弹性力学总结及复习课件

弹性力学课程总结与复习弹性力学课程总结与复习一、弹性力学问题研究的基本框架：一、弹性力学问题研究的基本框架：一、弹性力学问题研究的基本框架：一、弹性力学问题研究的基本框架：弹弹性性力力学学问问题题基本假设与基本量基本假设与基本量基本假设与基本量基本假设与基本量5个基本假设；个基本假设；15个基本量：个基本量：基本原理基本原理平衡原理平衡原理能量原理能量原理（单元体）（单元体）（整体）（整体）基本方程基本方程控制微分方程控制微分方程（15个）个）边界条件边界条件（6个）个）平衡微分方程（平衡微分方程（3个）：个）：几何方程（几何方程（6个）：个）：物理方程（物理方程（6个）：个）：应力边界条件（应力边界条件（3个）：个）：位移边界条件（位移边界条件（3个）个）：数学上数学上构成偏微分方程的构成偏微分方程的定解问题定解问题求解方法求解方法求解方法求解方法函数解函数解精确解；精确解；近似解；近似解；（如：基于能量原理的解）（如：基于能量原理的解）数值解数值解（如：有限差分法、有限单元法等）（如：有限差分法、有限单元法等）实验方法实验方法二、弹性力学平面问题的求解二、弹性力学平面问题的求解二、弹性力学平面问题的求解二、弹性力学平面问题的求解（1）按）按未知量未知量的性质分：的性质分：按位移求解；按位移求解；按应力求解；按应力求解；（2）按采用的）按采用的坐标系坐标系分：分：直角坐标解答；直角坐标解答；极坐标解答；极坐标解答；（3）按采用的）按采用的函数类型函数类型分：分：级数解；级数解；初等函数解；初等函数解；复变函数解；复变函数解；1 1.平面问题的求解方法平面问题的求解方法平面问题的求解方法平面问题的求解方法逆解法；逆解法；半逆解法；半逆解法；2.2.平面问题求解的基本方程平面问题求解的基本方程平面问题求解的基本方程平面问题求解的基本方程（1）平衡方程）平衡方程（2-2）（2）相容方程（形变协调方程）相容方程（形变协调方程）（2-23）（3）边界条件：）边界条件：（2-18）（平面应力情形）（平面应力情形）（1）对应力边界问题，且为）对应力边界问题，且为单连单连通问题通问题，满足上述方程的解，满足上述方程的解是唯一正确解。是唯一正确解。（2）对）对多连通问题多连通问题，满足上述方，满足上述方程外，还需满足程外，还需满足位移单值条位移单值条件件，才是唯一正确解。，才是唯一正确解。说明：说明：3.常体力下平面问题求解的基本方程与步骤：常体力下平面问题求解的基本方程与步骤：（1）(2-27)（2）然后将然后将 代入式（代入式（2-26）求出应力分量：）求出应力分量：先由方程（先由方程（2-27）求出应力函数：）求出应力函数：(2-26)（3）再让再让 满足应力边界条件和位移单值条件（多连体问题）。满足应力边界条件和位移单值条件（多连体问题）。（2-18）（2-17）直角坐标下直角坐标下（1）由问题的条件求出满足式（由问题的条件求出满足式（46）的应力函数）的应力函数（46）（2）由式（由式（45）求出相应的应力分量：）求出相应的应力分量：（45）（3）将上述应力分量将上述应力分量满足问题的边界条件：满足问题的边界条件：位移边界条件：位移边界条件：应力边界条件：应力边界条件：为边界上已知位移，为边界上已知位移，为边界上已知的面力分量。为边界上已知的面力分量。（位移单值条件）（位移单值条件）极坐标下极坐标下4.平面问题平面问题Airy应力函数应力函数 的选取：的选取：直角坐标下直角坐标下xyOblx习题：习题：3-1，3 2，3 3，3-4xyOppp0极坐标下极坐标下（1）轴对称问题轴对称问题（411）应力函数应力函数应力分量应力分量（412）位移分量位移分量（4-13）式中：式中：A、B、C、H、I、K 由应力和位移边界条件确定。由应力和位移边界条件确定。（2）圆孔的孔边应力集中问题圆孔的孔边应力集中问题原问题的转换：原问题的转换：问题问题1baba问题问题2轴对称问题轴对称问题非轴对称问题非轴对称问题（3）楔形体问题楔形体问题 由由因次法因次法确定确定 应力函数的分离变量形式应力函数的分离变量形式（1）楔顶受集中力偶楔顶受集中力偶xyOPxyOM（2）楔顶受集中力楔顶受集中力（3）楔形体一侧受分布力楔形体一侧受分布力xyOPxyOPxyOPxyO（4）曲梁问题曲梁问题其中：其中：q 为曲梁圆周边界上的分布载荷。为曲梁圆周边界上的分布载荷。M，Q分别为梁截面上弯矩与剪力。分别为梁截面上弯矩与剪力。结合应力分量与应力函数的关系确定结合应力分量与应力函数的关系确定 应力函数：应力函数：PxPyPP1P2PMM（5）半平面问题半平面问题PxyOxyOMxyOxyOaaxyO利用叠加法求解利用叠加法求解练习练习：（1）试用边界条件确定，当图示变截面杆件受拉伸时，试用边界条件确定，当图示变截面杆件受拉伸时，在靠杆边的外表面处，横截面上的正应力在靠杆边的外表面处，横截面上的正应力 与剪应力与剪应力 间的关系。设杆的横截面形状为狭间的关系。