弹性力学简明教程(第四版)_习题解答

【2-9】【解答】图2-17：

上（y =0）

左(x =0) 右（x =b ）

l

0 -1 1 m

-1

() x f s

()

1g y h ρ+

()

1g y h ρ-+

() y

f

s

1gh ρ

代入公式（2-15）得

①在主要边界上x=0，x=b 上精确满足应力边界条件：

()()100(),0;===-+=x xy x x g y h σρτ()()1b b (),0;

===-+=x xy x x g y h σρτ

②在小边界0y =上，能精确满足下列应力边界条件：()

()

,0y xy y y gh σρτ===-=

③在小边界2y h =上，能精确满足下列位移边界条件：

()()2

2

0,0

====y h

y h u v

这两个位移边界条件可以应用圣维南原理，改用三个积分的应力边界条件来代替，当板厚=1δ时，可求得固定端约束反力分别为：

10,,0s N F F gh b M ρ==-=

由于2y h =为正面，故应力分量与面力分量同号，则有：

()()()222

10000

0b y y h b

y y h b

xy y h dx gh b

xdx dx σρστ===⎧=-⎪⎪⎪=⎨⎪⎪=⎪⎩⎰⎰⎰ ⑵图2-18

①上下主要边界y=-h/2，y=h/2上，应精确满足公式（2-15）

l

m

x f (s)

y f (s)

2h y =-

0 -1 0 q

2

h y =

1

-1q

-/2()y y h q σ==-，-/2()0yx y h τ==，/2()0y y h σ==，/21()yx y h q τ==-

②在x =0的小边界上，应用圣维南原理，列出三个积分的应力边界条件：负面上应力

与面力符号相反，有/20/2/2

0/2/20

/2()()()h xy x S

h h x x N h h x x h dx F

dx F ydx M τσσ=-=-=-⎧=-⎪⎪=-⎨⎪⎪=-⎩⎰⎰⎰

③在x=l 的小边界上，可应用位移边界条件0,0====l x l x v u 这两个位移边界条件也可改用三个积分的应力边界条件来代替。

首先，求固定端约束反力，按面力正方向假设画反力，如图所示，列平衡方程求反力：

110,x

N N

N N F

F F q l F q l F ''=+=⇒=-∑ 0,0y S S S S F F F ql F ql F ''=++=⇒=--∑

2

211110,'02222A S S q lh ql M M M F l ql q lh M M F l =+++-=⇒=---∑

由于x=l 为正面，应力分量与面力分量同号，故

/21/22/2

1/2/2/2

()()22()h x x l N N

h h x x l S h h xy x l S S

h dy F q l F

q lh ql ydy M M F l dy F ql F

σστ=-=-=-⎧'==-⎪⎪⎪'==---⎨⎪

⎪'==--⎪⎩⎰⎰⎰ 【2-10】【解答】由于h l ，OA 为小边界，故其上可用圣维南原理，写出三个积分的

应力边界条件：

(a)上端面OA 面上面力q b

x

f f y x =

=,0 由于OA 面为负面，故应力主矢、主矩与面力主矢、主矩符号相反，有

()()()0

00020000002

2120b

b b y y y b b b y y y b

yx y x qb dx f dx qdx b x b qb xdx f xdx q x dx b dx σστ===⎧=-=-=-⎪⎪

⎪⎛⎫=-=-=

⎨ ⎪⎝⎭⎪

⎪=⎪⎩

⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰(对OA 中点取矩) M

'

(ｂ)应用圣维南原理，负面上的应力主矢和主矩与面力主矢和主矩符号相反，面力主矢

y 向为正，主矩为负，则

()()()0020

0002120b

y N y b

y y b xy y qb dx F qb xdx M dx σστ===⎧=-=-⎪⎪

⎪=-=⎨⎪

⎪=⎪⎩

⎰⎰⎰

综上所述，在小边界OA 上，两个问题的三个积分的应力边界条件相同，故这两个问题是静力等效的。

【2-14】【解答】在单连体中检验应力分量是否是图示问题的解答，必须满足：（1）平衡微分方程（2-2）；（2）用应力表示的相容方程（2-21）；（3）应力边界条件（2-15）。

（1）将应力分量代入平衡微分方程式，且0==x y f f

0∂∂+=∂∂yx x x y τσ 0∂∂+=∂∂y xy y x

στ

显然满足 （2）将应力分量代入用应力表示的相容方程式（2-21），有

等式左=()2222x y x y σσ⎛⎫∂∂++ ⎪∂∂⎝⎭

=220≠q

b =右

应力分量不满足相容方程。

因此，该组应力分量不是图示问题的解答。 【解答】（1）推导公式

在分布荷载作用下，梁发生弯曲形变，梁横截面是宽度为1，高为h 的矩形，其对中性

轴（Z 轴）的惯性矩3

12=h I ，应用截面法可求出任意截面的弯矩方程和剪力方程

()2

3(),62=-=-q qx M x x F x l l

。所以截面内任意点的正应力和切应力分别为：

()332==-x M x x y y q I lh

σ ()()

2222233431.424⎛⎫=-=-- ⎪⎝⎭s xy F x y q x h y bh h lh τ。

根据平衡微分方程第二式（体力不计）。