第三章各向异性弹性力学基础课件_第1页
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文档简介

基本方程:1、平衡方程

分量形式为:基本方程:1、平衡方程分量形式为:12、几何关系(小变形)分量形式为:2、几何关系(小变形)分量形式为:2变形协调方程:六个应变分量应该满足的一个关系,即6个独立等式:共有81个方程,但只有6个是不同的,其余的不是恒等式就是由于

ij的对称性而都是重复的。变形协调方程:六个应变分量应该满足的一个关系,即6个独立等式3前三个分别是xy,yz,zx平面内的3个应变量间的协调关系;而后三者则分别是正应变和3个切应变之间的协调关系。前三个分别是xy,yz,zx平面内的3个应变量间的协调关系;43、边界条件力边界条件:位移边界条件:4、各向异性本构方程(小变形)刚度矩阵柔度矩阵

各向异性体的弹性应变能为:3、边界条件力边界条件:位移边界条件:4、各向异性本构方程(5拉-拉耦合(泊桑效应)剪-剪耦合拉剪耦合拉-拉耦合(泊桑效应)剪-剪耦合拉剪耦合6

§3-2各向异性弹性力学的本构方程一、完全各向异性(21个弹性常数)其中Sij为柔度系数,

4、5和6即为剪应力23、31和12。可见各向异性体一般具有耦合现象:正应力引起剪应变,剪应力也可以引起正应变;反之亦然。§3-2各向异性弹性力学的本构方程一、完全各向异性(21个7二、有一弹性对称面(13个弹性常数)弹性对称面:沿这些平面的对称方向弹性性能是相同的。材料主轴(或弹性主轴):垂直于弹性对称面的轴。二、有一弹性对称面(13个弹性常数)弹性对称面:沿这些平面的8利用两个方向下材料的应变能密度表达式应保持不变(即利用两个坐标系计算得到的单位体积应变能的结果是相同的)可以推得:设仅有,即有而在x3变向时要变号,为保证W相同,则有利用两个方向下材料的应变能密度表达式应保持不变(9同理:独立常数减少为13个,即同理:独立常数减少为13个,即10

如果,其余应力分量为零,则有:此公式说明:当沿弹性主轴拉伸时,除纵向伸长、横向收缩外,还会引起与主轴垂直的面内剪应变,且弹性主轴方向不变。如果,其余应力分量为零,则有:此公式说明:当沿弹性主轴拉伸11三、正交各向异性(9个弹性常数)正交各向异性是指有三个互相正交的弹性主轴的情况。(有三个互相正交的弹性对称面)取为三个正交弹性主轴,如图所示:三、正交各向异性(9个弹性常数)正交各向异性是指有三个互相正12由a)、b)两坐标系中计算的应变能应该相同,而在两坐标系下:(即)变号,可得:即:由a)、b)两坐标系中计算的应变能应该相同,而在13由此可得:1)当采用材料主轴来描述正交异性体时,没有任何拉剪耦合现象;2)在非材料主轴系里,正交异性材料仍有耦合现象。纤维在横截面内按矩形排列的单向纤维复合材料,宏观而言则是一正交异性体。共有9个弹性常数:由此可得:1)当采用材料主轴来描述正交异性体时,没有任何拉剪141轴沿纤维方向,并有,而是即没有对称性。可展开为:1轴沿纤维方向,并有,而是即没有对称性。可展开为:15

四、横观同性(5个弹性常数)纤维在横截面内随机排列的,宏观而言,其在横向的所有方向的弹性性能相同,则称为横向同性。由于横向同性,则在2-3平面内应为各向同性,则有故只有5个独立常数:(或),(或)四、横观同性(5个弹性常数)纤维在横截面内随16由工程应变形式的展开式为:即:由工程应变形式的展开式为:即:17五、各向同性(2个弹性常数)五、各向同性(2个弹性常数)18第三章各向异性弹性力学基础课件19六、弹性常数的取值范围判定依据是非零应力状态下,材料的弹性应变能位正值,应变能应是应变(或应力)的正定二次型。为的正定二次型的充要条件是矩阵的所有主要主子式大于零,即:六、弹性常数的取值范围判定依据是非零应力状态201、对于各向同性,可推得:实际上一般为:2、对于正交各向异性,有:

,……等等1、对于各向同性,可推得:实际上一般为:2、

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