设杆的横截面形状为狭长矩形，板厚为一个单位。长矩形，板厚为一个单位。（2）z 方向（垂直于板面）很长的正六面体，上边界受方向（垂直于板面）很长的正六面体，上边界受均匀压力均匀压力 p 作用，底部放置在绝对刚性与光滑的基作用，底部放置在绝对刚性与光滑的基础上，如图所示。不计自重，试确定其应力和位移础上，如图所示。不计自重，试确定其应力和位移分量。分量。（3）有一薄壁圆筒的平均半径为有一薄壁圆筒的平均半径为R，壁厚为，壁厚为 t，两，两端受相等相反的扭矩端受相等相反的扭矩 M 作用。现在圆筒上发作用。现在圆筒上发现半径为现半径为 a 的小圆孔，如图所示，则孔边的的小圆孔，如图所示，则孔边的最大应力如何？最大应力发生在何处？最大应力如何？最大应力发生在何处？（4）已知圆环在已知圆环在 r=a 的内边界上被固定，在的内边界上被固定，在 r=b 的圆周上作用着均匀分布剪应力，如图所示。的圆周上作用着均匀分布剪应力，如图所示。试确定圆环内的应力与位移。试确定圆环内的应力与位移。45平面问题复变函数方法的求解思路平面问题复变函数方法的求解思路复变函数方法复变函数方法 应力函数法应力函数法将寻求将寻求应力函数应力函数 U 的问题转化为寻求的问题转化为寻求两个解析函数两个解析函数 的问题的问题利用利用保角变换保角变换，将求解的区域，将求解的区域 D 变换为一个变换为一个中心单位圆中心单位圆域；再利域；再利用用解析函数在闭环上的积分性质解析函数在闭环上的积分性质，求出，求出 。（1）（2）（3）应力函数、应力分量、位移分量、边界条件的复变函数表示应力函数、应力分量、位移分量、边界条件的复变函数表示（5-5）（1）（2）（5-9）（5-8）其中：其中：5.平面问题的平面问题的复变函数复变函数 解法解法（3）（5-10）（5-12）应力边界条件应力边界条件的复变函数表示的复变函数表示（5-13）位移边界条件位移边界条件的复变函数表示的复变函数表示（4）多连体及无限大多连体中，多连体及无限大多连体中，结构特点结构特点（1）一般多连体：）一般多连体：（5-14）其中：其中：多连体及无限大多连体中，多连体及无限大多连体中，结构特点结构特点（1）一般多连体）一般多连体（5-14）（保证多连体中应力和位移的单值性。）（保证多连体中应力和位移的单值性。）为该多连体中单值解析函数。为该多连体中单值解析函数。为第为第 k 个内边界上面力主矢量。个内边界上面力主矢量。（2）无限大多连体）无限大多连体（5-15）其中：其中：（5-16）（2）无限大多连体）无限大多连体（5-15）其中：其中：（5-16）（5-17）（5-12）应力边界条件应力边界条件的复变函数表示的复变函数表示（5-13）位移边界条件位移边界条件的复变函数表示的复变函数表示保角变换与曲线坐标下基本量及公式的表示保角变换与曲线坐标下基本量及公式的表示（1）保角变换）保角变换常用的保角变换函数：常用的保角变换函数：椭圆孔口椭圆孔口其中，其中，圆孔口圆孔口（a 为圆孔半径）为圆孔半径）裂隙（裂纹）裂隙（裂纹）正方形孔口正方形孔口圆盘或圆柱圆盘或圆柱（2）曲线坐标下基本量及公式的表示）曲线坐标下基本量及公式的表示（5-19）（5-20）曲线坐标中曲线坐标中位移分量位移分量的复变函数表示的复变函数表示（5-22）（5-23）曲线坐标中曲线坐标中应力分量应力分量的复变函数表示的复变函数表示 曲线坐标中曲线坐标中应力边界条件应力边界条件的的复变函数表示的的复变函数表示无限大孔口问题的求解方法无限大孔口问题的求解方法（1）由孔口的形状，确定保角变换函数）由孔口的形状，确定保角变换函数（2）由式（由式（5-30）求出）求出（5-30）（3）由式（由式（5-35）、）、（5-36）求出）求出（5-36）（5-35）（4）由式（由式（5-25）、）、（5-26）求出）求出（5-25）（5-26）（5）由式（由式（5-22）、）、（5-23）求出）求出（5-22）曲线坐标中位移分量的复变函数表示曲线坐标中位移分量的复变函数表示（5-23）曲线坐标中应力分量的复变函数表示曲线坐标中应力分量的复变函数表示两个重要积分两个重要积分Cauchy积分公式积分公式（5-33）适用于适用于有限有限大区域的大区域的Cauchy积分。积分。（1）（5-34）适用于适用于无限无限大区域的大区域的Cauchy积分。积分。（2）6.平面平面温度应力温度应力问题的求解问题的求解按位移求解基本方程按位移求解基本方程：（2-17）（6-19）（6-18）位移表示的平衡方程位移表示的平衡方程位移表示的应力边界条件位移表示的应力边界条件按位移求解基本方法按位移求解基本方法：（1）求方程（）求方程（6-18）的一组特解）的一组特解引入一函数引入一函数使位移特解表示为使位移特解表示为（6-18）（6-22）可得到位移特解的应力分量为：可得到位移特解的应力分量为：（6-23）（2）求方程（）求方程（6-18）的一组补充解）的一组补充解（不计变温）（不计变温）（用应力函数法）（用应力函数法）补充解对应的应力补充解对应的应力总的位移分量：总的位移分量：它必须满足位移边界条件；它必须满足位移边界条件；它必须满足应力边界条件。