本章起承上啟下的作用,教材上內(nèi)容比較龐雜,有些理論部分講得有點(diǎn)深奧,建議大家按如下的標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)本章:
對理論推導(dǎo)和證明可不作要求,大家可根據(jù)自身基礎(chǔ)酌情學(xué)習(xí);
但對基本概念,基本原理的特點(diǎn)和適用范圍等,公式的條件、適用范圍、符號的含義一定要仔細(xì)、深刻地理解;
對求剛體體系、變形體體系位移的基本技能一定要熟練掌握,否則會影響下一章力法及以后結(jié)構(gòu)動力學(xué)課程的學(xué)習(xí)。
本章復(fù)習(xí)要求:
深刻理解:位移、廣義位移、剛體位移、彈性位移、虛功等基本概念;剛體體系虛功原理、虛位移原理、虛力原理,變形體虛功原理,單位力法求荷載作用下靜定結(jié)構(gòu)位移的公式,圖乘法的公式特點(diǎn);
熟練掌握:用虛力原理求支座移動時靜定結(jié)構(gòu)的位移,
圖乘法求荷載作用下靜定梁、剛架的位移。
1、關(guān)于位移的概念
結(jié)構(gòu)位移計算的目的有兩個,一是驗算結(jié)構(gòu)的變形是否符合要求,二是為超靜定結(jié)構(gòu)的計算作準(zhǔn)備。
位移除常規(guī)的角位移(截面繞其對稱軸轉(zhuǎn)過的角度)、線位移(截面的形心沿某方向移動的距離)外,還有廣義位移或相對位移,即某兩個截面的相對轉(zhuǎn)角或相對線位移。
若結(jié)構(gòu)產(chǎn)生位移時,結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)變,桿的軸線彎成曲線,這種位移可稱為彈性位移;若結(jié)構(gòu)產(chǎn)生位移時,結(jié)構(gòu)內(nèi)部無應(yīng)變,桿的軸線仍為直線,這種位移可稱為剛體位移。
引起位移的因素包括荷載作用、溫度改變、支座移動、制造和裝配誤差,前兩者使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生彈性位移(應(yīng)變),后兩者只引起結(jié)構(gòu)的剛體位移。
位移計算雖然是一個幾何問題,但最好的解法并非幾何方法,而是利用虛功原理。
2、實(shí)功與虛功的概念
上面提到,結(jié)構(gòu)位移計算的基本方法是利用虛功原理,整章基本上都在與虛功打交道,因此深刻理解虛功的概念非常重要,可以與實(shí)功對照著理解。
大家在物理課程學(xué)過,功就是力與在力的方向的位移的乘積,若是常力直接相乘,若是變力則用積分處理。仔細(xì)推敲功的概念就會發(fā)現(xiàn),它只要求是同一點(diǎn)、同一方向的力與位移的乘積,對此力和位移是否有因果關(guān)系并未作要求,因此就有兩種情況:
如果做功的力與位移一一對應(yīng),有因果關(guān)系,該位移就是由該力引起的,這種功就稱為實(shí)功,
如果做功的力與位移沒有因果關(guān)系,即該位移與該力不相干(這是完全可能的),它們只是在同一點(diǎn)、同一方向,這種功就稱為虛功,注意“虛”字在此并非不存在的意思,只是強(qiáng)調(diào)做功的力與位移獨(dú)立無關(guān)。
下面舉個簡單的例子:
右圖所示簡支梁,先在1截面施加 荷載P, 1(是指從零慢慢加至最終值)
梁變形到綠線位置,然后在2截面
施加荷載P2(在此過程中P, 1保持不變) 梁最終變形至紅線位置(為了演示清楚, 位移畫得比較大,實(shí)際都是小變形)11 實(shí)功 P1?11,P2?22 (此例中實(shí)功為變力做功) 22
虛功 P1?12
3、剛體虛功原理的兩種應(yīng)用
4、對變形體虛功原理的理解
變形體虛功原理是整章的基礎(chǔ),可以把本章所有的內(nèi)容串起來,因為剛體虛力原理也不過是其特殊情況。對變形體虛功原理的推導(dǎo)盡管不作要求,但對其本身及與其它原理、方法的關(guān)系的理解必須深刻:
5、圖乘法應(yīng)用的注意事項
基于單位力法的圖乘法是求荷載作用下結(jié)構(gòu)位移的最重要的方法,必須熟練掌握。
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教材上對圖乘法已有詳細(xì)說明和實(shí)例,請大家仔細(xì)學(xué)習(xí)。在此強(qiáng)調(diào)幾點(diǎn):
● 應(yīng)用條件:等截面直桿。和MP肯定至少有一個是直線圖。
● 標(biāo)距y0應(yīng)取自直線彎矩圖中,A和y0在桿的同側(cè)則乘積為正,否則為負(fù)。
● 對二次拋物線彎矩圖,只需記住標(biāo)準(zhǔn)的二次拋物線面積公式A?2lh,其它非標(biāo)準(zhǔn)的二次3
拋物線可分解成直線和標(biāo)準(zhǔn)的二次拋物線的疊加。
● 對分段折線彎矩圖必須分段考慮,對梯形彎矩圖最好分解計算。