弹性力学基础知识.ppt

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1、弹性力学基础知识1弹性力学的基本假设2弹性力学基本概念3弹性力学基本方程4边界条件1弹性力学的基本假设工程问题的复杂性是诸多方面因素组成的。如果不分主次考虑所有因素，则问题的复杂，数学推导的困难，将使得问题无法求解。根据问题性质，忽略部分暂时不必考虑的因素，提出一些基本假设。使问题的研究限定在一个可行的范围。基本假设是学科的研究基础。超出基本假设的研究领域是固体力学其它学科的研究。基本假设的必要性连续性假设均匀性假设各向同性假设完全弹性假设小变形假设无初始应力的假设1弹性力学的基本假设1弹性力学的基本假设1.连续性假设——假设所研究的整个弹性体内部完全由组

2、成物体的介质所充满，各个质点之间不存在任何空隙。——变形后仍然保持连续性。根据这一假设，物体所有物理量，例如位移、应变和应力等均为物体空间的连续函数。微观上这个假设不成立——宏观假设。1弹性力学的基本假设2.均匀性假设——假设弹性物体是由同一类型的均匀材料组成的。因此物体各个部分的物理性质都是相同的，不随坐标位置的变化而改变。——物体的弹性性质处处都是相同的。工程材料，例如混凝土颗粒远远小于物体的的几何形状，并且在物体内部均匀分布，从宏观意义上讲，也可以视为均匀材料。对于环氧树脂基碳纤维复合材料，不能处理为均匀材料1弹性力学的基本假设3.各向同性假设——假

3、定物体在各个不同的方向上具有相同的物理性质，这就是说物体的弹性常数将不随坐标方向的改变而变化。——宏观假设，材料性能是显示各向同性。当然，像木材，竹子以及纤维增强材料等，属于各向异性材料。——这些材料的研究属于复合材料力学研究的对象。1弹性力学的基本假设4.完全弹性假设——对应一定的温度，如果应力和应变之间存在一一对应关系，而且这个关系和时间无关，也和变形历史无关，称为完全弹性材料。完全弹性分为线性和非线性弹性，弹性力学研究限于线性的应力与应变关系。研究对象的材料弹性常数不随应力或应变的变化而改变。1弹性力学的基本假设5.小变形假设——假设在外力或者其他外

4、界因素（如温度等）的影响下，物体的变形与物体自身几何尺寸相比属于高阶小量。——在弹性体的平衡等问题讨论时，可以不考虑因变形所引起的尺寸变化。——忽略位移、应变和应力等分量的高阶小量，使基本方程成为线性的偏微分方程组。1弹性力学的基本假设6.无初始应力假设——假设物体处于自然状态，即在外界因素作用之前，物体内部没有应力。弹性力学求解的应力仅仅是外部作用（外力或温度改变）产生的。1弹性力学的基本假设弹性力学的基本假设，主要包括弹性体的连续性、均匀性、各向同性、完全弹性和小变形假设等。这些假设都是关于材料变形的宏观假设。弹性力学问题的讨论中，如果没有特别的提示，

5、均采用基本假设。这些基本假设被广泛的实验和工程实践证实是可行的。2弹性力学基本概念载荷、应力、应变、位移是弹性力学的几个主要物理量载荷载荷是外界作用在弹性体上的力，又称外力。它包括体力、面力和集中力三种形式。体力分布在物体整个体积内的外力如重力，惯性力，电磁力等。体力矩阵表示为面力分布在物体表面上的外力，如液体压力、风力和接触力等。面力矩阵表示为集中力如果外力作用面很小，则可视为外力作用在物体表面的某一点。体力矩阵表示为应力物体承受外力作用，物体内部各截面之间产生附加内力，为了显示出这些内力，我们用一截面截开物体，并取出其中一部分：应力其中一部分对另一部分

6、的作用，表现为内力，它们是分布在截面上分布力的合力。ΔQΔA取截面的一部分，它的面积为ΔA，为物体在该截面上ΔA点的应力。平均集度为ΔQ/ΔA，其极限作用于其上的内力为ΔQ，应力通常将应力沿垂直于截面和平行于截面两个方向分解为Sστ正应力σ切应力τ应力应力分量应力不仅和点的位置有关，和截面的方位也有关。描述应力，通常用一点平行于坐标平面的单元体，各面上的应力沿坐标轴的分量来表称为应力分量。物体内各点的内力平衡，因此相对平面上的应力分量大小相等，方向相反。xyzo应力应力分量符号规定：图示单元体面的法线为y,称为y面，应力分量垂直于单元体面的应力称为正应力。

7、正应力记为,沿y轴的正向为正,其下标表示所沿坐标轴的方向。平行于单元体面的应力称为切应力，用τyx、τyz表示，其第一下标y表示所在的平面，第二下标x、y分别表示沿坐标轴的方向。如图示的τyx、τyzσyτyxτyzxyzo应变外力作用下弹性体将产生变形，因此微分体棱边的长度以及它们之间的夹角将发生变化。各棱边每单位长度的伸缩量称为正应变（normalstrain），各棱边之间的直角改变则称为剪应变（shearstrain）。剪应变以直角减小为正，增大为负，应变无量纲。几何意义如图应力矩阵应变矩阵微分体的应力分量和应变分量位移弹性体变形实际上是弹性体内质点

8、的位置变化，质点位置的改变称为位移（displacement）。位