它必须满足应力边界条件。（3）叠加特解和补充解，以满足问题的全部边界条件）叠加特解和补充解，以满足问题的全部边界条件按位移求解基本步骤按位移求解基本步骤：按位移求解基本步骤按位移求解基本步骤：在已知温变场在已知温变场 T 的情况下，的情况下，（a）由方程（由方程（6-28）：）：求求位移势函数位移势函数，和和对应于特解的应力对应于特解的应力、由此引起的由此引起的边界面力边界面力。（b）由特解给出的由特解给出的边界面力边界面力及及问题的性质问题的性质，用应力函数法求出，用应力函数法求出补补充解对应的应力充解对应的应力。（c）将将特解应力特解应力与与补充解补充解对应的对应的应力叠加应力叠加，求得问题的，求得问题的总应力总应力，最后总应力最后总应力满足满足问题的问题的边界条件边界条件，即可得问题的解。，即可得问题的解。三、弹性力学空间问题的求解三、弹性力学空间问题的求解三、弹性力学空间问题的求解三、弹性力学空间问题的求解1 1.空间问题的基本方程空间问题的基本方程空间问题的基本方程空间问题的基本方程平衡微分方程（平衡微分方程（3个）：个）：几何方程（几何方程（6个）：个）：物理方程（物理方程（6个）：个）：应力边界条件（应力边界条件（3个）：个）：位移边界条件（位移边界条件（3个）个）：2 2.按按按按位移位移位移位移求解空间问题的基本方程求解空间问题的基本方程求解空间问题的基本方程求解空间问题的基本方程（9-2）用位移表示用位移表示的平衡微分方程的平衡微分方程2 2.按按按按位移位移位移位移求解空间问题的基本方程求解空间问题的基本方程求解空间问题的基本方程求解空间问题的基本方程（9-2）用位移表示用位移表示的平衡微分方程的平衡微分方程应力边界条件应力边界条件（8-5）位移边界条件位移边界条件3 3.按应力求解空间问题的基本方程按应力求解空间问题的基本方程按应力求解空间问题的基本方程按应力求解空间问题的基本方程平衡微分方程平衡微分方程：边界条件边界条件：相容方程：相容方程：（贝尔特拉密方程）（贝尔特拉密方程）（9-32）4 4.按位移求解空间问题的方法按位移求解空间问题的方法按位移求解空间问题的方法按位移求解空间问题的方法位移势函数法：位移势函数法：（9-8）（9-9）由位移势函数由位移势函数表示的应力分量。表示的应力分量。拉甫（拉甫（Love）位移函数法：）位移函数法：只适用于只适用于轴对称问题轴对称问题位移分量：位移分量：（9-13）Love位移函数位移函数应力分量：应力分量：（9-14）Love位移函数满足的方程：位移函数满足的方程：拉甫（拉甫（Love）位移函数法：）位移函数法：只适用于只适用于轴对称问题轴对称问题位移分量：位移分量：（9-13）Love位移函数位移函数伽辽金（伽辽金（Galerkin）位移函数法：）位移函数法：适用于适用于一般空间问题一般空间问题伽辽金（伽辽金（Galerkin）位移函数：）位移函数：位移分量：位移分量：（9-15）Galerkin 位移函数满足的方程：位移函数满足的方程：5 5.一些空间问题的求解一些空间问题的求解一些空间问题的求解一些空间问题的求解（1 1）半空间体在边界上受法向集中力；）半空间体在边界上受法向集中力；（2 2）半空间体在边界上受切向集中力；）半空间体在边界上受切向集中力；（3 3）半空间体在边界上受法向分布力；）半空间体在边界上受法向分布力；（4 4）两球体之间的接触压力；）两球体之间的接触压力；（5 5）等截面直杆的扭转问题。）等截面直杆的扭转问题。（按应力求解（按应力求解应力函数解法）应力函数解法）应力函数法求解扭转问题的基本方程；应力函数法求解扭转问题的基本方程；应力函数法求解扭转问题的基本步骤；应力函数法求解扭转问题的基本步骤；扭转问题的薄膜比拟理论；扭转问题的薄膜比拟理论；薄壁杆件扭转问题的求解。薄壁杆件扭转问题的求解。四、弹性力学问题求解的能量法四、弹性力学问题求解的能量法四、弹性力学问题求解的能量法四、弹性力学问题求解的能量法1.基本概念与基本量基本概念与基本量（1）形变势能）形变势能U、比能、比能U 1；（2）形变余能）形变余能U*、比余能、比余能U*1；（3）总势能）总势能；（4）总余能）总余能*；各量的计算。各量的计算。2.变分方程与变分原理变分方程与变分原理（1）位移变分方程；位移变分方程；虚功方程；虚功方程；最小势能原理；最小势能原理；伽辽金变分方程；伽辽金变分方程；（2）应力变分方程；应力变分方程；最小余能原理；最小余能原理；3.求解弹性力学问题的变分法求解弹性力学问题的变分法（1）Ritz 法；法；（2）最小势能原理；）最小势能原理；（3）伽辽金法；）伽辽金法；（1）应力变分法；）应力变分法；（2）最小余能原理；）最小余能原理；如何设定位移函数？如何设定位移函数？如何设定应力函数如何设定应力函数？4.