薄板屈曲
35页1、薄板的屈曲,能量法计算板的弹性失稳荷载,主要内容:,不同面内荷载作用下板的弹性失稳,小挠度理论板的弹性曲面微分方程,几种边缘荷载共同作用下薄板的临界条件,板稳定理论在钢结构设计中的应用,钢结构中板的分类:,第6章 薄板的屈曲,厚板: 受力特点:横向剪力引起的剪切变形与弯曲变形大小同阶,分析时不 能忽略剪切变形的影响。,薄板: 受力特点:横向剪力引起的剪切变形与弯曲变形相比可以忽略不计。,薄膜: 受力特点:没有抗弯刚度,依靠薄膜拉力与横向荷载平衡。,板失稳的特点:,第6章 薄板的屈曲,板屈曲时产生出平面的双向弯曲变形(凸曲现象),故板上任何一 点的弯矩 、 和扭矩 以及板的挠度 都与此点的坐标有关。,板的平衡方程属于二维偏微分方程,除了均匀受压的四边简支的理 想矩形板可直接求解分叉屈曲荷载外,对于其他受力条件和边界条 件的板,用平衡法很难求解;需用能量法或数值法求解。,理想薄板失稳属于稳定的分叉失稳。对于有刚强侧边支撑的板,会 产生薄膜应力,提高钢板屈曲后的强度(屈曲后强度)。,按照小挠度理论分析只能得到板的分叉屈曲荷载,根据大挠度理论 分析才能得到板的屈曲后强度和板的挠度。,小挠度理论
2、板的弹性曲面微分方程,第6章 薄板的屈曲,基本假定:,垂直于中面方向的正应变很小,可以忽略。即中面任何一根法线上, 薄板全厚度内的所有点具有相同的挠度;且可以忽略中面因弯曲变 形伸长而产生的薄膜应力。,应力分量 、 和 远小于 、 和 ,故可以忽略他们产生的 正应变 、剪应变 和 。薄板小挠度弯曲问题可简化为平面应 力问题。,薄板弯曲时,中面内各点不产生平行于中面的应变。即在xy平面上 的投影形状不变。类似于受弯构件平截面假定。,板为各向同性的弹性体,应力与应变关系服从虎克定律。,小挠度理论板的弹性曲面微分方程,第6章 薄板的屈曲,弹性曲面微分方程,以弯曲变形后的状态建立x、y、z方向力的平衡方程和绕x轴、y轴的 力矩的平衡方程,合并后有:,为板的抗弯刚度;,为板中面沿x、y轴方向单位长度上的应力;,为板中面单位长度上的剪力。,小挠度理论板的弹性曲面微分方程,第6章 薄板的屈曲,单向均匀受压简支板的弹性失稳荷载,单向(x方向)均匀受压四边简支板, 由,均匀受压简支板,小挠度理论板的弹性曲面微分方程,第6章 薄板的屈曲,单向均匀受压简支板的弹性失稳荷载,边界条件:,、 时:,、 时:,代
3、入平衡方程有:,满足上式的唯一条件是每一项系数中括号内的式子为零:,或,小挠度理论板的弹性曲面微分方程,第6章 薄板的屈曲,单向均匀受压简支板的弹性失稳荷载,临界荷载为板保持微弯曲状态的最小荷载,故取n1;,k为屈曲系数,且:,由 ,有,均匀受压板的屈曲应力与板的宽厚比 的平方成反比,而与板的长度无关。,小挠度理论板的弹性曲面微分方程,第6章 薄板的屈曲,单向均匀受压简支板的弹性失稳荷载,板件屈曲系数(四边简支),能量法计算板的弹性失稳荷载,第6章 薄板的屈曲,板在微弯状态时的总势能为:,能量法计算板的弹性失稳荷载,第6章 薄板的屈曲,瑞利-里兹法,要求假定的挠曲面函数符合板的几何边界条件。,假定挠曲面函数为:,代入总势能公式,积分后利用势能驻值原理,有:,系数行列式为零,板的屈曲方程,能量法计算板的弹性失稳荷载,第6章 薄板的屈曲,瑞利-里兹法,算例:求解单向均匀受压矩形板的屈曲荷载。板的两加载边和 一个非加载边简支,另一非加载边自由。,假定挠曲面函数为:,代入总势能公式,积分后有:,由 ,有总势能为:,由势能驻值原理,有:,能量法计算板的弹性失稳荷载,第6章 薄板的屈曲,瑞利-里兹
4、法,若取 ,则:,令 ,可得px的最小值:,均匀受压三边简支一边自由,能量法计算板的弹性失稳荷载,第6章 薄板的屈曲,迦辽金法,要求假定的挠曲面函数符合板的几何和自然边界条件。,假定挠曲面函数为:,板的平衡微分方程为:,积分,关于Ai的线性方程组,建立迦辽金方程组:,系数行列式为零,板的屈曲方程,能量法计算板的弹性失稳荷载,第6章 薄板的屈曲,迦辽金法,算例:求解单向均匀受压矩形板的屈曲荷载。板的两加载边 简支,两非加载边固定。,假定挠曲面函数为:,建立迦辽金方程:,板的平衡微分方程:,由 ,有:,能量法计算板的弹性失稳荷载,第6章 薄板的屈曲,不同边界条件单向均匀受压板的屈曲系数,屈曲系数 与 的关系,对于很宽的薄 板,采用纵向加 劲肋减小宽度b 是有效的。 加载边固定与加 载边简支对屈曲 系数的影响:当 a/b2时提高幅 度很大。,对于单向均匀受 压的狭长板,用 横向加劲肋减小 比值a/b从而提 高屈曲系数并无 明显效果; 如把加劲肋间距 取得小于2b又很 不经济。,不同面内荷载作用下板的弹性失稳,第6章 薄板的屈曲,单向非均匀受压板的弹性失稳,规定压应力为正值,拉应力 为负值,应
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