彈性力學

彈性力學

固體力學的重要分支
固體力學的重要分支,它研究彈性物體在外力和其他外界因素作用下産生的變形和内力,又稱彈性理論。主要内容包括張量知識基礎、應變分析、應力分析、本構關系、邊值問題、平面問題的直角坐标解答和極坐标解答、變分原理等。[1]它是材料力學、結構力學、塑性力學和某些交叉學科的基礎,廣泛應用于建築、機械、化工、航天等工程領域。
    中文名:彈性力學 外文名:Theory of elasticity 所屬學科: 研究對象:彈性理論

簡介

彈性力學也稱彈性理論,主要研究彈性體在外力作用或溫度變化等外界因素下所産生的應力、應變和位移,從而解決結構或機械設計中所提出的強度和剛度問題。在研究對象上,彈性力學同材料力學和結構力學之間有一定的分工。材料力學基本上隻研究杆狀構件;結構力學主要是在材料力學的基礎上研究杆狀構件所組成的結構,即所謂杆件系統;而彈性力學研究包括杆狀構件在内的各種形狀的彈性體。

發展簡史

彈性力學的發展大體分為四個時期。

發展初期的工作是通過實踐,探索彈性力學的基本規律。這個時期的主要成就是R.胡克于1678年發表的彈性體的變形與外力成正比的定律,後來被稱為胡克定律。

第二個時期是理論基礎的建立時期。這個時期的主要成就是,從1822~1828年間,在A.-L·柯西發表的一系列論文中明确地提出了應變、應變分量、應力和應力分量概念,建立了彈性力學的幾何方程、平衡(運動)微分方程,各向同性和各向異性材料的廣義胡克定律,從而為彈性力學奠定了理論基礎。

第三個時期是線性各向同性彈性力學大發展時期。這個時期的主要特點是彈性力學被廣泛應用于工程問題,同時在理論方面建立了許多重要的定理和原理,并提出了許多有效的計算方法。這個時期從A·J·C·B·de聖維南于1855~1856年間發表關于柱體的扭轉和彎曲的論文後開始,開辟了一條用半物理半數學的方法解彈性力學基本方程的途徑。接着G·B·艾裡解決了平面應力問題,H·R·赫茲解決了接觸問題,G·基爾施解決了孔邊應力集中問題,等等。這些成就的取得,使彈性力學得到工程界的重視。在這個時期中,彈性力學的一般理論也有了很大的發展。在彈性力學基本方程建立後不久,建立了彈性力學的虛功原理和最小勢能原理。1872年E.貝蒂建立了互換定理。1879年A·卡斯蒂利亞諾建立了餘能原理。由于這些能量原理的建立,使基于這些原理的近似計算(如瑞利-裡茲法和伽遼金法)也得到了發展。

從20世紀20年代起,彈性力學進入第四個時期,各向異性和非均勻體的彈性力學、非線性彈性力學、熱彈性力學等都有了重大發展。另外,還出現了許多邊緣分支,如研究固體與氣體(或液體)共同作用的氣動彈性力學以及粘彈性力學等。這些領域的發展,促進了有關工程技術的發展。

主要内容

彈性力學所依據的基本規律有三個:變形連續規律、應力-應變關系和運動(或平衡)規律,它們有時被稱為彈性力學三大基本規律。彈性力學中許多定理、公式和結論等,都可以從三大基本規律推導出來。連續變形規律是指彈性力學在考慮物體的變形時,隻考慮經過連續變形後仍為連續的物體,如果物體中本來就有裂紋,則隻考慮裂紋不擴展的情況。這裡主要使用數學中的幾何方程和位移邊界條件等方面的知識。

在近代,經典的彈性理論得到了新的發展。例如,把切應力的成對性發展為極性物質彈性力學;把協調方程(保證物體變形後連續,各應變分量必須滿足的關系)發展為非協調彈性力學;推廣胡克定律,除機械運動本身外,還考慮其他運動形式和各種材科的物理方程稱為本構方程。對于彈性體的某一點的本構方程,除考慮該點本身外還要考慮彈性體其他點對該點的影響,發展為非局部彈性力學等。

基本假定

1.假定物體是連續的,就是假定整個物體的體積都被組成這個物體的介質所填滿,不留下任何空隙。

2.假定物體是完全彈性的,就是假定物體完全服從胡克定律——應變與引起該應變的那個應力分量成比例。

3.假定物體是均勻的,就是整個物體是由同一材料組成的。

4.假定物體是各向同性的,就是物體内一點的彈性在所有各個方向都相同。

5.假定位移和形變是微小的。

分支學科

靜力學、動力學、流體力學、分析力學、運動學、固體力學、材料力學、複合材料力學、流變學、結構力學、彈性力學、塑性力學、爆炸力學、磁流體力學、空氣動力學、理性力學、物理力學、天體力學、生物力學、計算力學

相關學科

靜力學、動力學、流體力學、分析力學、運動學、固體力學、材料力學、複合材料力學、流變學、塑性力學、爆炸力學、磁流體力學、空氣動力學、理性力學、物理力學、天體力學、生物力學、計算力學、物理學、力學、熱學、光學、聲學、電磁學、核物理學、固體物理學。

應用

建築業中,在一些承重的“過梁”上經常用到“彈性力學”,這些過梁一般都受到自上而下的“力”如果把這樣的“過梁”作成水平,那麼,長時間受到向下的力,“過梁”就會向下彎,久而久之,便形成變形。依據彈性力學的原理,把過梁作成向上彎一定幅度的形狀,當受到向下的力時過梁就會把這種重力按過梁彎曲的形狀傳到垂直的“承重牆”那裡,使建築物合理承受外力。不過在建築上,你要說彈性,就得要說塑性,兩者是雙胞胎,缺不了誰的。我們知道彈簧是彈性的,而玻璃是脆性的,膠皮泥是塑性的——因為有變形,還有恢複,在建築上用的Z多的是彈塑性。因為你不可能都是鋼結構嘛,畢竟混合結構(鋼筋混凝土)是多數。即:在設計荷載下保持彈性(樓闆)或不變形(磚牆、柱子),在過載下(地震)允許塑性變形,但不允許倒塌。彈性力學在建築上wan美應用就是鋼結構。還有相對一點的就是樓闆等薄體、薄殼結構,以及大跨度長細比比較大的預應力鋼筋混凝土結構。

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