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弹性力学简明复习题提示和参考答案

弹性力学简明复习题提示和参考答案
弹性力学简明复习题提示和参考答案

题提示和答案

《弹性力学简明教程》

习题提示和参考答案

第二章习题的提示与答案

2-1 是

2-2 是

2-3 按习题2-1分析。

2-4 按习题2-2分析。

2-5 在的条件中,将出现2、3阶微量。当略去3阶微量后,得出的切应力互等定理完全相同。

2-6 同上题。在平面问题中,考虑到3阶微量的精度时,所得出的平衡微分方程都相同。其区别只是在3阶微量(即更高阶微量)上,可以略去不计。

2-7 应用的基本假定是:平衡微分方程和几何方程─连续性和小变形,物理方程─理想弹性体。

2-8 在大边界上,应分别列出两个精确的边界条件;在小边界(即次要边界)上,按照圣维南原理可列出3个积分的近似边界条件来代替。

2-9 在小边界OA边上,对于图2-15(a)、(b)问题的三个积分

边界条件相同,因此,这两个问题为静力等效。

2-10 参见本章小结。

2-11 参见本章小结。

2-12 参见本章小结。

2-13 注意按应力求解时,在单连体中应力分量必须满足

(1)平衡微分方程,

(2)相容方程,

(3)应力边界条件(假设)。

2-14 见教科书。

2-15 见教科书。

2-16 见教科书。

2-17 取

它们均满足平衡微分方程,相容方程及x=0和的应力边界条件,因此,它们是该问题的正确解答。

2-18 见教科书。

2-19 提示:求出任一点的位移分量和,及转动量,再令,便可得出。

第三章习题的提示与答案

3-1 本题属于逆解法,已经给出了应力函数,可按逆解法步骤求解:

(1)校核相容条件是否满足,

(2)求应力,

(3)推求出每一边上的面力从而得出这个应力函数所能解决的问题。

3-2 用逆解法求解。由于本题中l>>h, x=0,l 属于次要边界(小边界),可将小边界上的面力化为主矢量和主矩表示。

3-3 见3-1例题。

3-4 本题也属于逆解法的问题。首先校核是否满足相容方程。再由求出应力后,并求对应的面力。本题的应力解答如习题3-10所示。应力对应的面力是:

主要边界:

所以在边界上无剪切面力作用。下边界无法向面力;上边界有向下的法向面力q。

次要边界:

x=0面上无剪切面力作用;但其主矢量和主矩在x=0 面上均为零。因此,本题可解决如习题3-10所示的问题。

3-5 按半逆解法步骤求解。

(1)可假设

(2)可推出

(3)代入相容方程可解出f、,得到

(4)由求应力。

(5)主要边界x=0,b上的条件为

次要边界y=0上,可应用圣维南原理,三个积分边界条件为

读者也可以按或的假设进行计算。

3-6 本题已给出了应力函数,应首先校核相容方程是否满足,然后再求应力,并考察边界条件。在各有两个应精确满足的边界条件,即

而在次要边界y=0 上,已满足,而的条件不可能精确满足(否则只有A=B=0,使本题无解),可用积分条件代替:

3-7 见例题2。

3-8 同样,在的边界上,应考虑应用一般的应力边界条件(2-15)。

3-9 本题也应先考虑对称性条件进行简化。

3-10 应力函数中的多项式超过四次幂时,为满足相容方程,系数之间必须满足一定的条件。

3-11 见例题3。

3-12 见圣维南原理。

3-13 m个主要边界上,每边有两个精确的应力边界条件,如式(2-15)所示。n个次要边界上,每边可以用三个积分的条件代替。

3-14 见教科书。

3-15 严格地说,不成立。

第四章习题的提示和答案

4-1 参见§4-1,§4-2。

4-2 参见图4-3。

4-3 采用按位移求解的方法,可设代入几何方程得形变分量,然后再代入物理方程得出用位移表示的应力分量。将此应力公式代入平衡微分方程,其中第二式自然满足,而由第一式得出求的基本方程。

4-4 按应力求解的方法,是取应力为基本未知函数。在轴对称情况下,,只有为基本未知函数,且它们仅为的函数。求解应力的基本方程是:(1)平衡微分方程(其中第二式自然满足),(2)相容方程。相容方程可以这样导出:从几何方程中消去位移,得

再将形变通过物理方程用应力表示,得到用应力表示的相容方程。

4-5 参见§4-3。

4-6 参见§4-3。

4-7 参见§4-7。

4-8 见例题1。

4-9 见例题2。

4-10 见答案。

4-11 由应力求出位移,再考虑边界上的约束条件。

4-12 见提示。

4-13 外半径的改变分别为两者之差为圆筒厚度的改变。

4-14 为位移边界条件。

4-15 求出两个主应力后,再应用单向应力场下圆孔的解答。

4-16 求出小圆孔附近的主应力场后,再应用单向应力场下圆孔的解答。

4-17 求出小圆孔附近的主应力场后,再应用单向应力场下圆孔

的解答。

4-18 见例题3。

4-19 见例题4。

第五章习题提示和答案

5-1 参见书中由低阶导数推出高阶导数的方法。

5-2 参见书中的方程。

5-3 注意对称性的利用,取基点A如图。答案见书中。

5-4 注意对称性的利用,并相应选取基点A。答案见书中。

5-5 注意对称性的利用,本题有一个对称轴。

5-6 注意对称性的利用,本题有二个对称轴。

5-7 按位移求微分方程的解法中,位移应满足:(1) 上的位移边界条件,(2) 上的应力边界条件,(3)区域A中的平衡微分方程。用瑞利-里茨变分法求解时,设定的位移试函数应预先满足(1)上的位移边界条件,而(2)和(3)的静力条件由瑞利-里茨变分法来代替。

5-8 在拉伸和弯曲情况下,引用的表达式,再代入书中的公式。在

扭转和弯曲情况下,引用的表达式,再代入书中的公式。

5-9 对于书中图5-15的问题,可假设

对于书中图5-16的问题中,y轴是其对称轴,x轴是其反对称轴,在设定u、v试函数时,为满足全部约束边界条件,应包含公共因子。此外,其余的乘积项中,应考虑:u应为x和y的奇函数,v应为x和y的偶函数。

