第3章应力分析课件.ppt
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- 应力 分析 课件
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1、2023-2-1632023-2-164第三章第三章 应力分析应力分析第一节第一节 柯西应力张量柯西应力张量第二节第二节 斜截面上应力分量斜截面上应力分量第三节第三节 应力张量坐标变换应力张量坐标变换第四节第四节 主应力和主方向主应力和主方向第五节第五节 八面体上的应力八面体上的应力第六节第六节 平衡微分方程平衡微分方程2023-2-165第一节第一节 柯西应力张量柯西应力张量一、柯西应力矢量一、柯西应力矢量v应力矢量定义应力矢量定义力矢量的分量力矢量的分量 dFj,微元面积微元面积 dA,外法线单位矢量的分量,外法线单位矢量的分量 niPdAdFjnidAdFt(n)ordAdFtjj)(n
2、2023-2-166v正六面体上的应力矢量正六面体上的应力矢量e1、e2、e3为沿坐标的单位矢量为沿坐标的单位矢量3132121111eeet)(e3232221212eeet)(e3332321313eeet)(ethat isjijeiet)(112233121321233231x1x2x3jje1jje2jje3ijejit)(2023-2-167v任意斜截面上的应力矢量任意斜截面上的应力矢量四面体为四面体为脱离体:脱离体:cos1dAdA 微元面积之微元面积之间的关系:间的关系:1ndAcos2dAdA 2ndAcos3dAdA 3ndAiindAdA2023-2-168dAt)(1n
3、331221111)(1nnntnjjiint)(niindAdA在在x1方向平衡:方向平衡:0331221111)(1ndAndAndAdAtn消去消去dA,得,得同理;在同理;在x2、x3方向平衡:方向平衡:jjn1jjnt2)n(2jjnt3)n(3111dA221dA331dA02023-2-169二、柯西应力张量二、柯西应力张量v应力张量应力张量 Since ti(n)and ni denote vectors,it follows from the quotient rule of Chapter 2 that the components ji are components of
4、 a second-order Cartesian tensor.This tensor is called Cauchy stress tensor.jjiint)(n2023-2-1610 Where 11,22,33 are normal stresses,and 12,13,21,23,31,32 are shear stresses.According to the theorem of conjugate shear stresses in Strength of Materials,we have333231232221131211jiijv二阶应力张量的矩阵表示二阶应力张量的矩
5、阵表示2023-2-1611三、应力张量分解三、应力张量分解 ijijkkijs31 The first term in the right-hand is called spherical stress tensor and the second term called deviator stress tensor.kkp31)(31332211)(31zyxv球形应力张量球形应力张量2023-2-1612ijijkkp31矩阵矩阵形式形式pppp000000Iv偏斜应力张量偏斜应力张量ijijijpsppp333231232221131211spppzyzzxyzyxyzxxyxijijk
6、kijs312023-2-1613第二节第二节 斜截面上应力分量斜截面上应力分量一、应力矢量的坐标分量一、应力矢量的坐标分量jjiint)(njijn313212111)(1nnntn323222121)(2nnntn333232131)(3nnntnnmlpzxxyxxnmlpyzyxyynmlpzyzzxz321333231232221131211nnnnmlzyzzxyzyxyzxxyxnt(n)2023-2-1614v总应力总应力t(total stress))()(2nniittt)(kikjijnnkjikijnnv正应力正应力(normal stress)iiNnt)(njiij
7、nn)(2311323321221332322221121nnnnnnnnnzxyzxyzyxnlmnlmnml222222v剪应力剪应力(shear stress)22NNt二、应力矢量的法切分量二、应力矢量的法切分量2023-2-1615v例题例题3.130758075050805050v解解nt(n)321333231232221131211nnn2023-2-16162/15.05.030758075050805050(n)t7.180.286.106)()(2nniittt 222)7.18()0.28(6.10625.124978.111t2023-2-1617iiNnt)(n21
8、7.18210.28216.1061.2622NNt21.2625.124977.1082023-2-1618v例题例题3.2ppp000000v解解ijijpjijint)(njijnpipn)()()(2iiiipnpntttnniinnp22p2023-2-1619iiNnt)(niinpn)(iinpnp22NNt22pp 02023-2-1620三、球形张量的几何解释三、球形张量的几何解释v基本关系基本关系ijijp矩阵矩阵形式形式ppp000000任意斜截面上的应力大任意斜截面上的应力大小的平方小的平方)()()(2kikjijiinpnptttnniinnp22pjjiint)(
9、njijn或或2)n(3)n(3)n(2)(2)n(1)n(1pttttttn令令)n(1tx)n(2ty)n(3tz 2222pzyx球面方程球面方程2023-2-1621v应力球面应力球面,)n(1tx,)n(2ty)n(3tz 2222pzyx球面球面方程方程应力球张量应力球张量球形应力张量球形应力张量得名得名原因原因2023-2-1622第三节第三节 应力张量坐标变换应力张量坐标变换v新旧坐标系之间的关系新旧坐标系之间的关系x 3x 1x 2由第二章的定义,张量的分量满足坐标变换由第二章的定义,张量的分量满足坐标变换关系关系应力张量是二阶张量,应满足应力张量是二阶张量,应满足相应关系相
10、应关系2023-2-1623v应力分量之间的关系应力分量之间的关系pqjqipijaa333231232221131211332313322212312111333231232221131211332331232221131211aaaaaaaaaaaaaaaaaaTaa或或klljkiijaaaa T2023-2-1624v例题例题3.3v解:解:2023-2-1625333231232221131211332313322212312111333231232221131211332331232221131211aaaaaaaaaaaaaaaaaa1000cossin0sincos1000co
11、ssin0sincos333231232221131211333231231322122111231322122111cossincossincossinsincossincossincos1000cossin0sincos2023-2-1626333231231322122111231322122111cossincossincossinsincossincossincos1000cossin0sincos222122121111sincossincossincos2sinsincos122222112sincossin122222112233332sinsincos22xyyx2sinco
12、ssin22xyyxzz2023-2-1627cossincossinsincos2221222111122cos2sin2122211cossin233123sincos3231312cos2sin2xyyxsincoszxyzzcossinzxyzz333231231322122111231322122111cossincossincossinsincossincossincos1000cossin0sincos2023-2-16282sinsincos22xyyx2sincossin22xyyx2cos2sin2xyyx2sin2cos22xyyxyx2sin2cos22xyyxyx2c
13、os2sin2xyyx2023-2-1629第四节第四节 主应力和主方向主应力和主方向一、控制方程一、控制方程v主应力和主方向的概念主应力和主方向的概念iint)n(jijn可以证明,主应力是斜截面上正应力的极值可以证明,主应力是斜截面上正应力的极值2023-2-1630v控制方程控制方程0)(0)(0)(333232131323222121313212111nnnnnnnnnjijint)n(jjiint)(njijnjijjijnn0)(jijijn展开展开2023-2-1631032213III0ijij0333231232221131211其实,主应力就其实,主应力就是二阶应力张量是二
14、阶应力张量的主值,或应力的主值,或应力矩阵的特征值矩阵的特征值2023-2-1632First InvariantiiI1Second InvariantijijjjiiI21212231223212113333222211Third InvariantijkjiijkeIdet32132123323122223113123123322112332211zyx222zxyzxyxzzyyx2222xyzzxyyzxzxyzxyzyx试证明它们与坐标系无关试证明它们与坐标系无关2023-2-16333210000002023-2-16340)(0)(0)(33323213132322212131
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