Jump to content

Гибка пластин

Изгиб круглой пластины, зажатой по краям, под действием поперечного давления. Левая половина пластины демонстрирует деформированную форму, а правая половина — недеформированную. Этот расчет был выполнен с помощью Ansys .

Изгиб пластин , или изгиб пластины , — это прогиб пластины и перпендикулярно плоскости пластины под действием сил моментов внешних . Величину отклонения можно определить путем решения дифференциальных уравнений соответствующей теории пластин . в По этим прогибам можно рассчитать напряжения пластине. Когда напряжения известны, можно использовать теории разрушения , чтобы определить, выйдет ли пластина из строя при заданной нагрузке.

Изгиб пластин Кирхгофа-Лява.

[ редактировать ]
Силы и моменты на плоской пластине.

Определения

[ редактировать ]

Для тонкой прямоугольной пластины толщиной , модуль Юнга , и коэффициент Пуассона , мы можем определить параметры через прогиб пластины, .

Жесткость на изгиб определяется выражением

Изгибающие моменты на единицу длины определяются выражением

Крутящий момент на единицу длины определяется выражением

Поперечные силы на единицу длины определяются выражением

Изгибающие напряжения определяются выражением

Напряжение сдвига определяется выражением

Деформации изгиба для теории малого прогиба определяются выражением

Сдвиговая деформация для теории малого прогиба определяется выражением

В теории пластин с большим отклонением мы рассматриваем учет мембранных деформаций.

Отклонения выражением определяются

В теории пластин Кирхгофа – Лява для пластин основными уравнениями являются: [1]

и

В развернутом виде,

и

где – приложенная поперечная нагрузка на единицу площади, толщина пластины , напряжения , и

Количество имеет единицы силы на единицу длины. Количество имеет единицы момента на единицу длины.

Для изотропных однородных пластин с модулем Юнга и коэффициент Пуассона эти уравнения сводятся к [2]

где – прогиб средней поверхности пластины.

Малый прогиб тонких прямоугольных пластин.

[ редактировать ]

Это определяется уравнением Жермена - Лагранжа. пластины

Это уравнение было впервые выведено Лагранжем в декабре 1811 года при исправлении работы Жермена, положившей начало теории.

Большой прогиб тонких прямоугольных пластин.

[ редактировать ]

Это определяется Фёппля фон Кармана . уравнениями пластины

где – функция стресса.

Круглые тарелки Кирхгофа-Лява

[ редактировать ]

Изгиб круглых пластин можно изучить, решив основное уравнение с соответствующие граничные условия. Эти решения были впервые найдены Пуассоном в 1829 году.Для таких задач удобны цилиндрические координаты. Здесь — расстояние точки от средней плоскости пластины.

Основное уравнение в бескоординатной форме имеет вид

В цилиндрических координатах ,

Для симметрично нагруженных круглых пластин: , и у нас есть

Следовательно, основное уравнение имеет вид

Если и постоянны, прямое интегрирование основного уравнения дает нам

где являются константами. Наклон поверхности отклонения равен

Для круглой пластины требование конечности прогиба и наклона прогиба в подразумевает, что . Однако, не обязательно должно быть равно 0, так как предел из существует по мере вашего приближения справа.

Зажатые края

[ редактировать ]

Для круглой пластины с зажатыми краями имеем и на краюпластина (радиус ). Используя эти граничные условия, мы получаем

Плоскостные перемещения пластины равны

Плоские деформации в пластине равны

Плоские напряжения в пластине равны

Для пластины толщиной , жесткость на изгиб и мыиметь

Равнодействующие момента (изгибающие моменты) равны

Максимальное радиальное напряжение находится при и :

где . Изгибающие моменты на границе и в центре пластины равны

Прямоугольные пластинки Кирхгофа-Лява

[ редактировать ]
Изгиб прямоугольной пластины под действием распределенной силы. за единицу площади.

Для прямоугольных пластин Навье в 1820 году предложил простой метод определения смещения и напряжения, когда пластина просто опирается. Идея заключалась в том, чтобы выразить приложенную нагрузку через компоненты Фурье, найти решение для синусоидальной нагрузки (одна компонента Фурье), а затем наложить компоненты Фурье, чтобы получить решение для произвольной нагрузки.

Синусоидальная нагрузка

[ редактировать ]

Предположим, что нагрузка имеет вид

Здесь это амплитуда, это ширина пластины в -направление и это ширина пластины в -направление.

Поскольку пластина просто оперта, перемещение по краямпластина равна нулю, изгибающий момент равен нулю в и , и равен нулю в и .

Если мы применим эти граничные условия и решим уравнение пластины, мы получимрешение

Где D – изгибная жесткость

Аналогично жесткости на изгиб EI. [3] Зная смещение, мы можем рассчитать напряжения и деформации в пластине.

Для более общей загрузки формы

где и являются целыми числами, мы получаем решение

[ редактировать ]

Уравнение двойного тригонометрического ряда

[ редактировать ]

Определяем общую нагрузку следующей формы

где - коэффициент Фурье, определяемый формулой

.