5-10 答案见书中。

5-11 在u,v中各取一项,并设时,用瑞利-里茨法得出求解的方程是

代入后,上两式方程是

解出

位移分量的解答为

应力分量为

第六章习题的提示和答案

6-1 提示:分别代入的公式进行运算。

6-2 (3)中的位移,一为刚体平移,另一为刚体转动,均不会

产生应力。其余见书中答案。

6-3 求i结点的连杆反力时,可应用公式

为对围绕i结点的单元求和。

6-4 求支座反力的方法同上题。

6-5 单元的劲度矩阵k,可采用书中P.124式(g)的结果,并应用公式求出整体劲度矩阵的子矩阵。

6-6 求劲度矩阵元素同上题。应力转换矩阵可采用书中P.127的结果。

6-7 求劲度矩阵元素可参见P.124式(g)的结果,再求出整体劲度矩阵元素答案见书中。

6-8 当单元的形状和局部编号与书中图6-10相同时,可采用P.124式(g)的单元劲度矩阵。

答案:中心线上的上结点位移下结点位移

6-9 能满足收敛性条件,即位移模式不仅反映了单元的刚度位移和常量应变,还在单元的边界上,保持了相邻单元的位移连续性。

第七章习题的提示和答案

7-1 答案:

7-2 提示:

原(x,y,z)的点移动到(x+u,y+v,z+w)位置,将新位置位置代入有关平面、直线、平行六面体和椭球面方程。

7-3 见本书的叙述。

7-4 空间轴对称问题比平面轴对称问题增加了一些应力、形变和位移,应考虑它们在导出方程时的贡献。

7-5 对于一般的空间问题,柱坐标中的全部应力、形变和位移分量都存在,且它们均为的函数。在列方程时应考虑它们的贡献。第八章习题的提示和答案

8-1 提示:应力应满足平衡微分方程、相容方程及应力边界条件(设)。柱体的侧面,在(x,y)平面上应考虑为任意形状的边界(n=0,l,m 为任意的),并应用一般的应力边界条件。

8-2 提示:同上题。应力应满足平衡微分方程、相容方程及应力边界条件(设若为多连体,还应满足位移单值条件。

由于空间体为任意形状,因此,应考虑一般的应力边界条件(7-5):法线的方向余弦为l,m,n,边界面为任意斜面,受到法向压力q作用。为了考虑多连体中的位移单值条件,应由应力求出对应的位移,然后再检查是否满足单值条件。

8-3 见§8-2的讨论。

8-4 从书中式(8-2)和(8-12)可以导出。由结论可以看出位移分量和应力分量等的特性。

8-5 为了求o点以下h处的位移,取出书中式(8-6)的,并作如下代换

然后从o→a对积分。

8-6 引用布西斯克解答,在z=0的表面上的沉陷是

(1)求矩形中心点的沉陷,采用图8-9(a)的坐标系,代入并积分,

再应用部分积分得到,

(2)求矩形角点处的沉陷,采用图8-9(b)的坐标系,

8-7 题中已满足边界条件再由

便可求出切应力及扭角等。

8-8 题中能满足两个圆弧处的边界条件然后,相似于上题进行求式解为的两倍。

8-9 分别从椭圆截面杆导出圆截面杆的解答,和从矩形截面杆导出正方形截面杆的解答;并由,得出代入后进行比较即可得出。

8-10 参见§8-8的讨论。

第九章习题提示和答案

9-1 挠度w应满足弹性曲面的微分方程,x=0的简支边条件,以及椭圆边界上的固定边条件,。校核椭圆边界的固定边条件时,可参见例题4。

求挠度及弯矩等的最大值时,应考虑函数的极值点(其导数为0)和边界点,从中找出其最大值。

9-2 在重三角级数中只取一项可以满足的弹性曲面微分方程,并可以求出系数m。而四个简支边的条件已经满足。

关于角点反力的方向、符号的规定,可参见§9-4中的图9-5。

9-3 本题中无横向荷载,q= 0,只有在角点B有集中力F的作用。注意w =mxy应满足:弹性曲面的微分方程,x=0和y =0的简支边条件, x =a和y =b的自由边条件,以及角点的条件(见图9-5中关于角点反力的符号规定)。

在应用莱维解法求解各种边界条件的矩形板时,这个解答可以用来处理有两个自由边相交的问题,以满足角点的条件。因此,常应用这个解答于上述这类问题,作为其解答的一部分。读者可参考§9-6中图9-9的例题。

9-4 本题中也无横向荷载,q= 0,但在边界上均有弯矩作用。x= 0,a 是广义的简支边,其边界条件是

而y= 0,b为广义的自由边,其边界条件是

将w=f(x)代入弹性曲面微分方程,求出f(x)。再校核上述边界条件并求出其中的待定系数。

9-5 参见§9-7及例题1,2。

9-6 应用纳维解法,取w为重三角级数,可以满足四边简支的条件。在求重三角级数的系数中,其中对荷载的积分

只有在的区域有均布荷载作用,应进行积分;而其余区域,积分必然为零。

9-7 对于无孔圆板,由的挠度和力的有限值条件,得出书中§9-9 式(d)的解中,,然后再校核简支边的条件,求出。

求最大值时,应考虑从函数的极值点和边界点中选取最大的值。

9-8 本题也是无孔圆板,由有限值条件,取。相应于荷载的特解,可根据书中§9-9 的式(c) 求出。然后再校核的固定边的条件。

求最大值时,应从函数的极值点和边界点的函数值中选取。

9-9 由,代入及的公式,两边相比便可得出等用等表示的表达式。

由,将w对x,y的导数转换为对的导数。然后再与式(a)相比,便

可得出等用挠度表示的公式。

9-10 参见上题,可以用类似的方法出。

弹性力学简明教程(第四版)_课后习题解答

弹性力学简明教程(第四版)课后习题解答 徐芝纶 第一章绪论 1、试举例说明什么是均匀的各向异性体,什么是非均匀的各向同性体? 【分析】均匀的各项异形体就是满足均匀性假定,但不满足各向同性假定;非均匀的各 向异性体,就是不满足均匀性假定,但满足各向同性假定。 【解答】均匀的各项异形体如:竹材,木材。 非均匀的各向同性体如:混凝土。 1.2 一般的混凝土构件和钢筋混凝土构件能否作为理想弹性体?一般的岩质地基和土质地基能否作为理想弹性体? 【分析】能否作为理想弹性体,要判定能否满足四个假定:连续性,完全弹性,均匀性, 各向同性假定。 【解答】一般的混凝土构件和土质地基可以作为理想弹性体;一般的钢筋混凝土构件和 岩质地基不可以作为理想弹性体。 1.3五个基本假定在建立弹性力学基本方程时有什么作用? 【解答】(1)连续性假定:假定物体是连续的,也就是假定整个物体的体积都被组成这个物体的介质所填满,不留下任何空隙。引用这一假定后,物体的应力、形变和位移等物理 量就可以看成是连续的。因此,建立弹性力学的基本方程时就可以用坐标的连续函数来表示他们的变化规律。 完全弹性假定:假定物体是完全弹性的,即物体在对应形变的外力被去除后,能够完全恢复原型而无任何形变。这一假定,还包含形变与引起形变的应力成正比的涵义,亦即两者之间是成线性关系的,即引用这一假定后,应力与形变服从胡克定律,从而使物理方程成为线性的方程,其弹性常数不随应力或形变的大小而变。 均匀性假定:假定物体是均匀的,即整个物体是由同一材料组成的,引用这一假定后整个物体的所有各部分才具有相同的弹性,所研究物体的内部各质点的物理性质都是相同的,因而物体的弹性常数不随位置坐标而变化。 各向同性假定:假定物体是各向同性的,即物体的弹性在所有各个方向都相同,引用此假定后,物体的弹性常数不随方向而变。 小变形假定:假定位移和变形是微小的。亦即,假定物体受力以后整个物体所有各点的 位移都远远小于物体原来的尺寸,而且应变和转角都远小于1。这样在建立物体变形以后的 平衡方程时,就可以方便的用变形以前的尺寸来代替变形以后的尺寸。在考察物体的位移与 形变的关系时,它们的二次幕或乘积相对于其本身都可以略去不计,使得弹性力学中的微分

