为刚性
球, 半径为 r1 ,并有 r1 r0
则
r1
(1
)r0
,(
=
❖ 应力函数——逆解法
第六章 弹性力学基本求解方法
❖ 应力函数——逆解法
8.如图,简支梁受自重作用,比重力r,那么函数
Ax2 y3 By5 Cy3 Dx2 y
能否作其应力函数? 若能,求应力分量。
解:将代入双调和函数中,
可得只有当A+5B=0时,
才能满足 22 0 。
即当A=-5B时,题中函数 才可作应力函数。
➢ 应力函数 (stress function)
应力表示的相容方程(平面问题)
借助平衡微分方程把剪应力去掉,即由物理方程
可得
2 ( x2
2 y 2
)(
x
y)
(1 )(X x
Y y
)
在常体力下
X Y 0 x y
于是有
2 ( x2
2 y 2
)( x
y)
0
即 2 ( x y ) 0 , 其中
物理意义:表征应力的连续性。
1
2
(
v x
u y
)
s
]
Y
对于第一种边界条件 (平面问题)
对于第二种边界条件 (平面问题)
理论上可解,实际上弹性力学并没有沿着这种思路发展,但这种思路在 解空间问题时很有用。可以证明,用这种方法求解的位移肯定是连续的。
第六章 弹性力学基本求解方法
应力法:
以应力作为未知量进行求解的方法. 如何保证求解结果一定连续?
1 r
(2
r
) 0
(球对称问题的一般应力平衡微分方程)
由根据广义虎克定律
r
2Gr
2G
ur r
(
r
,
(1
E )(1
2)
拉梅常数)
第六章 弹性力学基本求解方法
❖位移法应用——错配球
由 u u 0 可得
ur , r
r
ur r
r
ur r
2 ur r
对于应力平衡微分方程, r 是r的函数,与θ和无关,故可写为
第六章 弹性力学基本求解方法
❖应力函数——半逆解法
于是有应力分量:
③考察边界条件:
x x0 xy x0 0
gy
c d
0
1 6
g
第六章 弹性力学基本求解方法
❖应力函数——半逆解法
在OA面上无应力,则
l( x )x ytg m( xy )x ytg 0 m( y )x ytg l( xy )x ytg 0 l cos m sin
1 2
ij
ij
1 2
( rr
)
6G
2 ( r0 r
)6
总应变能:
U
U0
4
r
2
dr
8
G
2r03
0r
(其中 、G、E为弹性常数)
第六章 弹性力学基本求解方法
6.1 弹性力学的基本方程
回顾: 应力平衡微分方程(3) 几何方程(6) 物理方程(6) 相容方程 边界条件方程
第六章 弹性力学基本求解方法
6.2 弹性力学的基本问题
➢ 已知表面载荷,求应力场 、应变场 和位移 ——力的边值问题;
➢ 已知表面位移,求应力场 、应场 ——位移边值问题;
受纯弯曲载荷作用(如图6-1(f))。
7.(x, y) ax4 bx3 y cx2 y2 dxy3 ey4
4
x4 24a ,
4
2 x2y2 8c ,
4
y4 24e
只有 24a 8c 24e 0 才能满足双调和函数的条件。所以4次 和4次以上的函数不能恒等地满足双调和函数的条件。
第六章 弹性力学基本求解方法
gyl 2bytg (6a ytg 2by
m0
gy)m
(2bytg
)
l
0
第六章 弹性力学基本求解方法
❖应力函数——半逆解法
a b
g ctg
6
ctg2
2
3
gctg3
从而得坝体内的应力场为:
x gy
y ( gctg 2 gctg3)x ( gctg2 g) y
xy
第六章 弹性力学基本求解方法
❖应力函数——半逆解法
思路:根据弹性体边界形状及受力特点,假设部分应力分量,再由 部分应力分量推导出应力函数,由应力函数推导出全部应力分量,再考 察这些应力分量是否满足边界条件。
半逆解法例题: 如图,水坝受水压和自重作用,
求坝体内的应力场。
第六章 弹性力学基本求解方法
❖应力函数——逆解法
于是可求得:
B
r 5h2
,C
l2r 4h2
10r,
D
3 4
r
x
所以 y
xy
第六章 弹性力学基本求解方法
❖应力函数——逆解法 总结:应力函数设计
1.集中载荷——按材料力学方法求解 2.均布载荷—— f (xi2 ) 3.线性分布载荷—— f (xi3 ) 4.非线性分布载荷—— f (xi4 xi8 )
第六章 弹性力学基本求解方法
❖ 逆解法(inverse resolution)