教学札记(二)

中外许多弹性力学书,往往通过例题和习题,将楔形体在某种受力下的应力分布与材料力学的结果(例题中一般指的是等截面梁)加以比较,得出剪应力分布截然不同的结论。这样的对比能说明什么问题呢?如果是为了说明不同解法所得结果的差别,那倒可能引起读者的误解(例如会使人觉得材料力学的结果太不准确了!),而不能说明材力解与弹力解的不同。因为弹性力学解得等截面梁的剪应力也一样和楔形体大不相同!如果是为 ...     

教学札记

中外许多弹性力学书,往往通过例题和习题,将楔形体在某种受力下的应力分布与材料力学的结果(例题中一般指的是等截面梁)加以比较,得出剪应力分布截然不同的结论。这样的对比能说明什么问题呢?如果是为了说明不同解法所得结果的差别,那倒可能引起读者的误解(例如会使人觉得材料力学的结果太不准确了!),而不能说明材力解与弹力解的不同。因为弹性力学解得等截面梁的剪应力也一样和楔形体大不相同!如果是为     

均布力偶作用下细长梁力学分析

通过铁木辛柯梁理论分析了反向均布表面剪应力——等效均匀分布力偶作用下的等截面均质细长梁挠度和应力分布规律,并与有限元法的计算结果对比发现：当边界条件中剪力不为零时,弯曲挠度和正应力分析必须考虑剪力的影响,即Euler梁理论不能满足分析的要求;若存在剪力为零边界时,可使用Euler梁分析弯曲挠度和正应力;剪应力分布向通常规律一样,仍沿高度方向呈抛物线分布,即使对于剪力为零的横截面也可能存在剪应力,这是由于表面剪应力的影响使得梁的上下表面存在剪应力,并且剪应力在横截面内正负可以发生变化。     

空间曲梁单元的扭转修正系数研究

三维空间曲梁有限单元模型是模拟曲梁结构的有效数值方法,可以考虑曲梁的弯扭耦合特性,最为符合曲梁的几何和受力特征.由于有限元法采用梁理论的平截面假定,空间曲梁单元上的扭转剪应力分布与实际曲梁截面上的扭转剪应力不同,从而会导致扭转刚度和扭转变形的计算失真.本文基于剪切应变能等效原理,推导了不同长宽比的矩形截面空间曲梁单元的扭转刚度修正系数η和截面边中点处扭转剪应力的修正系数λ,并采用曲线悬臂梁进行了验证.验证结果表明,根据本文提出的η作为校正因子的空间曲梁单元模型,对任意矩形截面曲梁计算的扭转变形均与实体单元模型的结果吻合良好;且只有截面为正方形时,扭转剪应力修正系数η才恰好与弯曲剪应力修正系数(1.2)一致.     

也谈矩形截面梁剪应力公式推导

也谈矩形截面梁剪应力公式推导罗开彬（重庆建筑大学，重庆６３００４５）文献［１］对矩形截面梁剪应力公式在变剪力情况下进行了推导，文献［２］对该推导提出了质疑，对此笔者也谈点粗浅的看法．材料力学中，该公式是在无分布荷载梁段（即剪力Ｑ＝ｃｏｎｓｔ）的情况下...     

也谈矩形截面梁剪应力公式推导

也谈矩形截面梁剪应力公式推导罗开彬（重庆建筑大学，重庆６３００４５）文献［１］对矩形截面梁剪应力公式在变剪力情况下进行了推导，文献［２］对该推导提出了质疑，对此笔者也谈点粗浅的看法．材料力学中，该公式是在无分布荷载梁段（即剪力Ｑ＝ｃｏｎｓｔ）的情况下...     

开口厚壁截面短构件的约束扭转

为了分析开口厚壁截面短构件的约束扭转问题,采用统一分析梁模型与有限节线法,对T形和L形厚壁截面短构件约束扭转时横截面的翘曲和应力分布情况等问题进行了分析研究.算例计算结果表明:开口厚壁截面短构件存在与其横截面形心位置不一致的扭转(弯曲)中心,构件在不过扭转中心的外力作用下会产生弯扭耦合变形,其横截面将产生不均匀翘曲,横截面上的翘曲正应力和扭转剪应力均呈非线性分布.     

