集中力作用下可伸长悬臂梁的大挠度分析

悬臂梁模型在诸多工程领域有广泛应用,例如土木工程、机械工程、海洋结构物、航空航天、传感装置等,而其几何非线性和伸长(缩短)量对于其力学行为有重要影响.本文对轴线可伸长的悬臂梁在集中力作用下产生的大变形现象进行了全面研究.首先定义了轴线伸长量,然后将其引入到应变能中,建立了系统的能量泛函;再对泛函进行变分,推导出控制方程组和边界条件;最后采用打靶法求解非线性方程组,得到了悬臂梁的挠曲线、转角和伸长量,并与小变形模型和轴线不可伸长的大变形模型进行了对比.这些分析结果有助于深刻理解结构的非线性变形,同时为精确设计变形较大的工程结构物提供了理论参考.

轴向随动分布载荷作用下简支梁杆的过屈曲

基于可伸长梁的大变形理论,建立了受沿轴线分布切向随动载荷作用简支梁的弹性过屈曲控制方程。这是一个包含七个未知函数的强非线性常微分方程两点边值问题,其中将变形后的轴线弧长也作为基本未知量之一。采用打靶法和解析延拓法数值求解所得非线性边值问题,获得了梁的过屈曲平衡路径和平衡构形。结果表明,非保守载荷作用梁的平衡路径与保守载荷作用梁的平衡路径有着明显不同。

热环境中非保守简支-固支FGM梁的非线性力学行为

研究均匀和非均匀升温场中功能梯度材料(functionally graded material,FGM)梁在切线随动分布载荷作用下的非线性力学行为。基于可伸长梁的几何非线性理论,建立热环境中功能梯度材料梁在切线随动分布载荷作用下的控制微分方程。采用打靶法分析由陶瓷二氧化锆和金属钛合金两相材料组成的FGM梁的非线性力学行为。给出均匀升温和非均匀升温环境下,FGM梁在切线随动分布载荷作用下的平衡路径和平衡构形。讨论均匀和非均匀升温、材料梯度性质参数对梁屈曲和过屈曲行为的影响。结果表明:热环境中,FGM梁发生弯曲而纯陶瓷梁会发生屈曲行为;非均匀升温对非保守梁的力学行为有较大影响。

横向随动分布载荷作用下悬臂梁的非线性弯曲

基于可伸长梁的大变形理论,建立了悬臂梁受垂直轴线均匀分布非保守载荷作用下的几何非线性静平衡控制方程.这是一个包含7个未知函数的强非线性常微分两点边值问题,其中将变形后的轴线弧长也作为基本未知量之一.采用打靶法和解析延拓法数值求解所得非线性边值问题,获得了数值意义上的精确解,给出了梁的非线性弯曲特征曲线.结果表明,非保守载荷作用下,载荷与各相关物理量呈现明显的非线性性,非保守载荷作用下的载荷变化范围比保守载荷作用下的要大得多.