薄壳理论的基本方程

如题所述

根据弹性力学并利用基尔霍夫-乐甫假设建立起来的近似理论称为壳体的乐甫一级近似理论。它包含一系列基本方程:
①应变-位移关系式 应用微分几何中的曲面理论,中面变形的应变-位移关系式(即几何方程)为:
式中u、v、w为沿α、β方向和法方向的位移分量;A1、A2为 α、β方向的拉梅系数;R1、R2为α、β方向的曲率半径。由于曲率的存在,壳体变形中的切向位移分量u、v与法向位移分量ω间便有耦合关系,从而造成壳体几何方程的复杂化。
②静力平衡方程 它的一般形式可写为:
式中q1、q2和 q3分别为单位中面面积上在α、β方向和法方向的表面载荷分量。这些方程表明,中面切向的平衡方程中包含横向剪力N1和N2,而在法向的平衡方程中又含有中面内力T1和T2。即使在小变形情况下,中面内力与横向剪力也是相互耦合的。此外,最后一式按内力定义应为恒等式。
③应力-应变关系 反映壳体内中面内力和应变之间的关系,即
式中C =Et/(1-v2),v为泊松比,E为弹性模量;D=Et3/12(1-v2),称为弯曲刚度。
求解壳体内的位移和内力须将上述各方程联立。上述联立基本方程组可化为仅用壳体的挠度表达的八阶偏微分方程。从理论上讲,只要有足够的边界条件,即可以从这些方程中解得全部未知量。一般说来,在每个边界上只能有四个边界条件,但自然边界条件有五个。在这种情况下,应将扭矩化为等效的剪力,譬如在边界上,两个剪内力化为:

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