弹性力学两个基本定理弹性力学两个基本定理（1）解的唯一性定理；）解的唯一性定理；（2）功的互等定理；）功的互等定理；（3）广义势能原理；广义势能原理；广义余能原理；广义余能原理；5.Ritz 法解题步骤：法解题步骤：（1）假设位移函数，使其位移边界条件；）假设位移函数，使其位移边界条件；（2）计算形变势能计算形变势能 U；（3）代入代入Ritz 法方程求解待定系数法方程求解待定系数；（4）回）回代求解位移、应力等。代求解位移、应力等。6.最小势能原理解题步骤：最小势能原理解题步骤：（1）假设位移函数，使其位移边界条件；）假设位移函数，使其位移边界条件；（2）计算系统的总势能计算系统的总势能 ；（3）由最小势能原理：由最小势能原理：=0，确定待定系数；，确定待定系数；（4）回）回代求解位移、应力等。代求解位移、应力等。7.应力变分法解题步骤：应力变分法解题步骤：（1）假设满足应力边界条件的应力函数）假设满足应力边界条件的应力函数 ；（2）计算系统的形变余能）计算系统的形变余能U*；（3）代入应力变分法方程确定待定系数；）代入应力变分法方程确定待定系数；（4）回代求出应力分量。）回代求出应力分量。在没有给定非零位移边界条件时，应力变分法方程：在没有给定非零位移边界条件时，应力变分法方程：五、其它问题五、其它问题五、其它问题五、其它问题（1）一点应力状态分析；）一点应力状态分析；（2）一点应变状态分析；）一点应变状态分析；（3）应力边界条件的列写；）应力边界条件的列写；（圣维南原理的应用）（圣维南原理的应用）（4）张量的基本知识；）张量的基本知识；（弹性力学基本方程的张量表示）（弹性力学基本方程的张量表示）复习要求复习要求一、范围一、范围一、范围一、范围第第 1 5、7 11章章二、试题形式二、试题形式二、试题形式二、试题形式概念题；概念题；简单叙述、计算、证明题；简单叙述、计算、证明题；分析计算题。分析计算题。三、其它三、其它三、其它三、其它答疑安排答疑安排（理（理A-213）考试时间：考试时间：?月月?日（周日（周?）上午）上午?-?节课节课考试方式：考试方式：半开卷半开卷考试地点：考试地点：教教?各章节的复习思考题各章节的复习思考题第一章第一章 绪绪 论论（1）弹性力学与材料力学）、结构力学课程的异同。）弹性力学与材料力学）、结构力学课程的异同。（从研究对象、研究内容、研究方法等讨论）（从研究对象、研究内容、研究方法等讨论）（2）弹性力学中应用了哪些基本假定？）弹性力学中应用了哪些基本假定？这些基本假定在建立弹性力学基本方程时的作用是什么？这些基本假定在建立弹性力学基本方程时的作用是什么？举例说明哪些使用了这些基本假定？举例说明哪些使用了这些基本假定？（3）弹性力学中应力分量的正负是如何规定的？与材料力学中有何）弹性力学中应力分量的正负是如何规定的？与材料力学中有何不同？不同？第二章第二章 平面问题的基本理论平面问题的基本理论（1）两类平面问题的特点？（几何、受力、应力、应变等）。）两类平面问题的特点？（几何、受力、应力、应变等）。（2）试列出两类平面问题的基本方程，并比较它们的异同。）试列出两类平面问题的基本方程，并比较它们的异同。（3）在建立平面问题基本方程（平衡方程、几何方程）时，作了哪）在建立平面问题基本方程（平衡方程、几何方程）时，作了哪些近似简化处理？其作用是什么？些近似简化处理？其作用是什么？（4）位移分量与应变分量的关系如何？是否有位移就有应变？）位移分量与应变分量的关系如何？是否有位移就有应变？（5）已知位移分量可唯一确定其形变分量，反过来是否也能唯一确）已知位移分量可唯一确定其形变分量，反过来是否也能唯一确定？需要什么条件？定？需要什么条件？（6）已知一点的应力分量，如何求任意斜截面的应力、主应力、主）已知一点的应力分量，如何求任意斜截面的应力、主应力、主方向？方向？（7）什么是线应变（正应变）、剪应变（切应变、角应变）？如何）什么是线应变（正应变）、剪应变（切应变、角应变）？如何由一点应变分量求任意方向的线应变、主应变、主应变方向？由一点应变分量求任意方向的线应变、主应变、主应变方向？（8）平面应力与平面应变问题的物理方程有何关系）平面应力与平面应变问题的物理方程有何关系？（9）边界条件有哪两类？如何列写？）边界条件有哪两类？如何列写？（10）何为圣维南原理？其要点是什么？圣维南原理的作用是什么？）何为圣维南原理？其要点是什么？圣维南原理的作用是什么？如何利用圣维南原理列写边界条件？如何利用圣维南原理列写边界条件？（11）弹性力学问题为超静定问题，试说明之。）弹性力学问题为超静定问题，试说明之。（12）弹性力学问题按位移求解的基本方程有哪些？）弹性力学问题按位移求解的基本方程有哪些？（13）弹性力学平面问题的变形协调方程有哪些形式？各自的使用条）弹性力学平面问题的变形协调方程有哪些形式？各自的使用条件是什么？件是什么？（14）按应力求解弹性力学问题，为什么除了满足平衡方程、边界条）按应力求解弹性力学问题，为什么除了满足平衡方程、边界条件外，还必须满足变形协调方程（相容方程）？