弹性力学课后答案

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弹性力学课后答案第二章 习题的提示与答案

2－1 是

2－2 是

2－3 按习题2－1分析。

2－4 按习题2－2分析。

2－5 在 的条件中，将出现2、3阶微量。当略去3阶微量后，得出的切应力互等定理完全相同。

2－6 同上题。在平面问题中，考虑到3阶微量的精度时，所得出的平衡微分方程都相同。其区别只是在3阶微量（即更高阶微量）上，可以略去不计。

2－7 应用的基本假定是：平衡微分方程和几何方程─连续性和小变形，物理方程─理想弹性体。

2－8 在大边界上，应分别列出两个精确的边界条件；在小边界（即次要边界）上，按照圣维南原理可列出3个积分的近似边界条件来代替。

2－9 在小边界OA边上，对于图2－15（a）、（b）问题的三个积分边界条件相同，因此，这两个问题为静力等效。

2－10 参见本章小结。

2－11 参见本章小结。

2－12 参见本章小结。

2－13 注意按应力求解时，在单连体中应力分量 必须满足

（1）平衡微分方程，

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（2）相容方程，

（3）应力边界条件（假设 )。

2－14 见教科书。

2－15 2－16 见教科书。 见教科书。

2－17 取

它们均满足平衡微分方程，相容方程及x=0和 的应力边界条件，因此，它们是该问题的正确解答。

2－18 见教科书。

2－19 提示：求出任一点的位移分量 和 ，及转动量 ，再令 ,便可得出。

第三章 习题的提示与答案

3－1 本题属于逆解法，已经给出了应力函数，可按逆解法步骤求解：

（1）校核相容条件是否满足，

（2）求应力，

（3）推求出每一边上的面力 从而得出这个应力函数所能解决的问题。

3－2 用逆解法求解。由于本题中 l>>h, x=0,l 属于次要边界（小边界），可将小边界上的面力化为主矢量和主矩表示。 3－3 见3-1例题。

3－4 本题也属于逆解法的问题。首先校核 是否满足相容方程。再由求出应力后，并求对应的面力。本题的应力解答如习题3-10所

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示。应力对应的面力是：

主要边界：

所以在 边界上无剪切面力作用。下边界无法向面力； 上边界有向下的法向面力q。

次要边界：

x=0面上无剪切面力作用； 但其主矢量和主矩在 x=0 面上均为零。 因此，本题可解决如习题3-10所示的问题。

3－5 按半逆解法步骤求解。

（1）可假设

（2）可推出

（3）代入相容方程可解出f、 ，得到

（4）由 求应力。

（5）主要边界x=0,b上的条件为

次要边界y=0上，可应用圣维南原理，三个积分边界条件为 读者也可以按 或 的假设进行计算。

3－6 本题已给出了应力函数 ，应首先校核相容方程是否满足，然后再求应力，并考察边界条件。在各有两个应精确满足的边界条件，即

而在次要边界 y=0 上， 已满足，而的条件不可能精确满足（否则只有A=B=0，使本题无解），可用积分条件代替：

3－7 见例题2。

3－8 同样，在 的边界上，应考虑应用一般的应力边界条件

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(2-15)。

3－9 本题也应先考虑对称性条件进行简化。

3－10 应力函数 中的多项式超过四次幂时，为满足相容方程，系数之间必须满足一定的条件。

3－11 见例题3。

3－12 见圣维南原理。

3－13 m个主要边界上，每边有两个精确的应力边界条件，如式(2-15)所示。n个次要边界上，每边可以用三个积分的条件代替。 3－14 见教科书。

3－15 严格地说，不成立。

第四章 习题的提示和答案

4－1 参见§4-1，§4-2。

4－2 参见图4-3。

4－3 采用按位移求解的方法，可设代入几何方程得形变分量，然后再代入物理方程得出用位移表示的应力分量。将此应力公式代入平衡微分方程，其中第二式自然满足，而由第一式得出求的基本方程。 4－4 按应力求解的方法，是取应力为基本未知函数。在轴对称情况下， ，只有 为基本未知函数，且它们仅为的函数。求解应力的基本方程是：(1)平衡微分方程(其中第二式自然满足)，(2)相容方程。相容方程可以这样导出：从几何方程中消去位移，得