我看“矩形截面梁剪应力计算公式的严格推导”

我看“矩形截面梁剪应力计算公式的严格推导”薛福林（哈尔滨工业大学，哈尔滨１５０００６）文［１］给出一个在梁的剪力不是常量时弯曲剪应力公式的推导，并认为这个推导是严格的。笔者认为该文的推导存在矛盾。该文在假定剪力、弯矩和剪应力都是截面位置坐标的函数时，...     

我看“矩形截面梁剪应力计算公式的严格推导”

我看“矩形截面梁剪应力计算公式的严格推导”薛福林（哈尔滨工业大学，哈尔滨１５０００６）文［１］给出一个在梁的剪力不是常量时弯曲剪应力公式的推导，并认为这个推导是严格的。笔者认为该文的推导存在矛盾。该文在假定剪力、弯矩和剪应力都是截面位置坐标的函数时，...     

对矩形截面杆弹性自由扭转的探讨

利用柱体扭转问题的经典弹性力学解析解，结合自编电算程序绘制了沿截面控制线 上剪应力的分布图,同时利用ANSYS有限元分析软件模拟了等直矩形截面杆的自由扭 转问题. 将各种材料力学教材中的截面剪应力分布图与准确计算结果进行了比较，并 对截面剪应力分布规律进行了总结.     

考虑约束扭转的薄壁梁单元刚度矩阵

推导了薄壁空间梁单元刚度矩阵 ,考虑了双向弯曲及截面约束扭转对杆件轴向变形的影响 ;计算了截面的翘曲变形 ,以及二次剪应力对翘曲变形的影响 ,可适用于任意截面 (包括开口、闭口和混合剖面 )的薄壁杆件。计算结果表明 ,考虑约束扭转的薄壁梁单元刚度矩阵有相当好的精确度 ,可以用于薄壁杆件的静动力分析。     

剪力对楔形变截面双模量梁弯曲应力的影响

推导出了楔形矩形变截面双模量梁的截面高度表达式,利用静力平衡方程确定了楔形矩形变截面双模量梁弯曲时的中性层位置,得到了楔形矩形变截面双模量梁的弯曲剪应力计算公式.在考虑剪切变形影响的基础上,利用楔形矩形变截面双模量梁的弯曲剪应力计算公式,推导出了楔形矩形变截面双模量梁弯曲正应力计算公式.通过算例分析,讨论分析了楔形矩形变截面双模量梁的楔度比、剪力、长高比等对矩形截面双模量梁弯曲正应力的影响.研究结果表明:随着楔度比的增大,楔形矩形变截面梁弯曲拉、压正应力绝对值逐渐减小.当矩形截面双模量梁的长高比小于一定比值,剪力会对楔形矩形变截面双模量梁弯曲正应力产生较大的影响.得到了拉压弹性模量相差较大的情况,采用经典材料力学理论进行楔形矩形变截面双模量梁的弯曲应力计算分析是不合适的,应该采用双模量材料力学理论对梁弯曲应力进行分析计算的结论.     

碳纤维布加固混凝土梁的解析分析

根据弹性理论和部分组合截面假定，分析碳纤维布加固混凝土梁体系，建立单位长度粘结界面剪力表达式和碳纤维布轴向拉力微分方程，从而推导出碳纤维布拉力、混凝土梁正截面弯矩和粘结界面剪应力解析解的一般形式，满足实际应用．结合算例指出：碳纤维布轴向拉力和粘结界面剪应力分布不均匀，在端部区段应力集中，可能导致加固失效，应采取措施加强锚固．     

A NEW SPATIAL THIN-WALLED BEAM ELEMENT INCLUDING TRANSVERSE AND TORSIONAL SHEAR DEFORMATION

基于Timoshenko梁及Benscoter薄壁杆件理论,建立了考虑剪切变形、弯扭耦合以及翘曲剪应力影响的空间任意开闭口薄壁截面梁单元. 通过引入单元内部结点,对弯曲转角和翘曲角采用三节点Lagrange独立插值的方法,考虑了剪切变形和翘曲剪应力的影响并避免了横向剪切锁死问题;借助载荷作用下薄壁梁的截面运动分析,在位移和应变方程中考虑了弯扭耦合的影响. 通过数值算例将该单元的计算结果与理论解以及商用有限元软件和其他文献中的数值解进行对比和验证,结果对比表明该薄壁梁单元具有良好的精度和收敛性.     

