第14次課第7章彈性薄板彎曲

第九章彈性薄板的彎曲問題幾何模型幾何特征1.板(平板)2.板面(上、下)3.板邊4.板厚5.中面6.薄板:

9.1基本概念與基本假設載荷特征薄板受載荷時,總可以把每一個荷載分解為在中面之內的縱向荷載和垂直于中面的橫向荷載。前者可以按平面應力問題考慮，后者按薄板彎曲問題進行計算。Kirchihoff直法線假設：

變形前與中面垂直的直線段，變形后仍保持直線段并與中面垂直。由此假設可知：在yz,xz平面內無角變形，即不考的豎向平面內的剪切變形。

小撓度薄板彎曲理論是以下面的三個假設為基礎的：yz平面xz平面γyz=

0γxz=

0所以有從而有由物理方程但容許和不等于零，以滿足平衡方程的需要。因為由幾何方程得因為所以即中面內的豎直位移函數w|z=0=w(x,y)

稱為撓度函數。2.中面彎曲時，中面內的各點沒有平行于中面的位移，只有垂直位移。

在物理方程中3.不計垂直于中面的正應變，即不考慮板的壓縮。則，因為是薄板所以仍忽略的大小，但建立邊界平衡時,要考慮的大小。該薄板的本構方程與平面應力問題的本構方程相同。所以小撓度薄板彎曲的問題屬于彈性力學平面問題因為不計引起的變形，所以本構方程為

薄板的小撓度彎曲問題是按位移求解的，即取撓度w(x,y)為基本未知函數。因此，要用w(x,y)來表示其他物理量，來建立所謂的彈性曲面微分方程。9.2彈性曲面的基本微分方程分別對z

進行積分后得再由（2）式得由上節中的（1）式，位移函數:AMA’M’OZuxzθZw=w(x,y)把上式代入物理方程，可得用w表示的應力分量表達式。得用w

表示的應變分量表達式:由幾何方程幾何方程:得本構方程:由下面求用w表示的τzy及τzx的表達式，由平衡方程得將上式對z

積分后,利用薄板在下面和上面的邊界條件可得以下表達式平衡方程:下面來推導用w

表示的σz

的表達式，如果體力分量fz=0，可得下面平衡方程式：和上面的推導方法相同，利用邊界條件可得σz的表達式現在導出用w

表示的平衡微分方程,在薄板的上面有邊界條件此即薄板的彈性曲面微分方程，其中稱為薄板的彎曲剛度。或其中q是薄板每單位面積內的橫向荷載，包括橫向面力及橫向體力。將σz

的表達式代入上述邊界條件可得彈性曲面平衡微分方程幾何方程：本構關系：以

w(x,y)為未知函數，則有位移表達式9.3薄板橫截面上的內力σx,

σy,τxy

為

z

的奇函數，因此它們在薄板全厚度上的代數和為零，只能在截面上分別形成彎矩Mx,My

及扭矩Mxy。而剪應力τxz，τyz

將分別形成橫剪力Qx，Qy。內力(廣義應力):聯合上節推導的應力分量表達式可得xzy廣義應變

y方向曲率x方向曲率扭率廣義應力與廣義應變的關系應力與廣義應變（廣義應力）的關系以上的內力，都是作用在薄板每單位寬度上的內力,因此彎矩和扭矩的量綱都是[力]，橫向剪力的量綱是。在薄板彎曲問題中，一定荷載所引起的彎曲應力和剪應力在數值上最大,因而是主要應力；橫向應力在數值上較小，是次要應力；厚向應力在數值上更小，是更次要的應力。

σx

σy

τxy

τxz,τyzσzdxdy如右圖所示,由于在六個平衡方程中自動滿足,其余三個平衡方程為:內力的平衡薄板的平衡方程即dxdy消去Qx

、Qy把彎矩和扭矩的表達式代入得上式就是用第二種方法推得的薄板彎曲微分方程或撓度方程。9.4薄板彎曲問題的邊界條件基本方程為四階偏微分方程矩形薄板，每個邊界必須給出兩個邊界條件。自由邊：固支邊：簡支邊：如右圖所示邊界條件：xyBADCx=0y=0y=bx=aba固支邊簡支邊自由邊自由邊：7.5薄板彎曲問題解例本節首先通過介紹簡支矩形薄板的納維解法，來理解一下求解薄板彎曲問題的思路。四邊簡支的矩形薄板，當無支座沉陷時，邊界條件如下：簡支板中面支座撓度取為如下雙三角級數：現在將q

展開成與上式左邊相同的形式，即代入彈性曲面微分方程可得下式：(c)兩邊同乘以、后從0到a對x積分，從0到b對y積分,并