11弹性力学试题及答案

2012年度弹性力学与有限元分析复习题及其答案 (绝密试题) 一、填空题 1、弹性力学研究弹性体由于受外力作用、边界约束或温度改变等原因而发生的应力、形变和位移。 2、在弹性力学中规定,线应变以伸长时为正,缩短时为负,与正应力的正负号规定相适应。 3、在弹性力学中规定,切应变以直角变小时为正,变大时为负,与切应力的正负号规定相适应。 4、物体受外力以后,其内部将发生内力,它的集度称为应力。与物体的形变和材料强度直接有关的,是应力在其作用截面的法线方向和切线方向的分量,也就是正应力和切应力。应力及其分量的量纲是L -1MT -2。 5、弹性力学的基本假定为连续性、完全弹性、均匀性、各向同性。 6、平面问题分为平面应力问题和平面应变问题。 7、已知一点处的应力分量100=x σMPa ,50=y σMPa ,5010=xy τ MPa ,则主应力 =1σ150MPa ,=2σ0MPa ,=1α6135'ο。 8、已知一点处的应力分量, 200=x σMPa ,0=y σMPa ,400-=xy τ MPa ,则主应力=1σ512 MPa ,=2σ-312 MPa ,=1α-37°57′。 9、已知一点处的应力分量,2000-=x σMPa ,1000=y σMPa ,400-=xy τ MPa ,则主应力 =1σ1052 MPa ,=2σ-2052 MPa ,=1α-82°32′。 10、在弹性力学里分析问题,要考虑静力学、几何学和物理学三方面条件,分别建立三套方程。 11、表示应力分量与体力分量之间关系的方程为平衡微分方程。 12、边界条件表示边界上位移与约束,或应力与面力之间的关系式。分为位移边界条件、应力边界条件和混合边界条件。 13、按应力求解平面问题时常采用逆解法和半逆解法。 14、有限单元法首先将连续体变换成为离散化结构,然后再用结构力学位移法进行求解。其具体步骤分为单元分析和整体分析两部分。 15、每个单元的位移一般总是包含着两部分:一部分是由本单元的形变引起的,另一部分是由于其他单元发生了形变而连带引起的。 16、每个单元的应变一般总是包含着两部分:一部分是与该单元中各点的位置坐标有关的,是各点不相同的,即所谓变量应变;另一部分是与位置坐标无关的,是各点相同的,即所谓常量应变。 17、为了能从有限单元法得出正确的解答,位移模式必须能反映单元的刚体位移和常量应变,还应当尽可能反映相邻单元的位移连续性。 18、为了使得单元内部的位移保持连续,必须把位移模式取为坐标的单值连续函数,为

最新期末考试试卷(a答案)—弹性力学

,考试作弊将带来严重后果! 华南理工大学2011年期末考试试卷(A )卷 《弹性力学》 1. 考前请将密封线内各项信息填写清楚; 所有答案请直接答在答题纸上; .考试形式:闭卷; 20分) 、五个基本假定在建立弹性力学基本方程时有什么用途?(10分) 答:1、连续性假定:引用这一假定后,物体中的应力、应变和位移等物理量就可以看成是连续的,因此,建立弹性力学的基本方程时就可以用坐标的连续函数来表示他们的变化规律。 (2分) 2、完全弹性假定:引用这一完全弹性的假定还包含形变与形变引起的正应力成正比的含义,亦即二者成线性的关系,符合胡克定律,从而使物理方程成为线性的方程。 (4分) 3、均匀性假定:在该假定下,所研究的物体内部各点的物理性质显然都是相同的。因此,反映这些物理性质的弹性常数(如弹性模量E 和泊松比μ等)就不随位置坐标而变化。 (6分) 4、各向同性假定:所谓“各向同性”是指物体的物理性质在各个方向上都是相同的。进一步地说,就是物体的弹性常数也不随方向而变化。 (8分) 5、小变形假定:我们研究物体受力后的平衡问题时,不用考虑物体尺寸的改变而仍然按照原来的尺寸和形状进行计算。同时,在研究物体的变形和位移时,可以将他们的二次幂或乘积略去不计,使得弹性力学中的微分方程都简化为线性微分方程。 在上述假定下,弹性力学问题都化为线性问题,从而可以应用叠加原理。 (10分) 2、试分析简支梁受均布荷载时,平面截面假设是否成立?(5分) 解:弹性力学解答和材料力学解答的差别,是由于各自解法不同。简言之,弹性力学的解法,是严格考虑区域内的平衡微分方程,几何方程和物理方程,以及边界上的边界条件而求解的,因而得出的解答是比较精确的。而在材料力学中没有严格考虑上述条件,因而得出的是近似解答。例如,材料力学中引用了平面假设而简化了几何关系,但这个假设对一般的梁是近似的。所以,严格来说,不成立。 3、为什么在主要边界(占边界绝大部分)上必须满足精确的应力边界条件,教材中式(2-15),而在次要边界(占边界很小部分)上可以应用圣维南原理,用三个积分的应力边界条件(即主矢量、主矩的条件)来代替?如果在主要边界上用三个积分的应力边界条件代替教材中式(2-15),将会发生什么问题?(5分) 解:弹性力学问题属于数学物理方程中的边值问题,而要边界条件完全得到满足,往往遇到很大的困难。这时,圣维南原理可为简化局部边界上的应力边界条件提供很大的方便。将物体一小部分边界上的面力换成分布不同,但静力等效的面力(主矢、主矩均相同),只影响近处的应力分布,对远处的应力影响可以忽略不计。如果在占边界绝大部分的主要边界上用三个应力边界条件来代替精确的边界条件。教材中式(2-15),就会影响大部分区域的应力分布,会使问题的解答具有的近似性。 三、计算题(80分) 2.1 已知薄板有下列形变关系:,,,2 3 Dy C By Axy xy y x -===γεε式中A,B,C,D 皆为常数,试检查在形变过程中是否符合连续条件,若满足并列出应力分量表达式。(10分) 1、 相容条件: 将形变分量带入形变协调方程(相容方程)