而按位移求解件外，还必须满足变形协调方程（相容方程）？而按位移求解为什么不需要满足变形协调方程？为什么不需要满足变形协调方程？（15）应力分量满足平衡方程、相容方程、边界条件，是否就是问题）应力分量满足平衡方程、相容方程、边界条件，是否就是问题的正确解？为什么？的正确解？为什么？（16）常体力情况下，如何将体力转化为面力？其意义如何？）常体力情况下，如何将体力转化为面力？其意义如何？（17）何为逆解法？何为半逆解法？）何为逆解法？何为半逆解法？（18）Airy应力函数应力函数 在边界上值的物理意义是什么？应力函数在边界上值的物理意义是什么？应力函数 的的导数：导数：在边界上值的物理意义是什么？在边界上值的物理意义是什么？第三章第三章 平面问题的直角坐标解答平面问题的直角坐标解答（1）直角坐标解答适用于什么情况？）直角坐标解答适用于什么情况？（2）应力函数是否是唯一的？它可确定什么程度？）应力函数是否是唯一的？它可确定什么程度？（3）用应力函数法求解弹性力学问题的基本步骤？）用应力函数法求解弹性力学问题的基本步骤？（4）应力函数与应力分量间的（直角坐标）关系如何）应力函数与应力分量间的（直角坐标）关系如何？（5）如何利用）如何利用材料力学的结果材料力学的结果推出应力函数推出应力函数 的形式？的形式？（6）如何利用）如何利用量纲分析法量纲分析法（因次分析法）确定（因次分析法）确定楔形体楔形体问题应力函数问题应力函数 的幂次数？的幂次数？xyOblx习题：习题：3-1，3 2，3 3，3-4xyO第四章第四章 平面问题的极坐标解答平面问题的极坐标解答（1）极坐标解答适用的问题结构的几何形状）极坐标解答适用的问题结构的几何形状？（圆环、圆筒、圆弧形曲杆、楔形体、半无限平面体等）（圆环、圆筒、圆弧形曲杆、楔形体、半无限平面体等）（2）极坐标下弹性力学平面问题的基本方程）极坐标下弹性力学平面问题的基本方程？（平衡微分方程、几何方程、物理方程、边界条件方程）（平衡微分方程、几何方程、物理方程、边界条件方程）（3）极坐标下弹性力学平面问题的相容方程）极坐标下弹性力学平面问题的相容方程？（用应变表示的、用应力函数表示的相容方程等）（用应变表示的、用应力函数表示的相容方程等）（4）极坐标下应力分量与应力函数）极坐标下应力分量与应力函数 间关系间关系？（5）极坐标下弹性力学平面问题）极坐标下弹性力学平面问题边界条件的列写边界条件的列写？（6）极坐标下轴对称问题应力函数）极坐标下轴对称问题应力函数、应力分量、位移分量的特点、应力分量、位移分量的特点？（7）圆弧形曲梁圆弧形曲梁问题应力函数问题应力函数、应力分量、位移分量的确定？、应力分量、位移分量的确定？（如何利用（如何利用材料力学中曲梁横截面应力材料力学中曲梁横截面应力推出应力函数推出应力函数 的形式？）的形式？）（8）楔形体在）楔形体在力偶力偶、集中力集中力、边界分布力边界分布力作用下，应力函数作用下，应力函数、应、应力分量、位移分量的确定？力分量、位移分量的确定？（9）半无限平面体在边界上作用）半无限平面体在边界上作用力偶力偶、集中力集中力、分布力分布力下，应力函数下，应力函数、应力分量、位移分量的确定？、应力分量、位移分量的确定？（10）圆孔附近应力集中问题应力函数）圆孔附近应力集中问题应力函数、应力分量、位移分量的确定？、应力分量、位移分量的确定？（11）叠加法叠加法的应用。的应用。非非轴对称问题的求解方法轴对称问题的求解方法半逆解法半逆解法1.圆孔的孔边应力集中问题圆孔的孔边应力集中问题原问题的转换：原问题的转换：问题问题1baba问题问题2轴对称问题轴对称问题非轴对称问题非轴对称问题2.楔形体问题楔形体问题 由由因次法因次法确定确定 应力函数的分离变量形式应力函数的分离变量形式（1）楔顶受集中力偶楔顶受集中力偶xyOPxyOM（2）楔顶受集中力楔顶受集中力（3）楔形体一侧受分布力楔形体一侧受分布力3.曲梁问题曲梁问题其中：其中：q 为曲梁圆周边界上的分布载荷。为曲梁圆周边界上的分布载荷。M，Q分别为梁截面上弯矩与剪力。分别为梁截面上弯矩与剪力。结合应力分量与应力函数的关系确定结合应力分量与应力函数的关系确定 应力函数：应力函数：4.半平面问题半平面问题PxyOxyOMxyOxyOaaxyO叠加法的应用叠加法的应用练习练习：（1）试用边界条件确定，当图示变截面杆件受拉伸时，试用边界条件确定，当图示变截面杆件受拉伸时，在靠杆边的外表面处，横截面上的正应力在靠杆边的外表面处，横截面上的正应力 与剪应力与剪应力 间的关系。设杆的横截面形状为狭间的关系。设杆的横截面形状为狭长矩形，板厚为一个单位。长矩形，板厚为一个单位。（2）z 方向（垂直于板面）很长的直角六面体，上边界方向（垂直于板面）很长的直角六面体，上边界受均匀压力受均匀压力 p 作用，底部放置在绝对刚性与光滑的作用，底部放置在绝对刚性与光滑的基础上，如图所示。不计自重，试确定其应力和位基础上，如图所示。