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Hamilton变分原理在土-结构相互作用中的应用

时间:2023-08-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:此时条件极值问题转化为无条件极值问题。式中积分符号内的最后一项为二次弯矩所做的虚功:显然,弹性地基梁的平面运动中仅有两个独立变量:纵向位移ub(x,t)和竖向位移vb(x,t)。将式代入式,可以得到弹性地基梁非线性面内运动方程:若将二次弯矩M2的表达式和地基反力的统一表达式代入式,则可以得到式。因此,利用Newton法和Hamilton变分原理可以得到相同的弹性地基梁非线性运动方程。

Hamilton变分原理在土-结构相互作用中的应用

弹性地基梁的动能Tb为:

弹性地基梁的应变能Ub为:

若考虑梁的不可伸长条件,则弹性地基梁的纵向位移ub(x,t)和竖向位移vb(x,t)间满足相应的耦合关系为了引入该条件,需要在拉格朗日函数Lb≡Tb-Ub=中引入拉格朗日乘子λ(x,t)。此时条件极值问题转化为无条件极值问题。相应地,拉格朗日密度函数b可以写成:

其中,δ为一阶变分。式(2.32)中积分符号内的最后一项为二次弯矩所做的虚功:

显然,弹性地基梁的平面运动中仅有两个独立变量:纵向位移ub(x,t)和竖向位移vb(x,t)。因此δθ可以表示为:(www.xing528.com)

上面两式只保留到三次非线性项,并且忽略了转动惯量引起的非线性项。另外对式(2.19)在(0,x)域内进行积分,并考虑边界条件:ub(0,t)=0,可以得到纵向位移:

与式(2.26)相对比,拉格朗日乘子λ的物理含义为梁的非零轴向力,以体现不可伸长条件的作用。将式(2.41)代入式(2.39),可以得到弹性地基梁非线性面内运动方程:

若将二次弯矩M2的表达式和地基反力的统一表达式代入式(2.42),则可以得到式(2.27)。因此,利用Newton法和Hamilton变分原理可以得到相同的弹性地基梁非线性运动方程。

另一方面,为了得到一般性的结论,引入以下无量纲参数及变量:

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