弹性力学试题参考答案与弹性力学复习题

弹性力学复习资料 一、简答题 1.试写出弹性力学平面问题的基本方程,它们揭示的是那些物理量之间的相互关系在应用这些方程时,应注意些什么问题 答:平面问题中的平衡微分方程:揭示的是应力分量与体力分量间的相互关系。应注意两个微分方程中包含着三个未知函数σx、σy、τxy=τyx ,因此,决定应力分量的问题是超静定的,还必须考虑形变和位移,才能解决问题。 平面问题的几何方程: 揭示的是形变分量与位移分量间的相互关系。应注意当物体的位移分量完全确定时,形变量即完全确定。反之,当形变分量完全确定时,位移分量却不能完全确定。 平面问题中的物理方程:揭示的是形变分量与应力分量间的相互关系。应注意平面应力问题和平面应变问题物理方程的转换关系。 2.按照边界条件的不同,弹性力学问题分为那几类边界问题试作简要说明。 答:按照边界条件的不同,弹性力学问题分为位移边界问题、应力边界问题和

混合边界问题。 位移边界问题是指物体在全部边界上的位移分量是已知的,也就是位移的边界值是边界上坐标的已知函数。 应力边界问题中,物体在全部边界上所受的面力是已知的,即面力分量在边界上所有各点都是坐标的已知函数。 混合边界问题中,物体的一部分边界具有已知位移,因而具有位移边界条件;另一部分边界则具有应力边界条件。 3.弹性体任意一点的应力状态由几个应力分量决定试将它们写出。如何确定它们的正负号 答:弹性体任意一点的应力状态由6个应力分量决定,它们是:x 、y 、z 、xy 、yz 、、zx 。正面上的应力以沿坐标轴正方向为正,沿坐标轴负方向为负。负面上的应力以沿坐标轴负方向为正,沿坐标轴正方向为负。 4.在推导弹性力学基本方程时,采用了那些基本假定什么是“理想弹性体”试举例说明。 答:答:在推导弹性力学基本方程时,采用了以下基本假定: (1)假定物体是连续的。 (2)假定物体是完全弹性的。 (3)假定物体是均匀的。 (4)假定物体是各向同性的。 (5)假定位移和变形是微小的。 符合(1)~(4)条假定的物体称为“理想弹性体”。一般混凝土构件、一般土质地基可近似视为“理想弹性体”。 5.什么叫平面应力问题什么叫平面应变问题各举一个工程中的实例。 答:平面应力问题是指很薄的等厚度薄板只在板边上受有平行于板面并且不沿厚度变化的 面力,同时体力也平行于板面并且不沿厚度变化。如工程中的深梁以及平板坝的平板 支墩就属于此类。 平面应变问题是指很长的柱型体,它的横截面在柱面上受有平行于横截面而且不沿长 度变化的面力,同时体力也平行于横截面而且也不沿长度变化,即内在因素和外来作 用都不沿长度而变化。 6.在弹性力学里分析问题,要从几方面考虑各方面反映的是那些变量间的关系 答:在弹性力学利分析问题,要从3方面来考虑:静力学方面、几何学方面、物理学方面。 平面问题的静力学方面主要考虑的是应力分量和体力分量之间的关系也就是平面问 题的平衡微分方程。平面问题的几何学方面主要考虑的是形变分量与位移分量之间的 关系,也就是平面问题中的几何方程。平面问题的物理学方面主要反映的是形变分量与应力分量之 间的关系,也就是平面问题中的物理方程。 7.按照边界条件的不同,弹性力学平面问题分为那几类试作简要说明 答:按照边界条件的不同,弹性力学平面问题可分为两类: (1)平面应力问题 : 很薄的等厚度板,只在板边上受有平行于板面并且不沿厚度变化的面力。这一类问题可以简化为平面应力问题。例如深梁在横向力作用下的受力分析问题。在该种问题中只存在 yx xy y x ττσσ=、、三个应力分量。 (2)平面应变问题 : 很长的柱形体,在柱面上受有平行于横截面并且不沿长度变化的面力,而且体力

弹性力学简明教程(第四版)_习题解答

【2-9】试列出图2-17,图2-18所示问题的全部边界条件。在其端部小边界上,应用圣维南原理列出三个积分的应力边界条件。 x y 2 h 1h b g ρo () 2h b >> h x y l /2/2 h M N F S F 1 q q 图2-17 图2-18 【分析】有约束的边界上可考虑采用位移边界条件,若为小边界也可写成圣维南原理的三个积分形式,大边界上应精确满足公式(2-15)。 【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,'02222 A 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 M ' N F 'S F '

