結構力學中,如何定性畫出變形曲線?

時間 2021-06-04 22:35:34

1樓:杜帥

我在以前的回答中就強調過:

判斷桿件結構的變形是結構力學裡很少明確講解的,但這是結構力學非常重要的技能之一,尤其到了力法、位移法之後,平衡方程不夠用,必須考慮結構的變形和位移,如果對變形沒有直覺,那就會在判斷位移法基本未知量、列力法基本方程、找對稱結構半結構的時候遇到很大困難,所以從畫彎矩圖開始,就應該開始思考桿件的彎曲變形是什麼樣的。

如何判斷彎矩圖在集中力偶處突變方向?

變形圖的畫法,主要靠經驗積累和豐富的想象力,而要說規律也是有的,關鍵在於兩點:

約束條件有很多,包括:

1、支座

滾軸支座(鏈杆),限制乙個方向線位移,可以發生轉角;

固定鉸支座,限制兩個方向線位移,可以發生轉角;

固定端,限制兩個方向線位移,限制轉角;

定向滑動支座,限制乙個方向線位移,限制轉角。

2、結點

鉸結點,各桿端可以發生相對轉動;

剛結點,各桿端相對夾角固定不變。

3、變形約束

除桁架二力桿外,大多數情況不考慮軸向伸縮,所有桿件長度不變,也就是說梁上各結點之間相對水平距離不變,柱上各結點之間相對豎直距離不變。

這些約束條件大多屬於基礎常識,就算沒學過結構力學,也會在材料力學、理論力學裡了解到。

多數簡單結構中,已知桿件受力方向,根據常識經驗就能判斷彎曲方向,如果不好判斷,可以借助內力判斷。

結構力學裡在講靜定結構位移計算的時候,有乙個公式是直接從材料力學那裡拿過來用的:

靜定結構的彎矩圖,只要畫得多,基本都可以根據經驗判斷出大體形狀,如果遇到較複雜結構,可以根據「先附屬結構,後基礎結構」的原則拆開分析。

只要能認識到以上兩點,結合常識和想象力,一般靜定結構的變形圖是沒有太大問題的,超靜定結構的變形也可以通過各種方法畫出來,比如對稱結構在對稱和反對稱荷載作用下的變形分析:

首先明確:

支座A、D為固定端,不能發生任何位移、轉角。

剛結點B、C處不能發生相對轉角,即∠B和∠C保持直角不變。

B、C高度不變,BC間距不變。

然後分析,BC受豎向荷載,必然向下彎曲,而兩端剛結點保持直角,所以BA、CD上端必然向外彎曲,而A、D無轉角,所以初步畫出變形圖為:

對於判斷對稱結構取半結構的約束形式,這個圖已經完全夠用了,但仔細看的話,會發現這個變形圖是有問題的,因為我畫的BC整個下側受拉,而兩根柱子上部都是外側受拉,這不符合剛結點的彎矩平衡,所以變形圖的形狀應該稍作修改,而且我們也可以畫出彎矩圖形狀:

你可以先把梁BC中間斷開,變成兩個簡單的靜定結構,在反對稱荷載作用下,左半部分整個外側受拉,右半部分整個內側受拉,而且因為對稱,兩部分的水平位移相同,豎向位移大小相等,方向相反。

然後我們想象一下,如果這時候把斷開的部分再連起來,會發生什麼?梁中間的豎向位移會相互抵消,保持豎向位置不動,但顯然會有轉角,其他部分水平位移保持不變。

再根據剛結點彎矩平衡,同樣也可以畫出變形圖和彎矩圖的輪廓。

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