材料力学：第十三章能量法

第十三章第十三章 能量法能量法13-1 概概 述述 在弹性范围内，弹性体在外力作用下发在弹性范围内，弹性体在外力作用下发生变形而在体内积蓄的能量，称为弹性应变能，生变形而在体内积蓄的能量，称为弹性应变能，简称应变能。简称应变能。物体在外力作用下发生变形，物体的变物体在外力作用下发生变形，物体的变形能在数值上等于外力在加载过程中在相应位形能在数值上等于外力在加载过程中在相应位移上所做的功，即移上所做的功，即=W13-2 杆件变形能计算杆件变形能计算一、轴向拉伸和压缩一、轴向拉伸和压缩二、扭转二、扭转三、弯曲三、弯曲纯弯曲：纯弯曲：横力弯曲：横力弯曲：13-3 变形能的普遍表达式变形能的普遍表达式即即：线弹性体的变形能等于每一外力与其相应位移乘积的二分之一的：线弹性体的变形能等于每一外力与其相应位移乘积的二分之一的总和。总和。所有的广义力均以静力方式，按一定比例由所有的广义力均以静力方式，按一定比例由O增加至最终值。任一广义位移增加至最终值。任一广义位移 与与整个力系有关，但与其相应的广义力整个力系有关，但与其相应的广义力 呈线性关系。呈线性关系。例：试求图示悬臂梁的应变能，并利用功例：试求图示悬臂梁的应变能，并利用功能原理求自由端能原理求自由端B的挠度。的挠度。F解：解：例题：悬臂梁在自由端承受集中力例题：悬臂梁在自由端承受集中力F及集中力偶矩及集中力偶矩M0作用。设作用。设EI为常数，试求为常数，试求梁的应变能。梁的应变能。LFMeAB解：解：弯矩方程弯矩方程 变形能变形能LFM0AB 当当F和和M0分别作用时分别作用时 用普遍定理用普遍定理13-4 互等定理互等定理位移发生点位移发生点荷载作用点荷载作用点F1F2F1F2F1F2F1功的互等定理功的互等定理:位移互等定理位移互等定理:例：求图示简支梁例：求图示简支梁C截面的挠度。截面的挠度。F 例：求图示悬臂梁中点例：求图示悬臂梁中点C处的铅垂位移处的铅垂位移 。F13-5 卡氏定理卡氏定理若只给若只给 以增量以增量 ，其余不变，在，其余不变，在 作用下，原各力作用点将作用下，原各力作用点将产生位移产生位移变形能的增加量：变形能的增加量：略去二阶小量，则：略去二阶小量，则：如果把原有诸力看成第一组力，把如果把原有诸力看成第一组力，把 看作第二组力，根据互等看作第二组力，根据互等定理：定理：所以：所以：变形能对任一载荷变形能对任一载荷Fi 的偏导数，等于的偏导数，等于Fi作用点沿作用点沿Fi方向的位移方向的位移卡氏第二定理卡氏第二定理推导过程使用了互等定理，所以只适用线弹性结构。推导过程使用了互等定理，所以只适用线弹性结构。横力弯曲：桁架杆件受拉压：轴受扭矩作用：13-6 单位载荷法单位载荷法 莫尔积分莫尔积分莫尔定理莫尔定理（莫尔积分）（莫尔积分）例：试用莫尔定例：试用莫尔定理计算图理计算图(a)所所示示悬臂梁自由端悬臂梁自由端B的挠度和转角。的挠度和转角。13-7计算莫尔积分的图乘法计算莫尔积分的图乘法 在应用莫尔定理求位移时，需计算下列在应用莫尔定理求位移时，需计算下列形式的积分：形式的积分：对于等直杆，对于等直杆，EI=const，可以提到积分号外，可以提到积分号外，故只需计算积分故只需计算积分直杆的直杆的M0(x)图必定是直线或折线。图必定是直线或折线。顶点顶点顶点顶点二次抛物线二次抛物线 例：试用图乘法求例：试用图乘法求所所示悬臂梁自由端示悬臂梁自由端B的挠度和转角。的挠度和转角。LFF解（1）求自由端的挠度Fm=1(2)求自由端的转角求自由端的转角例：试用图乘法求例：试用图乘法求所所示简支梁的最大挠度和最大示简支梁的最大挠度和最大转角。转角。qM解解（1）简支梁的最大挠度简支梁的最大挠度（2）求最大转角）求最大转角最大转角发生在两个支座处最大转角发生在两个支座处 例：试用图乘法求例：试用图乘法求所所示简支梁示简支梁C截面的挠截面的挠度和度和A、B截面的转角。截面的转角。CL12TU34解：解：例：试用图乘法求例：试用图乘法求所所示悬臂梁自由端示悬臂梁自由端B的的挠度和转角。挠度和转角。CL12TU35解：解：例：试用图乘法求图示悬臂梁中点例：试用图乘法求图示悬臂梁中点C处的处的铅垂位移。铅垂位移。CL12TU36解：解：例：图示梁，抗弯刚度为例：图示梁，抗弯刚度为EI，承受均布载，承受均布载荷荷q及集中力及集中力X作用。用图乘法求：作用。用图乘法求：(1)集中力作用端挠度为零时的集中力作用端挠度为零时的X值；值；(2)集中力作用端转角为零时的集中力作用端转角为零时的X值。值。CL12TU37F解：解：(1)F(2)例：图示梁的抗弯刚度为例：图示梁的抗弯刚度为EI，试求，试求D点的点的铅垂位移。铅垂位移。CL12TU38解：解：例：图示开口刚架，例：图示开口刚架，EI=const。求。求A、B两截面的相对角位移两截面的相对角位移 AB 和沿和沿P力作用线方向力作用线方向的相对线位移的相对线位移 AB。CL12TU39解：解：例：用图乘法求图示阶梯状梁例：用图乘法求图示阶梯状梁A截面的转截面的转角及角及E截面的挠度。截面的挠度。CL12TU40解：解：例：图示刚架，例：图示刚架，EI=const。求。求A截面的水截面的水平位移平位移 AH 和转角和转角A。CL12TU41解：解：