弹性力学复习重点+试题及答案【整理版】

弹性力学2005 期末考试复习资料 一、简答题 1.试写出弹性力学平面问题的基本方程,它们揭示的是那些物理量之间的相互关系?在应用这些方程时,应注意些什么问题? 答:平面问题中的平衡微分方程:揭示的是应力分量与体力分量间的相互关系。应注意两个微分方程中包含着三个未知函数σx、σy、τxy=τyx ,因此,决定应力分量的问题是超静定的,还必须考虑形变和位移,才能解决问题。 平面问题的几何方程: 揭示的是形变分量与位移分量间的相互关系。应注意当物体的位移分量完全确定时,形变量即完全确定。反之,当形变分量完全确定时,位移分量却不能完全确定。 平面问题中的物理方程:揭示的是形变分量与应力分量间的相互关系。应注意平面应力问题和平面应变问题物理方程的转换关系。 2.按照边界条件的不同,弹性力学问题分为那几类边界问题? 试作简要说明。 答:按照边界条件的不同,弹性力学问题分为位移边界问题、应力边界问题和 混合边界问题。 位移边界问题是指物体在全部边界上的位移分量是已知的,也就是位移的边界值是边界上坐标的已知函数。 应力边界问题中,物体在全部边界上所受的面力是已知的,即面力分量在边界上所有各点都是坐标的已知函数。 混合边界问题中,物体的一部分边界具有已知位移,因而具有位移边界条件;另一部分边界则具有应力边界条件。 3.弹性体任意一点的应力状态由几个应力分量决定?试将它们写出。如何确定它们的正负号? 答:弹性体任意一点的应力状态由6个应力分量决定,它们是:x 、y 、z 、xy 、yz、、zx。正面上的应力以沿坐标轴正方向为正,沿坐标轴负方向为负。负面上的应力以沿坐标轴负方向为正,沿坐标轴正方向为负。 4.在推导弹性力学基本方程时,采用了那些基本假定?什么是“理想弹性体”?试举例说明。 答:答:在推导弹性力学基本方程时,采用了以下基本假定:(1)假定物体是连续的。 (2)假定物体是完全弹性的。 (3)假定物体是均匀的。 (4)假定物体是各向同性的。 (5)假定位移和变形是微小的。 符合(1)~(4)条假定的物体称为“理想弹性体”。一般混凝土构件、一般土质地基可近似视为“理想弹性体”。 5.什么叫平面应力问题?什么叫平面应变问题?各举一个工程中的实例。 答:平面应力问题是指很薄的等厚度薄板只在板边上受有平行于板面并且不沿厚度变化的 面力,同时体力也平行于板面并且不沿厚度变化。如工程中的深梁以及平板坝的平板 支墩就属于此类。 平面应变问题是指很长的柱型体,它的横截面在柱面上受有平行于横截面而且不沿长 度变化的面力,同时体力也平行于横截面而且也不沿长度变化,即内在因素和外来作 用都不沿长度而变化。 6.在弹性力学里分析问题,要从几方面考虑?各方面反映的是那些变量间的关系? 答:在弹性力学利分析问题,要从3方面来考虑:静力学方面、几何学方面、物理学方面。 平面问题的静力学方面主要考虑的是应力分量和体力分量之间的关系也就是平面问 题的平衡微分方程。平面问题的几何学方面主要考虑的是形变分量与位移分量之间的 关系,也就是平面问题中的几何方程。平面问题的物理学方 面主要反映的是形变分量与应力分量之间的关系,也就是平 面问题中的物理方程。 7.按照边界条件的不同,弹性力学问题分为那几类边界问题? 试作简要说明 答:按照边界条件的不同,弹性力学问题可分为两类边界问题:

弹性力学试题及标准答案

弹性力学与有限元分析复习题及其答案 一、填空题 1、弹性力学研究弹性体由于受外力作用、边界约束或温度改变等原因而发生的应力、形变和位移。 2、在弹性力学中规定,线应变以伸长时为正,缩短时为负,与正应力的正负号规定相适应。 3、在弹性力学中规定,切应变以直角变小时为正,变大时为负,与切应力的正负号规定相适应。 4、物体受外力以后,其内部将发生内力,它的集度称为应力。与物体的形变和材料强度直接有关的,是应力在其作用截面的法线方向和切线方向的分量,也就是正应力和切应力。应力及其分量的量纲是L -1MT -2。 5、弹性力学的基本假定为连续性、完全弹性、均匀性、各向同性。 6、平面问题分为平面应力问题和平面应变问题。 7、已知一点处的应力分量100=x σMPa ,50=y σMPa ,5010=xy τ MPa ,则主应力=1σ150MPa ,=2σ0MPa ,=1α6135'ο。 8、已知一点处的应力分量, 200=x σMPa ,0=y σMPa ,400-=xy τ MPa ,则主应力=1σ512 MPa ,=2σ-312 MPa ,=1α-37°57′。 9、已知一点处的应力分量,2000-=x σMPa ,1000=y σMPa ,400-=xy τ MPa ,则主应力=1σ1052 MPa ,=2σ-2052 MPa ,=1α-82°32′。 10、在弹性力学里分析问题,要考虑静力学、几何学和物理学三方面条件,分别建立三套方程。 11、表示应力分量与体力分量之间关系的方程为平衡微分方程。 12、边界条件表示边界上位移与约束,或应力与面力之间的关系式。分为位移边界条件、应力边界条件和混合边界条件。 13、按应力求解平面问题时常采用逆解法和半逆解法。 14、有限单元法首先将连续体变换成为离散化结构,然后再用结构力学位移法进行求解。其具体步骤分为单元分析和整体分析两部分。 15、每个单元的位移一般总是包含着两部分:一部分是由本单元的形变引起的,另一部分是由于其他单元发生了形变而连带引起的。 16、每个单元的应变一般总是包含着两部分:一部分是与该单元中各点的位置坐标有关的,是各点不相同的,即所谓变量应变;另一部分是与位置坐标无关的,是各点相同的,即所谓常量应变。 17、为了能从有限单元法得出正确的解答,位移模式必须能反映单元的刚体位移和常量应变,还应当尽可能反映相邻单元的位移连续性。 18、为了使得单元内部的位移保持连续,必须把位移模式取为坐标的单值连续函数,为了使得相邻单元的位移保持连续,就不仅要使它们在公共结点处具有相同的位移时,也能在整个公共边界上具有相同的位移。 19、在有限单元法中,单元的形函数N i 在i 结点N i =1;在其他结点N i =0及∑N i =1。 20、为了提高有限单元法分析的精度,一般可以采用两种方法:一是将单元的尺寸减小,以便较好地反映位移和应力变化情况;二是采用包含更高次项的位移模式,使位移和应力的精度提高。

弹性力学复习题期末考试集锦 (2)

弹性力学复习题(06水工本科) 一、选择题 1. 下列材料中,()属于各向同性材料。 A. 竹材; B. 纤维增强复合材料; C. 玻璃钢; D. 沥青。 2 关于弹性力学的正确认识是()。 A. 计算力学在工程结构设计的中作用日益重要; B. 弹性力学从微分单元体入手分析弹性体,与材料力学不同,不需要对问题作假设; C. 任何弹性变形材料都是弹性力学的研究对象; D. 弹性力学理论像材料力学一样,可以没有困难的应用于工程结构分析。 3. 弹性力学与材料力学的主要不同之处在于()。 A. 任务; B. 研究对象; C. 研究方法; D. 基本假设。 4. 所谓“完全弹性体”是指()。 A. 材料应力应变关系满足胡克定律; B. 材料的应力应变关系与加载时间历史无关; C. 本构关系为非线性弹性关系; D. 应力应变关系满足线性弹性关系。 5. 所谓“应力状态”是指()。 A. 斜截面应力矢量与横截面应力矢量不同; B. 一点不同截面的应力随着截面方位变化而改变; C. 3个主应力作用平面相互垂直; D. 不同截面的应力不同,因此应力矢量是不可确定的。 6. 变形协调方程说明()。 A. 几何方程是根据运动学关系确定的,因此对于弹性体的变形描述是不正确的; B. 微分单元体的变形必须受到变形协调条件的约束; C. 变形协调方程是保证所有弹性体变形协调条件的必要和充分条件; D. 变形是由应变分量和转动分量共同组成的。 7. 下列关于弹性力学基本方程描述正确的是()。 A. 几何方程适用小变形条件; B. 物理方程与材料性质无关; C. 平衡微分方程是确定弹性体平衡的唯一条件; D. 变形协调方程是确定弹性体位移单值连续的唯一条件; 8、弹性力学建立的基本方程多是偏微分方程,最后需结合()求解这些微分方程,以