不计自重，试确定其应力和位移分量。移分量。（3）有一薄壁圆筒的平均半径为有一薄壁圆筒的平均半径为R，壁厚为，壁厚为 t，两，两端受相等相反的扭矩端受相等相反的扭矩 M 作用。现在圆筒上发作用。现在圆筒上发现半径为现半径为 a 的小圆孔，如图所示，则孔边的的小圆孔，如图所示，则孔边的最大应力如何？最大应力发生在何处？最大应力如何？最大应力发生在何处？（4）已知圆环在已知圆环在 r=a 的内边界上被固定，在的内边界上被固定，在 r=b 的圆周上作用着均匀分布剪应力，如图所示。的圆周上作用着均匀分布剪应力，如图所示。试确定圆环内的应力与位移。试确定圆环内的应力与位移。xyq1q2q2q1xyq1q1xyq2q2第五章第五章 平面问题的复变函数解答平面问题的复变函数解答（1）平面问题复变函数解法的意义？平面问题复变函数解法的意义？（2）复变函数解法中，平衡方程、相容方程、边界条件是如何满足的？复变函数解法中，平衡方程、相容方程、边界条件是如何满足的？（3）多连体中，应力和位移单值条件是如何满足的？无限大多连体中，多连体中，应力和位移单值条件是如何满足的？无限大多连体中，应力和位移有限性是如何考虑的？应力和位移有限性是如何考虑的？（7）椭圆孔口椭圆孔口问题复变函数解法的问题复变函数解法的基本步骤基本步骤？（8）引入保角变换意义何在？引入保角变换意义何在？（4）多连体中，解析函数多连体中，解析函数 的结构特点？的结构特点？（5）无限大多连体中，解析函数无限大多连体中，解析函数 的结构特点？的结构特点？（6）无限大多连体，解析函数无限大多连体，解析函数 中常数中常数的物理意义？的物理意义？（9）用保角变换方法求解复杂边界问题的基本思想？用保角变换方法求解复杂边界问题的基本思想？（10）试就下列公式说明：试就下列公式说明：（a）单连体中，平面问题的应力与弹性常数无关；）单连体中，平面问题的应力与弹性常数无关；（b）多连体中，平面问题的应力与弹性常数无关的条件；）多连体中，平面问题的应力与弹性常数无关的条件；(5-9)（5-8）(5-14)（11）两个重要的积分：两个重要的积分：Cauchy 积分，积分，它们的作用如何？它们的作用如何？第六章第六章 温度应力的平面问题温度应力的平面问题（1）了解温度应力产生的原因：为温度的变化量，而不是温度值。）了解温度应力产生的原因：为温度的变化量，而不是温度值。（2）了解温度应力问题的基本方程：平衡方程、几何方程、物理方程。）了解温度应力问题的基本方程：平衡方程、几何方程、物理方程。了解它与一般弹性力学基本方程的区别。了解它与一般弹性力学基本方程的区别。（仅为物理方程的不同）（仅为物理方程的不同）（3）温度应力问题按位移求解的基本方程：）温度应力问题按位移求解的基本方程：（6-19）（6-18）体力的替代：体力的替代：面力的替代：面力的替代：（4）温度应力问题按位移求解的基本方程与一般弹性力学问题按位）温度应力问题按位移求解的基本方程与一般弹性力学问题按位移求解基本方程的关系，这种关系对方程求解及温度应力的实移求解基本方程的关系，这种关系对方程求解及温度应力的实验测定有何意义？验测定有何意义？（5）温度应力问题求解的基本思路与方法：）温度应力问题求解的基本思路与方法：（a）求出满足位移平衡方程（）求出满足位移平衡方程（6-18）的一组特解（此时，无需满足）的一组特解（此时，无需满足边界条件；用位移势函数求解）。边界条件；用位移势函数求解）。（b）不计变温，求出满足平衡方程（）不计变温，求出满足平衡方程（6-18）的一组补充解（常由应）的一组补充解（常由应力函数求解，其边界条件为特解给出的面力）。力函数求解，其边界条件为特解给出的面力）。（6）位移势函数）位移势函数 的概念；位移势函数的概念；位移势函数 与位移分量的关系；温与位移分量的关系；温度应力问题中，位移势函数度应力问题中，位移势函数 满足的方程；应力分量的位移势满足的方程；应力分量的位移势函数函数 的表示。的表示。第七章第七章 平面问题的差分解平面问题的差分解（1）了解差分法的基本思想；）了解差分法的基本思想；（3）了解应力函数差分解中，应力分量的差分公式；应力函数）了解应力函数差分解中，应力分量的差分公式；应力函数的差分方程；的差分方程；（7）了解应力函数差分解求解弹性力学问题的基本方法步骤；）了解应力函数差分解求解弹性力学问题的基本方法步骤；（8）了解位移差分解的基本思路；）了解位移差分解的基本思路；（9）位移差分法求解弹性力学问题的基本方法步骤；）位移差分法求解弹性力学问题的基本方法步骤；（2）了解基本的差分计算公式；）了解基本的差分计算公式；（4）了解）了解边界结点边界结点的的应力函数值应力函数值及其及其导数值导数值求取；求取；（5）了解）了解虚结点虚结点的的应力函数值应力函数值求取；求取；（6）了解）了解不规则边界结点不规则边界结点应力差分方程的建立；应力差分方程的建立；第八章第八章 空间问题的基本理论空间问题的基本理论（1）空间一点的应力状态及其表示；如何由一点应力状态的六个分量）空间一点的应力状态及其表示；如何由一点应力状态的六个分量求任意斜截面上的应力、主应力、主应力方向、最大最小正应力，求任意斜截面上的应力、主应力、主应力方向、最大最小正应力，最大最小剪应力及其所在作用面方向；最大最小剪应力及其所在作用面方向；（2）何为应力不变量？