理论教育 车辆悬架问题解析计算理论

车辆悬架问题解析计算理论

时间:2023-10-03 理论教育 版权反馈
【摘要】:在建立了弹性力学平面问题的基本方程和边界条件之后,通常采用类似于代数方程中的消元法进行求解。其次,对于平面应力问题,从物理方程求出应力分量,使它们用形变分量表示。将式代入平衡微分方程式(2-1),可得这就是按位移法求解平面应力问题时所用的基本微分方程。只要将上述各方程和边界条件中的E换为,μ换为,就可得到平面应变问题按位移法求解的方程和边界条件。

车辆悬架问题解析计算理论

在建立了弹性力学平面问题的基本方程和边界条件之后,通常采用类似于代数方程中的消元法进行求解。按位移求解的方法称为位移法,按应力求解的方法称为应力法。下面分别对两种方法进行介绍。

1.位移法

uv为基本未知函数,将平衡方程和边界条件都用uv表示,并求出uv,再由几何方程、物理方程求出应力与形变分量,此法即位移法。

现在来导出按位移法求解平面问题的方程和边界条件。为此,取位移分量uv为基本未知函数。为了从方程和边界条件中消去形变分量和应力分量,须将它们用位移分量来表示。首先,几何方程(2-7)就是用位移分量表示形变分量的表达式。其次,对于平面应力问题,从物理方程(2-10)求出应力分量,使它们用形变分量表示。

再将几何方程(2-7)代入式(2-14),得

下面导出求解位移分量的方程和边界条件。将式(2-15)代入平衡微分方程式(2-1),可得

这就是按位移法求解平面应力问题时所用的基本微分方程

另一方面,将式(2-15)代入应力边界条件(2-13),化简得

这就是用位移表示的应力边界条件。位移边界条件仍然如式(2-12)所示。

总之,按位移法求解平面应力问题时,要使得位移分量在区域内满足微分方程(2-16),并在边界上满足位移边界条件(2-12)或应力边界条件式(2-17)。

平面应变问题与平面应力问题相比,除了物理方程不同以外,其他方程和边界条件都相同。只要将上述各方程和边界条件中的E换为978-7-111-37229-5-Chapter02-39.jpgμ换为978-7-111-37229-5-Chapter02-40.jpg,就可得到平面应变问题按位移法求解的方程和边界条件。

2.应力法

以应力分量为基本未知函数,将所有方程都用应力分量表示,并求出应力分量,再由几何方程、物理方程求出形变分量与位移,此法即应力法。

现在来导出按应力法求解平面问题的方程。由于位移分量只存在几何方程中,可以先从几何方程中消去位移分量。考察几何方程式(2-7),即

εxy的二阶导数εyx的二阶导数相加,得(www.daowen.com)

该关系式称为变形协调方程或相容性方程。

现在,我们利用物理方程将相容性方程中的形变分量消去,使相容性方程中只包含应力分量。对于平面应力情况,将物理方程(2-10)代入式(2-18),得

利用平衡微分方程,化简上式,使它只包含正应力而不包含切应力,得

对于平面应变的情况,把μ换为978-7-111-37229-5-Chapter02-46.jpg,可得

总之,按应力法求解平面问题时,要使得应力分量在区域内满足微分方程式(2-1)及相容方程[式(2-19)或式(2-20)],在边界上满足应力边界条件式(2-17),其中假设只求解全部为应力边界条件的问题。

对应力边界问题,且为单连体问题(只具有一个连续边界的物体),满足上述方程的解是唯一正确解。对多连体(具有多个连续边界的物体,也就是具有孔口的物体)问题,满足上述方程外,还需满足位移单值条件,才是唯一正确解。

常体力下,两种平面问题的相容方程都简化为

用记号Δ2代表978-7-111-37229-5-Chapter02-49.jpg,则上式化为

Δ2σx+σy)=0

根据常体力下的平衡微分方程,推理可得

Φ称为平面问题的应力函数。将平面问题的相容方程用应力函数Φ表示,可得

按应力求解应力边界问题时,如果体力是常量,就只需由微分方程[式(2-22)]求解应力函数Φ,然后用式(2-21)求出应力分量,但这些应力分量在边界上应当满足应力边界条件。

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