同济【弹性力学试卷】2008年期终考试A-本科

同济大学课程考核试卷(A 卷) 2008 — 2009 学年第 一 学期 命题教师签名: 审核教师签名: 课号:030192 课名: 弹性力学 考试考查:考试 此卷选为:期中考试( )、期终考试(√ )、重考( )试卷 年级 专业 学号 姓名 得分 一.是非题(正确,在括号中打√;该题错误,在括号中打×。)(共30分,每小题2分) 1. 三个主应力方向必定是相互垂直的。( ) 2. 最小势能原理等价于平衡方程和面力边界条件。( ) 3. 轴对称的位移对应的几何形状和受力一定是轴对称的。( ) 4. 最大正应变是主应变。( ) 5. 平面应力问题的几何特征是物体在某一方向的尺寸远小于另两个方向的尺寸。( ) 6. 最大剪应力对应平面上的正应力为零。( ) 7. 弹性体所有边界上的集中荷载均可以按照圣维南原理放松处理边界条件。( ) 8. 用应力函数表示的应力分量满足平衡方程,但不一定满足协调方程。( ) 9. 经过简化后的平面问题的基本方程及不为零的基本未知量(应力、应变和位移)均为8 个。( ) 10. 运动可能的位移必须满足已知面力的边界条件。( ) 11. 实对称二阶张量的特征值都是实数。( ) 12. 对单、多连通弹性体,任意给出的应变分量只要满足协调方程就可求出单值连续的位 移分量。( ) 13. 若整个物体没有刚体位移,则物体内任意点处的微元体都没有刚体位移。( ) 14. 出现最大剪应力的微平面和某两个应力主方向成45度角。( ) 15. 对任意弹性体,应力主方向和应变主方向一致。( ) 二.分析题(共20分,每小题10分) 1.已知应力张量为()()2211e e e e σ?-+?+=b a b a ,0>>a b (1) 设与xy 平面垂直的任意斜截面的法向矢量为21sin cos e e n θθ+=,试求该斜截面上的正应力与剪应力。 (2) 求最大和最小剪应力值。

弹性力学简明教程(第四版)习题解答

弹性力学简明教程(第四版) 习题解答 第一章绪论 【1-1】试举例说明什么是均匀的各向异性体,什么是非均匀的各向同性体? 【分析】均匀的各项异形体就是满足均匀性假定,但不满足各向同性假定;非均匀的各向异性体,就是不满足均匀性假定,但满足各向同性假定。 【解答】均匀的各项异形体如:竹材,木材。 非均匀的各向同性体如:混凝土。 【1-2】一般的混凝土构件和钢筋混凝土构件能否作为理想弹性体?一般的岩质地基和土质地基能否作为理想弹性体? 【分析】能否作为理想弹性体,要判定能否满足四个假定:连续性,完全弹性,均匀性,各向同性假定。 【解答】一般的混凝土构件和土质地基可以作为理想弹性体;一般的钢筋混凝土构件和岩质地基不可以作为理想弹性体。 【1-3】五个基本假定在建立弹性力学基本方程时有什么作用? 【解答】(1)连续性假定:假定物体是连续的,也就是假定整个物体的体积都被组成这个物体的介质所填满,不留下任何空隙。引用这一假定后,物体的应力、形变和位移等物理量就可以看成是连续的。因此,建立弹性力学的基本方程时就可以用坐标的连续函数来表示他们的变化规律。 完全弹性假定:假定物体是完全弹性的,即物体在对应形变的外力被去除后,能够完全恢复原型而无任何形变。这一假定,还包含形变与引起形变的应力成正比的涵义,亦即两者之间是成线性关系的,即引用这一假定后,应力与形变服从胡克定律,从而使物理方程成为线性的方程,其弹性常数不随应力或形变的大小而变。 均匀性假定:假定物体是均匀的,即整个物体是由同一材料组成的,引用这一假定后整个物体的所有各部分才具有相同的弹性,所研究物体的内部各质点的物理性质都是相同的,因而物体的弹性常数不随位置坐标而变化。 各向同性假定:假定物体是各向同性的,即物体的弹性在所有各个方向都相同,引用此假定后,物体的弹性常数不随方向而变。 小变形假定:假定位移和变形是微小的。亦即,假定物体受力以后整个物体所有各点的位移都远远小于物体原来的尺寸,而且应变和转角都远小于1。这样在建立物体变形以后的平衡方程时,就可以方便的用变形以前的尺寸来代替变形

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 -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: ()()()22210000 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

(完整)[2018年最新整理]弹性力学简明教程(第四版)-课后习题解答

【3-1】为什么在主要边界(大边界)上必须满足精确的应力边界条件式(2-15),而在小边界上可以应用圣维南原理,用三个积分的应力边界条件(即主矢量、主矩的条件)来代替?如果在主要边界上用三个积分的应力边界条件代替式(2-15),将会发生什么问题? 【解答】弹性力学问题属于数学物理方程中的边值问题,而要使边界条件完全得到满足,往往比较困难。这时,圣维南原理可为简化局部边界上的应力边界条件提供很大的方便。将物体一小部分边界上的面力换成分布不同,但静力等效的面力(主矢、主矩均相同),只影响近处的应力分布,对远处的应力影响可以忽略不计。如果在占边界绝大部分的主要边界上用三个积分的应力边界条件来代替精确的应力边界条件(公式2-15),就会影响大部分区域的应力分布,会使问题的解答精度不足。 【3-2】如果在某一应力边界问题中,除了一个小边界条件,平衡微分方程和其它的应力边界条件都已满足,试证:在最后的这个小边界上,三个积分的应力边界条件必然是自然满足的,固而可以不必校核。 【解答】区域内的每一微小单元均满足平衡条件,应力边界条件实质上是边界上微分体的平衡条件,即外力(面力)与内力(应力)的平衡条件。研究对象整体的外力是满足平衡条件的,其它应力边界条件也都满足,那么在最后的这个次要边界上,三个积分的应力边界条件是自然满足的,因而可以不必校核。 【3-3】如果某一应力边界问题中有m 个主要边界和n 个小边界,试问在主要边界和小边界上各应满足什么类型的应力边界条件,各有几个条件? 【解答】在m 个主要边界上,每个边界应有2个精确的应力边界条件,公式(2-15),共2m 个;在n 个次要边界上,如果能满足精确应力边界条件,则有2n 个;如果不能满足公式(2-15)的精确应力边界条件,则可以用三个静力等效的积分边界条件来代替2个精确应力边界条件,共3n 个。 【3-4】试考察应力函数3 ay Φ=在图3-8所示的矩形板和坐标系中能解决什么问题(体力不计)? 【解答】⑴相容条件: 不论系数a 取何值,应力函数3 ay Φ=总能满足应力函数表示的相容方程,式(2-25). ⑵求应力分量 当体力不计时,将应力函数Φ代入公式(2-24),得 6,0,0x y xy yx ay σσττ==== ⑶考察边界条件 上下边界上应力分量均为零,故上下边界上无面力.

