(完整版)《弹性力学》试题参考答案

《弹性力学》试题参考答案（答题时间：100分钟）

一、填空题（每小题4分）

1．最小势能原理等价于弹性力学基本方程中： 平衡微分方程 ， 应力边界条件 。2．一组可能的应力分量应满足： 平衡微分方程 ，相容方程（变形协调条件） 。3．等截面直杆扭转问题中， 的物理意义是 杆端截面上剪应力对转轴的矩等于

M dxdy D

=⎰⎰

2ϕ杆截面内的扭矩M 。

4．平面问题的应力函数解法中，Airy 应力函数在边界上值的物理意义为 边界上某一点（基准

ϕ点）到任一点外力的矩 。5．弹性力学平衡微分方程、几何方程的张量表示为： ，。

0,=+i j ij X σ)(2

1,,i j j i ij u u +=ε二、简述题（每小题6分）

1．试简述力学中的圣维南原理，并说明它在弹性力学分析中的作用。

圣维南原理：如果物体的一小部分边界上的面力变换为分布不同但静力等效的面力（主矢与主矩相同），则近处的应力分布将有显著的改变，但远处的应力所受影响可以忽略不计。作用：（1）将次要边界上复杂的面力（集中力、集中力偶等）作分布的面力代替。

（2）将次要的位移边界条件转化为应力边界条件处理。

2．图示两楔形体，试分别用直角坐标和极坐标写出其应力函数的分离变量形式。

ϕ题二（2）图

（a ） （b ）⎩⎨⎧=++= )(),(),(222θθϕϕf r r cy bxy ax y x ⎩

⎨⎧=+++= )(),(),(3

3223θθϕϕf r r dy cxy y bx ax y x 3．图示矩形弹性薄板，沿对角线方向作用一对拉力P ，板的几何尺寸如图，材料的弹性模量E 、泊

松比 μ 已知。试求薄板面积的改变量。

S

∆

题二（3）图

设当各边界受均布压力q 时，两力作用点的相对位移为。由得，

l ∆q E

)1(1με-=)

1(2

22

2

με-+=+=∆E

b a q b a l 设板在力P 作用下的面积改变为，由功的互等定理有：

S ∆l

P S q ∆⋅=∆⋅将代入得：

l ∆221b a P E

S +-=

∆μ

显然，与板的形状无关，仅与E 、、l 有关。

S ∆μ4．图示曲杆，在边界上作用有均布拉应力q ，在自由端作用有水平集中力P 。试写出其边界条

b r =件（除固定端外）

。

题二（4）图

（1）；0 ,====b r r b r r q θτσ（2）0

,0====a

r r a

r r θ

τσ（3）

sin cos θτθσθθP dr P dr b

a

r b

a

=-=⎰⎰

2

cos b a P rdr b a

+-=⎰θ

σθ5．试简述拉甫（Love ）位移函数法、伽辽金（Galerkin ）位移函数法求解空间弹性力学问题的基本思想，并指出各自的适用性

Love 、Galerkin 位移函数法求解空间弹性力学问题的基本思想：

（1）变求多个位移函数或为求一些特殊函数，如调和

),(),,(),,(y x w y x v y x u ),(),,(θθθr u r u r 函数、重调和函数。

（2）变求多个函数为求单个函数（特殊函数）。

适用性：Love 位移函数法适用于求解轴对称的空间问题；

Galerkin 位移函数法适用于求解非轴对称的空间问题。

三、计算题

t h

1．图示半无限平面体在边界上受有两等值反向，间距为d 的集中力作用，单位宽度上集中力的值为P ，设间距d 很小。试求其应力分量，并讨论所求解的适用范围。（提示：取应力函数为

）

（13分）

θθϕB A +=2sin 题三（1）图

解：很小，，可近似视为半平面体边界受一集中力偶M 的情形。

d Pd M =∴将应力函数代入，可求得应力分量：

),(θϕr ； ；

θθϕϕσ2sin 4112

2

22A r r r r r -=∂∂+∂∂=022=∂∂=r

ϕ

σθ

)

2cos 2(112

B A r r r r +=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂∂∂-=θθϕτθ 边界条件：

（1）； 0 ,00

==≠=≠=r r r θθ

θθ

τσ0

,00

==≠=≠=r r r π

θθ

π

θθ

τσ代入应力分量式，有

或

（1）

0)2(12

=+B A r 02=+B A （2）取一半径为r 的半圆为脱离体，边界上受有：，和M = Pd

θτσr r ,由该脱离体的平衡，得

222=+⎰

-M d r r π

π

θθτ将代入并积分，有

θτr 0)2cos 2(122

22

=++⎰-

M d r B A r π

π

θθ 得

（2）

02sin 22

=++-M B

A π

πθ0=+M B π联立式（1）、（2）求得：

，ππPd M B -=-=π

2Pd

A =代入应力分量式，得