第十一章梁與結構的位移

2022-09-10 08:27:03 字數 2683 閱讀 4084

11.1 概述

11.2 梁的撓曲線近似微分方程及其積分

一、梁的撓曲線近似微分方程

11.3 疊加法

疊加原理

承受複雜載荷時,可分解成幾種簡單載荷利

用簡單載荷作用下的位移計算結果,疊加後得在複雜載荷作用下的撓度和轉角

適用條件

a、小變性條件(幾何線性)

b、材料遵循胡克定律(物理線性)

c、撓度和轉角均與載荷成線性關係

小變性條件:計算p2的作用時,忽略p1的作用對幾何尺寸的影響。

對於小變形條件下的線彈性梁,可應用疊加法求變形,常用於指定位移的計算。

1、荷載形式疊加

試用疊加法求圖示簡支梁的跨中截面撓wc和樑端截面的轉角θa θb

例:圖示簡支梁的轉角θa .θb 和跨中撓度 wc。.

2、結構形式疊加(逐段剛化法原理)

例:求圖示變截面懸臂梁自由端的撓度 wc。

例:圖示簡支梁ab,在中點處加一彈簧支撐,若使梁的c截面處彎矩為零…試求彈簧常量k.

例:關於梁的撓曲線,由四種答案,請分析判斷,哪乙個是正確的?

11.4 單位荷載法

一、問題的提法·外力功 ·廣義力與廣義位移

1、問題的提法

兩種不同的解題思路:

2.功的概念

二、線彈性桿件的變形位能

二、線彈性桿件的變形位能

三、單位荷載法

1、可能內力可能位移

可能內力能與外力保持平衡的內力,稱為可能內力。對於靜定結構,可能內力就是真實內力。對於超靜定結構, 可能內力有無限多種, 只有同時滿足變形協調條件的力才是真實內力。

可能位移滿足位移邊界條件和變形連續性條件的位移稱為可能位移。

當如圖結構承受外載荷作用時,如果不考慮物理方程和變形協調方程,座反力有無數多組解,因而結構的內力也有無數多種分布。這些內力均滿足力邊界條件,都是該結構的可能內力。

對於該結構,如果僅考慮梁的彎曲變形,則任一給定的撓曲線方程,如果滿足:

由於該撓曲線滿足位移邊界條件,所以都是該結構的可能位移。

2、虛功原理

可能內力:與外力保持平衡的內力。

可能位移:滿足位移邊界條件和變形連續條件的位移。

虛位移:與作用力係無因果關係的可能位移,相對該力系稱為虛位移。

虛功:力在虛位移上做的功。平衡力繫在剛體位移上做的虛功為零。

利用虛功中的力和位移不相關的特性,可虛設位移(或力)狀態,求實際的力(或位移)。因此,虛功有兩種應用:

注意:(1)屬同一體系;

(2)均為可能狀態。即位移應滿足變形協調條件;力狀態應滿足平衡條件;

(3)位移狀態與力狀態完全無關;\

2、虛功原理

可能內力:與外力保持平衡的內力。

可能位移:滿足位移邊界條件和變形連續條件的位移。

虛位移:與作用力係無因果關係的可能位移,相對該力系稱為虛位移。

虛功:力在虛位移上做的功。平衡力繫在剛體位移上做的虛功為零。

變形體虛功原理(虛位移原理):

在外力作用下處於平衡的彈性體,任給一種虛位移。則外力在虛位移上做的虛功等於內力在虛變形上做的虛功。也可理解為外力

虛功全部轉化為虛應變能。

3、單位荷載法

利用虛功原理可建立求桿件或杆繫結構某點位移的一般方法—單位荷載法

利用虛功原理推導單位荷載法的思路:

4、結構在荷載作用下產生的位移計算

試確定指定廣義位移對應的單位廣義力

5、其他因素引起的位移計算

a:結構沉降引起的位移計算

b:溫度改變引起的位移計算

11.5 圖乘法

圖乘法直接由彎矩圖計算莫爾積分。將莫爾積分轉化為簡單的代數運算,可以減少計算量。

目的用彎矩圖面積乘積代替積分

莫爾公式

圖乘法適用條件

(1)各桿為等直杆

(2)各桿截面物理引數(ei、ea、ga)為常數

(3)內力圖mf、 m 中至少有乙個是直線

圖乘法注意事項:

1、圖乘法是莫爾積分的簡便計算方法,因此它的適應範圍和莫爾積分類似。

2、圖乘法不僅僅適用於彎矩的莫爾積分,也同樣適用於軸力和扭矩的計算。

3、如果單位力和外載荷引起的彎矩符號不一樣,圖乘法得到的數值取負號,反之為正。

4、如果外力彎矩圖不光滑,或者單位力的彎矩圖是折線,則應分段應用圖乘法。梁彎曲剛度發生變化時也應分段應用圖乘法。

幾種常用圖形的面積和形心位置

由於是變截面梁,ac段和bc段彎曲剛度不一樣,要分段應用圖乘法。

有因為ac的外力彎矩圖為梯形,可以把它分解為三角形和矩形的疊加,分別應用圖形互乘法,所以彎矩圖分為三部分:

11.6 線彈性體的互等定理

一、功的互等定理

二、位移互等定理

三、反力互等定理

11.7 結構的剛度校核

在工程設計中,除了要保證梁的強度條件外,還要保證其剛度條件,即梁的變形不能超過允許的限度。即

一、梁的剛度條件

二、提高梁的剛度的措施

所謂提高梁的剛度,即盡量降低梁的最大撓度和轉角。梁的最大撓度和轉角,除與荷載大小有關外,還與ln成正比,與eiz成反比。因此,提高梁的剛度可以採取以下措施。

增加剛度和增加強度的相同點和不同點

1、選擇合理截面形狀

2、合理選擇材料

3、增加支座,減小梁的跨度

4、改善梁的受力和支座位置

5、梁的合理加強

6、預加反彎度+

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