(完整word版)弹性力学试题及答案

《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, M dxdy D =?? 2?的物理意义是 杆端截面上剪应力对转轴的矩等于杆 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。 题二(2)图 (a )???=++= )(),(),(222θθ??f r r cy bxy ax y x (b )? ??=+++= )(),(),(3 3223θθ??f 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 ?。

弹性力学期末考试卷A答案

2009 ~ 2010学年第二学期期末考试试卷(A )卷 一.名词解释(共10分,每小题5分) 1.弹性力学:研究弹性体由于受外力作用或温度改变等原因而发生的应力、应变和位移。 2. 圣维南原理:如果把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(主矢量相同,对于同一点的主矩也相同),那么近处的应力分布将有显着的改变,但是远处所受的影响可以不计。 二.填空(共20分,每空1分) 1.边界条件表示在边界上位移与约束,或应力与面力之间的关系式,它可以 分为位移边界条件、应力边界条件和混合边界条件。 2.体力是作用于物体体积内的力,以单位体积力来度量,体力分量的量纲为L-2MT-2;面力是 作用于物体表面上力,以单位表面面积上的力度量,面力的量纲为L-1MT-2;体力和面力符号的规定为以沿坐标轴正向为正,属外力;应力是作用于截面单位面积的力,属内力,应力的量纲为L-1MT-2,应力符号的规定为:正面正向、负面负向为正,反之为负。 3.小孔口应力集中现象中有两个特点:一是孔附近的应力高度集中,即孔附近的应力远大于 远处的应力,或远大于无孔时的应力。二是应力集中的局部性,由于孔口存在而引起的应力扰动范围主要集中在距孔边1.5倍孔口尺寸的范围内。 4. 弹性力学中,正面是指外法向方向沿坐标轴正向的面,负面是指外法向方向沿坐标轴负向的面。 5. 利用有限单元法求解弹性力学问题时,简单来说包含结构离散化、单元分析、 整体分析三个主要步骤。 三.绘图题(共10分,每小题5分) 分别绘出图3-1六面体上下左右四个面的正的应力分量和图3-2极坐标下扇面正的应力分量。 图3-1 图3-2 四.简答题(24分) 1.(8分)弹性力学中引用了哪五个基本假定五个基本假定在建立弹性力学基本方程时有什么用途 答:弹性力学中主要引用的五个基本假定及各假定用途为:(答出标注的内容即可给满分) 1)连续性假定:引用这一假定后,物体中的应力、应变和位移等物理量就可看成是连续的,因此,建立弹性力学的基本方程时就可以用坐标的连续函数来表示他们的变化规律。 2)完全弹性假定:这一假定包含应力与应变成正比的含义,亦即二者呈线性关系,复合胡克定律,从而使物理方程成为线性的方程。 3)均匀性假定:在该假定下,所研究的物体内部各点的物理性质显然都是相同的。因此,反应这些物理性质的弹性常数(如弹性模量E和泊松比μ等)就不随位置坐标而变化。 4)各向同性假定:各向同性是指物体的物理性质在各个方向上都是相同的,也就是说,物体的弹性常数也不随方向变化。 5)小变形假定:研究物体受力后的平衡问题时,不用考虑物体尺寸的改变,而仍然按照原来的尺寸

弹性力学简明教程_第四章_课后作业题答案

第四章 平面问题的极坐标解答 【4-8】 实心圆盘在r ρ=的周界上受有均布压力q 的作用,试导出其解答。 【解答】实心圆盘是轴对称的,可引用轴对称应力解答,教材中的式(4-11),即 2 2(12ln )2(32ln )20A B C A B C ρ?ρ? σρρσρρτ? =+++? ???=-+++?? ?? =?? (a) 首先,在圆盘的周界(r ρ=)上,有边界条件()=r q ρρσ=-,由此得 -q 2 (12ln )2A B C ρσρρ = +++= (b) 其次,在圆盘的圆心,当0ρ→时,式(a )中ρσ,?σ的第一、第二项均趋于无限大,这是不可能的。按照有限值条件(即,除了应力集中点以外,弹性体上的应力应为有限值。),当=0ρ时,必须有0A B ==。 把上述条件代入式(b )中,得 /2C q =-。 所以,得应力的解答为 -q 0ρ?ρ?σστ===。 【4-9】 半平面体表面受有均布水平力q ,试用应力函数 2(sin 2)ΦρB φC φ=+求解应力分量(图4-15)。 【解答】(1)相容条件: 将应力函数Φ代入相容方程40?Φ=,显然满足。 (2)由Φ求应力分量表达式 =-2sin 222sin 222cos 2B C B C B C ρ?ρ?σ?? σ??τ??+?? =+??=--??

(3)考察边界条件:注意本题有两个?面,即2 π ?=± ,分别为?±面。在?±面 上,应力符号以正面正向、负面负向为正。因此,有 2()0,??πσ=±= 得0C =; -q 2 (),ρ??πτ=±= 得2 q B =-。 将各系数代入应力分量表达式,得 sin 2sin 2cos 2q q q ρ?ρ?σ?σ?τ? ?=?? =-??=?? 【4-14】 设有内半径为r 而外半径为R 的圆筒受内压力q ,试求内半径和外半径的改 变量,并求圆筒厚度的改变量。 【解答】本题为轴对称问题,只有径向位移而无环向位移。当圆筒只受内压力q 的情况下,取应力分量表达式,教材中式(4-11),注意到B =0。 内外的应力边界条件要求 r r ()0,()0;(), ()0 R R q ρ?ρρ?ρρρρρττσσ=======-= 由表达式可见,前两个关于ρ?τ的条件是满足的,而后两个条件要求 r 2 22,20A C q A C R ?+=-??? ?+=??。 由上式解得 22 2 ,C () 2() 22 22 qr R qr A R -r R -r =-=。 (a) 把A ,B ,C 值代入轴对称应力状态下对应的位移分离,教材中式(4-12)。 ()()222211cos sin ,(R r )qr R u I K E ρμρμ??ρ?? =-++++??-? ? (b) sin cos 0u H I K ?ρ??=-+=。 (c) 式(c )中的ρ,?取任何值等式都成立,所以各自由项的系数为零