再将形变通过物理方程用应力表示，得到用应力表示的相容方程。 4－5 参见§4-3。

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4－6 参见§4-3。

4－7 参见§4-7。

4－8 见例题1。

4－9 见例题2。

4－10 见答案。

4－11 由应力求出位移，再考虑边界上的约束条件。 4－12 见提示。

4－13 内外半径的改变分别为 两者之差为圆筒厚度的改变。 4－14 为位移边界条件。

4－15 求出两个主应力后，再应用单向应力场下圆孔的解答。 4－16 求出小圆孔附近的主应力场后，再应用单向应力场下圆孔的解答。

4－17 求出小圆孔附近的主应力场后，再应用单向应力场下圆孔的解答。

4－18 见例题3。

4－19 见例题4。

第五章 习题提示和答案

5－1 参见书中由低阶导数推出高阶导数的方法。

5－2 参见书中的方程。

5－3 注意对称性的利用，取基点A如图。答案见书中。 5－4 注意对称性的利用,并相应选取基点A。答案见书中。 5－5 注意对称性的利用，本题有一个对称轴。

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5－6 注意对称性的利用，本题有二个对称轴。

5－7 按位移求微分方程的解法中，位移应满足：(1) 上的位移边界条件，(2) 上的应力边界条件，(3)区域A中的平衡微分方程。用瑞利-里茨变分法求解时，设定的位移试函数应预先满足(1)上的位移边界条件，而(2)和(3)的静力条件由瑞利-里茨变分法来代替。 5－8 在拉伸和弯曲情况下，引用 的表达式，再代入书中的公式。在

扭转和弯曲情况下，引用 的表达式，再代入书中的公式。 5－9 对于书中图5-15的问题，可假设

对于书中图5-16的问题中，y轴是其对称轴，x轴是其反对称轴，在设定u、v试函数时，为满足全部约束边界条件，应包含公共因子。此外，其余的乘积项中，应考虑：u应为x和y的奇函数，v应为x和y的偶函数。

5－10 答案见书中。

5－11 在u,v 中各取一项,并设 时,用瑞利-里茨法得出求解的方程是

代入 后,上两式方程是

解出

位移分量的解答为

应力分量为

第六章 习题的提示和答案

6－1 提示：分别代入 的公式进行运算。

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6－2 （3）中的位移，一为刚体平移，另一为刚体转动，均不会产生应力。其余见书 中答案。

6－3 求i结点的连杆反力时，可应用公式

为对围绕i结点的单元求和。

6－4 求支座反力的方法同上题。

6－5 单元的劲度矩阵k，可采用书中P.124式（g）的结果，并应用公式求 出整体劲度矩阵的子矩阵。

6－6 求劲度矩阵元素同上题。应力转换矩阵可采用书中P.127的结果。

6－7 求劲度矩阵元素可参见P.124式（g）的结果，再求出整体劲度矩阵元素 答案见书中。

6－8 当单元的形状和局部编号与书中图6－10相同时，可采用P.124式（g） 的单元劲度矩阵。

答案：中心线上的上结点位移 下结点位移

6－9 能满足收敛性条件，即位移模式不仅反映了单元的刚度位移和常量应变，还在单元的边界上，保持了相邻单元的位移连续性。

第七章 习题的提示和答案

7－1 答案：

7－2 提示：

原(x,y,z)的点移动到(x+u,y+v,z+w)位置，将新位置位置代入有关平面、直线、平行六面体和椭球面方程。

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7－3 见本书的叙述。

7－4 空间轴对称问题比平面轴对称问题增加了一些应力、形变和位移，应考虑它们在导出方程时的贡献。

7－5 对于一般的空间问题，柱坐标中的全部应力、形变和位移分量都存在，且它们均为 的函数。在列方程时 应考虑它们的贡献。

第八章 习题的提示和答案

8－1 提示：应力应满足平衡微分方程、相容方程及应力边界条件（设 )。柱体的侧面，在（x,y）平面上应考虑为任意形状的边界（n=0,l,m为任意的），并应用一般的应力边界条件。

