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讲梁的挠曲线方程与积分解法


②积分常数的确定——边界条件和连续条件:
边界条件:梁在其支承处的挠度或转角是已知的, 这样的已知条件称为边界条件。 连续条件:梁的挠曲线是一条连续、光滑、平坦 的曲线。因此,在梁的同一截面上不可能有两个 不同的挠度值或转角值,这样的已知条件称为连 续条件。
边界条件
积分常数2n个=2n个
连续条件
列出图示结构的边界条件和连续条件。
8
代入(1)(2)得:
1 ( 1 qx3 1 qL3)
EI 6 6
1 ( 1 qx4 qL3 x qL4 )
EI 24
68
将 x 0 代入得:
A
qL3 6EI
(与C比较知E:I A C)
A
qL4 8EI
(与D比较知E:IA )D
因此
常数C表示起始截面的转角×刚度(EI)
常数D表示起始截面的挠度×刚度(EI)
x L
2
2、
d 2
dx 2
M (x) EI z
EI" 1 qx2
2
积分一次: EI' EI 1 qx3 C (1)
积分二次:
6
EI 1 qx4 Cx D (2)
24
B X``
3、确定常数C、D.
由边界条件: x L, 0 代入(1)得: C 1 qL3
6
x L, y 0 代入(2)得: D 1 qL4
支座反力,分段列弯矩方程; 分段的原则:
①凡载荷有突变处(包括中间支座),应作为分段点;
②凡截面有变化处,或材料有变化处,应作为分段点;
③中间铰视为两个梁段间的联系,此种联系体现为两部分之间 的相互作用力,故应作为分段点;
(2)分段列出梁的挠曲线近似微分方程,并对其积分 两次
对挠曲线近似微分方程积分一次,得转角方程:
b2
)x],
BC段 (a x L)
2 ( x)
Fb 6LEI
dx 2
d2
dx2

M(x) EI
近似解释: (1)忽略了剪力的影响; (2)由于小变形,略去 了曲线方程中的高次项。
(3)选用不同坐标系下的挠曲线近似微分方程
2 2
d2 dx2

M(x) EI
d2 dx2

M(x) EI
二 计算弯曲变形的两种方法
1、积分法——基本方法
利用积分法求梁变形的一般步骤: (1)建立坐标系(一般:坐标原点设在左 B右
B左 B右
列出图示结构的边界条件和连续条件。
A 0
解:边界条件: A 0
C 0
D左 D右
连续条件: D左 D右
B左 B右
积分常数的物理意义和几何意义
物理意义:将x=0代入转角方程和挠曲线方程,得
C 即EI坐o标原点处梁的转角,它的EI倍就是积分常数C;
(x) d 1 ( M (x)dx c)
dx EI
再积分一次,得挠曲线方程:
(x) 1 ( M (x)dx) cx D EI
(3)利用边界条件、连续条件确定积分常数
①积分常数的数目——取决于的分段数
M (x) —— n 段 积分常数——2n个
举例:
M (x) 分2段,则积分常数2x2=4个
由光滑连续条件: x a时,1 2
x a时,1 2
可解得:
C1
Fb 6L
(L2
b2 )
C2 ,
x L,B 0
(3) (4)
D1 D2 0
(2)
则简支梁的转角方程和挠度方程为
AC段 (0 x a)
1(x)
Fb 6LEI
[3x2
(L2
b2
)],
1 ( x)
Fb 6LEI
[x3
(L2
c
c
w
x
x
W(-) θ(-)
(1)坐标系的建立: 坐标原点一般设在梁的左端,并规 定:以变形前的梁轴线为x轴,向右为正;以y轴代表曲线 的纵坐标(挠度),向上为正。
(2)挠度的符号规定:向上为正,向下为负。
(3)转角的符号规定:逆时针转向的转角为正; 顺时针转向的转角为负。
1、挠曲线:
在平面弯曲的情况下,梁变形后的轴线在弯曲 平面内成为一条曲线,这条曲线称为挠曲线。
EI2 "
Fb L
x
F(x
a),
AC段 (0 x a)
EI1'
EI1
Fb 2L
x2
C1,
EI1
Fb 6L
x3
C1x
D1,
3、确定常数
BC段 (a x L)
EI2 '
EI2
Fb 2L
x2
F 2
(x
a)2
C2
EI2
Fb 6L
x3
F 6
(x
a)3
C2 x
D2 ,
由边界条件: x 0,A 0 (1)
例题2: 一简支梁受力如图所示。试求 (x),(x) 和 A,max 。
解: 1、求支座反力
FAy
Fb L
,
FBy
Fa L
2、分段列出梁的弯矩方程
y
x
F
x A
a
C
B
b
x
L
FBy
FAy
AC段 (0 x a)
BC段 (a x L)
Fb M1(x) FAx L x,
EI1"
Fb L
x,
Fb M 2 (x) L x F (x a),
F
q
M
轴线
弯曲后梁的轴线 (挠曲线)
纵向对称面
2、挠曲线的近似微分方程
(1)曲率与弯矩、抗弯刚度的关系
纯弯曲
1

M EI
力学公式
横力弯曲 ( l/h>5)
1
M(x)

(x) EI
数学公式
d2w (1x)=+ -[1+(ddxw2 )2]3/2
dx
小挠度情形下
max=(0.01-0.001)l ;
D E即I坐o标原点处梁的挠度的EI倍就是积分常数D。
几何意义:C——转角 D——挠度
(4)建立转角方程和挠曲线方程;
(5)计算指定截面的转角和挠度值,特别注意 和
所在截 面。
max
max
及其
例题1: 悬臂梁受力如图所示。求 A和 A 。
解: 取参考坐标系Axy。
y
q
1、列出梁的弯矩方程
A
M (x) 1 qx2 (0 x L)
一 弯曲变形的量度及符号规定
梁的挠度和转角
y
p
c
c
w
x
x
1、度量弯曲变形的两个量:
(1)挠度:梁轴线上的点在垂直于梁轴线方向的所发生的线 位移ω称为挠度。(工程上的一般忽略水平线位移)
(2)转角:梁变形后的横截面相对于原来横截面绕中性轴所 转过的角位移θ称为转角。
梁的挠度和转角 2、符号规定:
y
p
max 10 or 0.0175 rad.
横力弯曲
d2 (1x)=+-[1+(ddx2 )2]3/2
dx
( d )2 << 0
dx
1
M(x)

(x)
EI
+ -
d2 dx2

M(x) EI
此即弹性曲线的小挠度微分方程
(2)挠曲线近似微分方程符号及近似解释
w
dw2 dx 2
0
2
M 0
M
M
o
x
选取如图坐标系,则 弯矩M与 d 2 恒为同号
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