期末考试试卷A答案—弹性力学

,考试作弊将带来严重后果! 华南理工大学2011年期末考试试卷(A )卷 《弹性力学》 1. 考前请将密封线内各项信息填写清楚; 所有答案请直接答在答题纸上; .考试形式:闭卷; 20分) 、五个基本假定在建立弹性力学基本方程时有什么用途?(10分) 答:1、连续性假定:引用这一假定后,物体中的应力、应变和位移等物理量就可以看成是连续的,因此,建立弹性力学的基本方程时就可以用坐标的连续函数来表示他们的变化规律。 (2分) 2、完全弹性假定:引用这一完全弹性的假定还包含形变与形变引起的正应力成正比的含义,亦即二者成线性的关系,符合胡克定律,从而使物理方程成为线性的方程。 (4分) 3、均匀性假定:在该假定下,所研究的物体内部各点的物理性质显然都是相同的。因此,反映这些物理性质的弹性常数(如弹性模量E 和泊松比μ等)就不随位置坐标而变化。 (6分) 4、各向同性假定:所谓“各向同性”是指物体的物理性质在各个方向上都是相同的。进一步地说,就是物体的弹性常数也不随方向而变化。 (8分) 5、小变形假定:我们研究物体受力后的平衡问题时,不用考虑物体尺寸的改变而仍然按照原来的尺寸和形状进行计算。同时,在研究物体的变形和位移时,可以将他们的二次幂或乘积略去不计,使得弹性力学中的微分方程都简化为线性微分方程。 在上述假定下,弹性力学问题都化为线性问题,从而可以应用叠加原理。 (10分) 2、试分析简支梁受均布荷载时,平面截面假设是否成立?(5分) 解:弹性力学解答和材料力学解答的差别,是由于各自解法不同。简言之,弹性力学的解法,是严格考虑区域内的平衡微分方程,几何方程和物理方程,以及边界上的边界条件而求解的,因而得出的解答是比较精确的。而在材料力学中没有严格考虑上述条件,因而得出的是近似解答。例如,材料力学中引用了平面假设而简化了几何关系,但这个假设对一般的梁是近似的。所以,严格来说,不成立。 3、为什么在主要边界(占边界绝大部分)上必须满足精确的应力边界条件,教材中式(2-15),而在次要边界(占边界很小部分)上可以应用圣维南原理,用三个积分的应力边界条件(即主矢量、主矩的条件)来代替?如果在主要边界上用三个积分的应力边界条件代替教材中式(2-15),将会发生什么问题?(5分) 解:弹性力学问题属于数学物理方程中的边值问题,而要边界条件完全得到满足,往往遇到很大的困难。这时,圣维南原理可为简化局部边界上的应力边界条件提供很大的方便。将物体一小部分边界上的面力换成分布不同,但静力等效的面力(主矢、主矩均相同),只影响近处的应力分布,对远处的应力影响可以忽略不计。如果在占边界绝大部分的主要边界上用三个应力边界条件来代替精确的边界条件。教材中式(2-15),就会影响大部分区域的应力分布,会使问题的解答具有的近似性。 三、计算题(80分) 2.1 已知薄板有下列形变关系:,,,2 3 Dy C By Axy xy y x -===γεε式中A,B,C,D 皆为常数,试检查在形变过程中是否符合连续条件,若满足并列出应力分量表达式。(10分) 1、 相容条件: 将形变分量带入形变协调方程(相容方程)

弹性力学简明教程 课后习题答案

《弹性力学简明教程》 习题提示和参考答案 第二章习题的提示与答案 2-1 是 2-2 是 2-3 按习题2-1分析。 2-4 按习题2-2分析。 2-5 在的条件中,将出现2、3阶微量。当略去3阶微量后,得出的切应力互等定理完全相同。 2-6 同上题。在平面问题中,考虑到3阶微量的精度时,所得出的平衡微分方程都相同。其区别只是在3阶微量(即更高阶微量)上,可以略去不计。 2-7 应用的基本假定是:平衡微分方程和几何方程─连续性和小变形,物理方程─理想弹性体。 2-8 在大边界上,应分别列出两个精确的边界条件;在小边界(即次要边界)上,按照圣维南原理可列出3个积分的近似边界条件来代替。 2-9 在小边界OA边上,对于图2-15(a)、(b)问题的三个积分边界条件相同,因此,这两个问题为静力等效。 2-10 参见本章小结。 2-11 参见本章小结。 2-12 参见本章小结。 2-13 注意按应力求解时,在单连体中应力分量必须满足 (1)平衡微分方程, (2)相容方程, (3)应力边界条件(假设)。 2-14 见教科书。 2-15 见教科书。 2-16 见教科书。 2-17 取 它们均满足平衡微分方程,相容方程及x=0和的应力边界条件,因此,它们是该问题的正确解答。 2-18 见教科书。 2-19 提示:求出任一点的位移分量和,及转动量,再令,便可得出。 第三章习题的提示与答案 3-1 本题属于逆解法,已经给出了应力函数,可按逆解法步骤求解: (1)校核相容条件是否满足, (2)求应力, (3)推求出每一边上的面力从而得出这个应力函数所能解决的问题。

3-2 用逆解法求解。由于本题中l>>h, x=0,l 属于次要边界(小边界),可将小边界上的面力化为主矢量和主矩表示。 3-3 见3-1例题。 3-4 本题也属于逆解法的问题。首先校核是否满足相容方程。再由求出应力后,并求对应的面力。本题的应力解答如习题3-10所示。应力对应的面力是: 主要边界: 所以在边界上无剪切面力作用。下边界无法向面力;上边界有向下的法向面力q。 次要边界: x=0面上无剪切面力作用;但其主矢量和主矩在x=0 面上均为零。 因此,本题可解决如习题3-10所示的问题。 3-5 按半逆解法步骤求解。 (1)可假设 (2)可推出 (3)代入相容方程可解出f、,得到 (4)由求应力。 (5)主要边界x=0,b上的条件为 次要边界y=0上,可应用圣维南原理,三个积分边界条件为 读者也可以按或的假设进行计算。 3-6 本题已给出了应力函数,应首先校核相容方程是否满足,然后再求应力,并考察边界条件。在各有两个应精确满足的边界条件,即 而在次要边界y=0 上,已满足,而的条件不可能精确满足(否则只有A=B=0, 使本题无解),可用积分条件代替: 3-7 见例题2。 3-8 同样,在的边界上,应考虑应用一般的应力边界条件(2-15)。

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