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能量原理:结构构件的计算基础与设计

时间:2023-09-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:●假设一个横截面恒定的弹性杆,承受轴向力Fx≡N,则终外功为相应地,变形能为图15-1 简单支承结构的变形状态a)拉伸载荷情形 b)弯曲载荷情形进一步考虑到应力,有:因此,由能量公式:可确定位移的最终值为●假设横截面恒定的弹性悬臂横梁,在剪切力Fz≡Q作用下,外功为变形能为其中,应力为能量公式为对于所有的结构件与每个载荷都可以采用上面的能量方程式,并由此计算出最大的变形值。

能量原理:结构构件的计算基础与设计

一个外力F作用于线弹性的结构,会在可能运动变形的方向上产生一个(想象的)位移δu。由此,可根据伯努利方程定义外虚拟功为

δπa=F·δu (15.1)

积分后,可得总的功为

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如同理想弹性体情况,在力与位移之间存在着线性关系:

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因此,对总外(终)功,有:

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在任意弹性体中,结构所做的外功将作为内部的变形能(能量守恒公式)储存起来,二者之间存在线性比例关系:

πa=πi (15.4)

内部变形能πi的大小取决于在静态确定体内引起了什么样的应力状态。广义上,πi的大小可由下式给出(见8.4节):

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在上述方程中,需要针对载荷情形计算应力和扭曲。

图15-1示例为运用方程式(15.4)来确定在杆和梁上的变形大小。

●假设一个横截面恒定的弹性杆,承受轴向力FxN,则终外功为

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相应地,变形能为

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图15-1 简单支承结构的变形状态(www.xing528.com)

a)拉伸载荷情形 b)弯曲载荷情形

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进一步考虑到应力,有:

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因此,由能量公式:

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可确定位移的最终值

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●假设横截面恒定的弹性悬臂横梁,在剪切力FzQ作用下,外功为

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变形能为

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其中,应力为

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能量公式为

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对于所有的结构件与每个载荷都可以采用上面的能量方程式,并由此计算出最大的变形值。

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