屈曲载荷对梁与扭杆截面设计的限制

在材料力学中,梁的弯曲正应力与离开中性轴的距离成比例地增长,对给定的梁的横截面积,取高度方向狭长的截面形状时可提高梁的强度.对于扭转问题也有结论为:空心圆扭杆的剪应力沿截面呈线性分布,对给定的截面积,则使极惯性矩取大时可提高杆的抗扭强度.又我们从稳定理论知道:这种设计方法受到梁的侧向屈曲以及圆扭杆的扭转失稳的限制.在通常的材料力学教材中一般很少提及这种限 ...     

用材料力学公式计算任意截面短梁正应力时的修正项研究

对材料力学中梁的弯曲应力公式增加一修正项,以反映短梁弯剪翘曲变形对应力分布的影响。提出一种根据短梁横截面边界形状及艾瑞应力函数求解应力修正项的方法,应用弹性力学空间问题的一般理论,通过应力平衡方程、应变相容方程及应力边界条件,建立了关于任意截面短梁的应力修正项及剪应力的基本方程。在所建立的基本方程基础上,导出了矩形截面和圆形截面短梁修正应力的具体计算公式,该修正应力与均布荷载大小及弹性模量与剪切模量之比均成正比,但与截面惯性矩成反比。数值算例表明,本文方法计算的应力与通用有限元软件ANSYS计算的结果吻合良好,从而验证了本文方法及其基本公式的正确性。     

开口厚壁截面短构件的约束扭转1）

为了分析开口厚壁截面短构件的约束扭转问题,采用统一分析梁模型与有限节线法,对T形和L形厚壁截面短构件约束扭转时横截面的翘曲和应力分布情况等问题进行了分析研究.算例计算结果表明：开口厚壁截面短构件存在与其横截面形心位置不一致的扭转（弯曲）中心,构件在不过扭转中心的外力作用下会产生弯扭耦合变形,其横截面将产生不均匀翘曲,横截面上的翘曲正应力和扭转剪应力均呈非线性分布.     

矩形截面梁剪应力计算公式的严格推导

<正> 梁的剪应力计算是材料力学教学中的一个重要内容.1855年,俄国铁路工程师儒拉夫斯基(Д.И.Журавский)得到了实用的梁剪应力计算公式,它简易可靠,至今仍得到广泛应用.关于该公式的推导,现行一般材料力学教科书中均假定所取微段 mn 中没有荷载作用(q=0),如图1所示,这种取法可以突出剪     

矩形截面梁剪应力计算公式的严格推导

梁的剪应力计算是材料力学教学中的一个重要内容．1855年，俄国铁路工程师儒拉夫斯基(Д．И．Журавскнй)得到了实用的梁剪应力计算公式，它简易可靠，至今仍得到广泛应用．关于该公式的推导，现行一般材料力学教科书中均假定所取微段m#中没有荷载作用（q=0)，如图1所示，这种取法可以突出剪     

梁在固有振动中的对偶关系

本文研究具有齐次边界的Euler-Bernoulli梁在固有振动中的对偶关系.将两种截面变化不同、但固有频率完全相同的梁定义为异截面对偶梁.通过位移描述和弯矩描述,指出具有齐次边界条件的变截面梁共有如下7类异截面对偶:一是自由-自由梁与固支-固支梁,二是滑支-自由梁与滑支-固支梁(及其镜像),三是铰支-自由梁与铰支-固支梁(及其镜像),四是铰支-滑支梁与铰支-滑支梁(及其镜像),五是滑支-滑支梁与滑支-滑支梁,六是铰支-铰支梁与铰支-铰支梁,七是固支-自由梁与自由-固支梁.在此基础上,将两种截面变化相同、固有频率也相同的梁定义为同截面对偶梁.研究表明,当且仅当梁的截面积函数和截面惯性矩函数具有特定指数函数形式时,前4类异截面对偶梁能成为同截面对偶梁.对于等截面梁,上述前3类同截面对偶仍可保持,而第4类同截面对偶退化为彼此镜像.此时,通过引入转角描述可发现等截面梁产生新对偶,即滑支-滑支梁与铰支-铰支梁对偶.上述等截面梁的对偶均具有如下特征,即对偶中的一种梁具有静定约束,另一种梁具有静不定约束.