8－2 提示：同上题。应力应满足平衡微分方程、相容方程及应力边界条件（设 若为多连体，还应满足位移单值条件。

由于空间体为任意形状，因此，应考虑一般的应力边界条件（7-5）：法线的方向余弦为 l,m,n，边界面为任意斜面，受到法向压力q作用。为了考虑多连体中的位移单值条件，应由应力求出对应的位移，然后再检查是否满足单值条件。

8－3 见§8-2的讨论。

8－4 从书中式（8-2）和（8-12）可以导出。由结论可以看出位移分量和应力分量等的特性。

8－5 为了求o点以下h处的位移，取出书中式（8-6）的 ，并作如下代换

，

然后从o→a 对 积分。

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8－6 引用布西内斯克解答，在z=0的表面上的沉陷是

（1）求矩形中心点的沉陷，采用图8-9（a）的坐标系， 代入并积分，

再应用部分积分得到，

。

（2）求矩形角点处的沉陷，采用图8-9(b)的坐标系， 8－7 题中 已满足边界条件 再由

便可求出切应力及扭角等。

8－8 题中 能满足两个圆弧处的边界条件 然后，相似于上题进行求式解 为 的两倍。

8－9 分别从椭圆截面杆导出圆截面杆的解答，和从矩形截面杆导出正方形截面杆的解答；并由 ，得出代入后进行比较即可得出。 8－10 参见§8-8的讨论。

第九章 习题提示和答案

9－1 挠度w应满足弹性曲面的微分方程，x=0的简支边条件，以及椭圆边界上的固定边条件，。校核椭圆边界的固定边条件时，可参见例题4。

求挠度及弯矩等的最大值时，应考虑函数的极值点（其导数为0）和边界点，从中找出其最大值。

9－2 在重三角级数中只取一项 可以满足 的弹性曲面微分方程，并可以求出系数m。而四个简支边的条件已经满足。

关于角点反力的方向、符号的规定，可参见§9－4中的图9－5。

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9－3 本题中无横向荷载，q= 0，只有在角点B有集中力F的作用。注意w =mxy应满足：弹性曲面的微分方程，x =0和y =0的简支边条件, x =a和y =b的自由边条件，以及角点的条件（见图9－5中关于角点反力的符号规定）。

在应用莱维解法求解各种边界条件的矩形板时，这个解答可以用来处理有两个自由边相交的问题，以满足角点的条件。因此，常应用这个解答于上述这类问题，作为其解答的一部分。读者可参考§9－6中图9-9的例题。

9－4 本题中也无横向荷载，q= 0，但在边界上均有弯矩作用。x= 0,a 是广义的简支边，其边界条件是

而y= 0,b为广义的自由边，其边界条件是

将w=f(x)代入弹性曲面微分方程，求出f(x)。再校核上述边界条件并求出其中的待定系数。

9－5 参见§9－7及例题1，2。

9－6 应用纳维解法，取w为重三角级数，可以满足四边简支的条件。在求重三角级数的系数中，其中对荷载的积分

只有在 的区域有均布荷载 作用，应进行积分；而其余区域 ，积分必然为零。

9－7 对于无孔圆板，由 的挠度和内力的有限值条件，得出书中§9－9 式(d)的解中， ，然后再校核简支边的条件，求出。 求最大值时，应考虑从函数的极值点和边界点中选取最大的值。 9－8 本题也是无孔圆板，由有限值条件，取 。相应于荷载 的

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特解，可根据书中§9－9 的式(c) 求出。然后再校核 的固定边的条件。

求最大值时，应从函数的极值点和边界点的函数值中选取。

9－9 由 ，代入 及 的公式，两边相比便可得出 等用 等表示的表达式。

由，将w对x,y的导数转换为对 的导数。然后再与式(a)相比，可得出 等用挠度 表示的公式。

9－10 参见上题，可以用类似的方法出。 便

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