各个应力不变量的物理意义及其计算）何为应力不变量？各个应力不变量的物理意义及其计算？（3）空间一点的应变状态及其表示；如何由一点应变状态的六个分量）空间一点的应变状态及其表示；如何由一点应变状态的六个分量求任意方向线应变、主应变、主应变方向；求任意方向线应变、主应变、主应变方向；（4）何为应变不变量？各个应变不变量的物理意义及其计算？）何为应变不变量？各个应变不变量的物理意义及其计算？（5）能否证明三个主应力方向一定互相垂直；三个主应变方向）能否证明三个主应力方向一定互相垂直；三个主应变方向一定互相垂直？一定互相垂直？（6）何为张量？一点应力状态的张量表示；一点应变状态的张量表）何为张量？一点应力状态的张量表示；一点应变状态的张量表示；一点位移分量的张量表示；示；一点位移分量的张量表示；（7）应变张量分量与工程应变分量之间有何关系？）应变张量分量与工程应变分量之间有何关系？（8）空间问题的基本方程：平衡方程、几何方程、物理方程；基本方）空间问题的基本方程：平衡方程、几何方程、物理方程；基本方程的张量表示；程的张量表示；（9）空间问题物理方程的各种表达形式：）空间问题物理方程的各种表达形式：（a）用应力表示应变，式（）用应力表示应变，式（8-17）；）；（b）用应变表示应力，式（）用应变表示应力，式（8-19）；）；（c）用体积应力表示体积应变，式（）用体积应力表示体积应变，式（8-18）；）；（10）线弹性状态下，材料的拉压弹性模量）线弹性状态下，材料的拉压弹性模量E、剪切弹性模量、剪切弹性模量G、体积弹、体积弹性模量性模量K、材料的泊松比、材料的泊松比 间存在什么关系？间存在什么关系？（11）对极端各向异性体，存在多少个独立材料常数）对极端各向异性体，存在多少个独立材料常数？正交各向异性体？正交各向异性体存在多少个独立材料常数？横观各相同性体有多少个独立材料常存在多少个独立材料常数？横观各相同性体有多少个独立材料常数？各向同性弹性体具有多少个独立的材料常数？数？各向同性弹性体具有多少个独立的材料常数？（12）空间轴对称问题的基本方程：平衡方程、几何方程、物理方程；）空间轴对称问题的基本方程：平衡方程、几何方程、物理方程；（13）空间球对称问题的基本方程：平衡方程、几何方程、物理方程；）空间球对称问题的基本方程：平衡方程、几何方程、物理方程；（14）空间问题的边界条件列写；）空间问题的边界条件列写；第九章第九章 空间问题的解答空间问题的解答（1）按位移求解空间问题的基本方程：）按位移求解空间问题的基本方程：（a）用位移表示的平衡微分方程；）用位移表示的平衡微分方程；（b）应力边界条件；位移边界条件。）应力边界条件；位移边界条件。（2）按位移求解空间轴对称问题的基本方程；按位移求解球对）按位移求解空间轴对称问题的基本方程；按位移求解球对称问题的基本方程。称问题的基本方程。（3）按位移直接求解的空间问题：）按位移直接求解的空间问题：（a）半无限大弹性体，受重力及在边界上受均布压力作用；）半无限大弹性体，受重力及在边界上受均布压力作用；（b）空心球体受均布内压或外压作用。）空心球体受均布内压或外压作用。（4）什么是位移势函数？位移势函数与位移分量的关系如何？位移函）什么是位移势函数？位移势函数与位移分量的关系如何？位移函数与应力分量的关系如何？数与应力分量的关系如何？（5）在无体力的情况下，若弹性体存在位移势函数）在无体力的情况下，若弹性体存在位移势函数，则该位移势函数，则该位移势函数 应满足什么方程？该方程的物理意义如何？应满足什么方程？该方程的物理意义如何？（该位移势函数（该位移势函数 应为调和函数；该方程表明各点体积应变应为调和函数；该方程表明各点体积应变 e=0）（6）拉甫位移拉甫位移函数的概念；拉甫位移函数与轴对称位移分量间的关系如何？拉甫位移函函数的概念；拉甫位移函数与轴对称位移分量间的关系如何？拉甫位移函数与应满足何条件？拉甫位移函数应为什么性质的函数？拉甫位移函数法主要用数与应满足何条件？拉甫位移函数应为什么性质的函数？拉甫位移函数法主要用来解决什么样的弹性力学问题？来解决什么样的弹性力学问题？（7）伽辽金位移函数的概念；伽辽金位移函数与位移分量间的关系如）伽辽金位移函数的概念；伽辽金位移函数与位移分量间的关系如何？伽辽金位移函数与应满足何条件？伽辽金位移函数应为什么何？伽辽金位移函数与应满足何条件？伽辽金位移函数应为什么性质的函数？性质的函数？（8）半空间体在边界上受法向集中力作用问题的求解？空间一点的沉）半空间体在边界上受法向集中力作用问题的求解？空间一点的沉陷的计算公式（陷的计算公式（9-19）？与半无限平面问题中一点的沉陷公式（）？与半无限平面问题中一点的沉陷公式（4-30）有何区别？）有何区别？（9）按应力求解空间问题的基本方程：）按应力求解空间问题的基本方程：（a）平衡微分方程；）平衡微分方程；（b）相容方程：（）相容方程：（Michell 密切尔方程）（密切尔方程）（9-31）、（）、（Beltrami贝尔贝尔特拉密方程）（特拉密方程）（9-32）；（c）边界条件。）边界条件。（10）空间问题的变形协调方程（应变相容方程）；）空间问题的变形协调方程（应变相容方程）；（11）按应力求解空间轴对称问题的基本方程；）按应力求解空间轴对称问题的基本方程；（12）按应力求解空间轴对称问题的应力函数法。）按应力求解空间轴对称问题的应力函数法。第十章第十章 等截面直杆的扭转等截面直杆的扭转（1）按应力求解等截面直杆扭转问题的基本方程：）按应力求解等截面直杆扭转问题的基本方程：（10-4）或或（10-5）（10-2）相容方程相容方程 边界条件边界条件 满足平衡方程满足平衡方程的应力分量的应力分量（2）等截面直杆扭转问题的位移分量：）等截面直杆扭转问题的位移分量：（10-6）（10-7）（10-3）或或（3）等截面直杆扭转问题的薄膜比拟：）等截面直杆扭转问题的薄膜比拟：（a）扭转问题的薄膜比拟方法的依据？）扭转问题的薄膜比拟方法的依据？（b）薄膜的垂度）薄膜的垂度 z、斜率：、斜率：、薄膜的边界条件与扭转问题、薄膜的边界条件与扭转问题中物理量的对应关系？中物理量的对应关系？（4）按应力求解等截面直杆扭转问题的基本方法与求解步骤？）按应力求解等截面直杆扭转问题的基本方法与求解步骤？（5）开口与闭口薄壁杆件扭转的应力与扭转变形求解。）开口与闭口薄壁杆件扭转的应力与扭转变形求解。第十一章第十一章 能量原理与变分法能量原理与变分法（1）形变势能）形变势能U、比能、比能U1的概念及计算；的概念及计算；（在线弹性情况下，比能（在线弹性情况下，比能U1的计算各种形式：一般形式、应变形式、的计算各种形式：一般形式、应变形式、应力形式、位移形式）应力形式、位移形式）（2）形变余能）形变余能U*、比余能、比余能U*1的概念及计算；与形变比能的概念及计算；与形变比能U1的区别；的区别；在线弹性情况下，形变势能与形变余能存在什么关系？在线弹性情况下，形变势能与形变余能存在什么关系？（3）弹性体总势能）弹性体总势能 的概念及计算；的概念及计算；外力势能外力势能（4）弹性体总余能）弹性体总余能 *的概念及计算；的概念及计算；外力余势能外力余势能（5）形变比能）形变比能U1、比余能比余能U*1与应力、应变的关系：与应力、应变的关系：（11-4）（6）位移变分方程及其物理意义；）位移变分方程及其物理意义；（7）虚功方程及其物理意义；）虚功方程及其物理意义；（7）虚功方程及其物理意义、适用性；）虚功方程及其物理意义、适用性；外力的虚功外力的虚功 =内力的虚功，内力的虚功，适用于任何性质的材料。适用于任何性质的材料。（8）最小势能原理及其物理意义；）最小势能原理及其物理意义；（9）位移变分方程、最小势能原理与弹性力学基本方程的等价性？）位移变分方程、最小势能原理与弹性力学基本方程的等价性？（10）伽辽金变分方程及其与弹性力学基本方程的等价性？）伽辽金变分方程及其与弹性力学基本方程的等价性？（11）Ritz 法法求弹性力学问题的方法与解题步骤；求弹性力学问题的方法与解题步骤；Ritz 法中对位移函数法中对位移函数设定的要求；设定的要求；（12）用）用最小势能原理最小势能原理求弹性力学问题的方法与解题步骤；求弹性力学问题的方法与解题步骤；（13）用）用Ritz 法法或或最小势能原理最小势能原理求弹性力学求弹性力学平面问题平面问题、梁的弯曲梁的弯曲变形问题；变形问题；（14）用）用Ritz 法法或或最小势能原理最小势能原理推导弹性力学平面问题、梁的弯曲变形问推导弹性力学平面问题、梁的弯曲变形问题的平衡微分方程与应力边界条件；题的平衡微分方程与应力边界条件；（15）用）用伽辽金法伽辽金法求解弹性力学问题时，对位移函数设定的要求；求解弹性力学问题时，对位移函数设定的要求；（16）应力变分方程应力变分方程、最小余能原理最小余能原理及其与弹性力学基本方程的等价性；及其与弹性力学基本方程的等价性；相容方程和位移边界条件相容方程和位移边界条件（17）用）用应力变分方程应力变分方程、最小余能原理最小余能原理求解弹性力学问题的基本步骤；在求解弹性力学问题的基本步骤；在设定应力分量时有何要求；设定应力分量时有何要求；（18）用）用应力变分方程应力变分方程、最小余能原理最小余能原理求解弹性力学平面问题及等截面杆求解弹性力学平面问题及等截面杆扭转问题的基本步骤；在设定应力函数时有何要求；扭转问题的基本步骤；在设定应力函数时有何要求；（19）功的互等定理及其应用；）功的互等定理及其应用；（21）广义变分原理广义变分原理与弹性力学基本方程的等价性？与弹性力学基本方程的等价性？（20）有哪些）有哪些广义变分原理，广义变分原理，其形式如何？其形式如何？