Таким образом, классическое уравнение прямоугольной пластины для малых прогибов принимает вид:

Просто опертая пластина с общей нагрузкой

[ редактировать ]

Мы предполагаем решение следующей формы

Частные дифференциалы этой функции имеют вид

Подставив эти выражения в уравнение пластины, получим

Приравнивая два выражения, имеем

который можно переставить, чтобы дать

Прогиб свободно опертой пластины (углового происхождения) под действием общей нагрузки определяется выражением

Просто опирающаяся пластина с равномерно распределенной нагрузкой

[ редактировать ]
Водоизмещение ( )
Стресс ( )
Стресс ( )
Перемещения и напряжения вдоль для прямоугольной пластины с мм, мм, мм, ГПа и под нагрузкой кПа. Красная линия представляет нижнюю часть тарелки, зеленая линия — середину, а синяя линия — верхнюю часть тарелки.

Для равномерно распределенной нагрузки имеем

Таким образом, соответствующий коэффициент Фурье определяется выражением

.

Вычисляя двойной интеграл, имеем

,

или, альтернативно, в кусочном формате, мы имеем

Прогиб свободно опертой пластины (углового происхождения) при равномерно распределенной нагрузке определяется выражением

Изгибающие моменты на единицу длины пластины определяются выражением

Решение Леви

[ редактировать ]

Другой подход был предложен Леви. [4] в 1899 году. В этом случае мы начинаем с предполагаемой формы смещения и пытаемся подогнать параметры так, чтобы основное уравнение и граничные условия были удовлетворены. Цель состоит в том, чтобы найти такой, что он удовлетворяет граничным условиям при и и, конечно же, основное уравнение .

Предположим, что

Для пластины, свободно опертой вдоль и , граничные условия и . Обратите внимание, что вдоль этих краев нет изменений в смещении, что означает, что и , тем самым сводя моментное граничное условие к эквивалентному выражению .

Моменты по краям

[ редактировать ]

Рассмотрим случай чистого моментного нагружения. В этом случае и должен удовлетворить . Так как мы работаем в прямоугольной формеВ декартовых координатах основное уравнение можно представить как

Подстановка выражения для в основном уравнении дает нам

или

Это обыкновенное дифференциальное уравнение, имеющее общее решение

где являются константами, которые можно определить по границе условия. Следовательно, решение перемещения имеет вид

Выберем систему координат такую, чтобы границы пластинки былив и (так же, как и раньше) и в (и не и ). Тогда моментные граничные условия при границы

где являются известными функциями. Решение можно найти, применяя эти граничные условия. Мы можем показать, что для симметричного случаягде

и

у нас есть

где

Аналогично для антисимметричного случая, когда

у нас есть

Мы можем совмещать симметричные и антисимметричные решения, чтобы получить более общее решение.решения.

Просто опирающаяся пластина с равномерно распределенной нагрузкой

[ редактировать ]

Для равномерно распределенной нагрузки имеем

Прогиб свободно опертой пластины с центром при равномерно распределенной нагрузке определяется выражением

Изгибающие моменты на единицу длины пластины определяются выражением

Равномерная и симметричная моментная нагрузка

[ редактировать ]

Для частного случая, когда нагрузка симметрична и момент однороден, мы имеем ,

Водоизмещение ( )
Изгибающее напряжение ( )
Поперечное напряжение сдвига ( )
Перемещения и напряжения прямоугольной пластины при равномерном изгибающем моменте по краям и . Изгибающее напряжение находится вдоль нижней поверхности пластины. Поперечное напряжение сдвига находится вдоль средней поверхности пластины.

Результирующее смещение

где

Изгибающие моменты и поперечные силы, соответствующие смещению являются

Стрессы

Гибка цилиндрической пластины

[ редактировать ]

Цилиндрический изгиб возникает, когда прямоугольная пластина, имеющая размеры , где и толщина мала, подвергается равномерно распределенной нагрузке, перпендикулярной плоскости пластины. Такая пластина принимает форму поверхности цилиндра.

Просто поддерживаемая пластина с закрепленными в осевом направлении концами

[ редактировать ]

Для свободно опертой пластины при цилиндрическом изгибе со свободно вращающимися, но неподвижными краями . Решения для цилиндрического изгиба можно найти с помощью методов Навье и Леви.

Гибка толстых пластин Миндлина

[ редактировать ]

Для толстых пластин необходимо учитывать влияние сдвига по толщине на ориентацию нормали к срединной поверхности после деформации. Теория Раймонда Д. Миндлина предлагает один из подходов к определению деформации и напряжений в таких пластинах. Решения теории Миндлина могут быть получены из эквивалентных решений Кирхгофа-Лява с использованием канонических соотношений. [5]

Основные уравнения

[ редактировать ]

Каноническое основное уравнение для изотропных толстых пластин можно выразить как [5]

где – приложенная поперечная нагрузка, модуль сдвига, - изгибная жесткость, толщина пластины, , – поправочный коэффициент сдвига, – модуль Юнга, это Пуассон соотношение и

По теории Миндлина, поперечное смещение средней поверхности пластиныи количества и являются поворотами нормали срединной поверхностио и -оси соответственно. Канонические параметры этой теорииявляются и . Поправочный коэффициент сдвига обычно имеетценить .

Решения основных уравнений можно найти, если знать соответствующие Решения Кирхгофа-Лява с использованием соотношений

где — смещение, предсказанное для пластины Кирхгофа-Лява, это бигармоническая функция такая, что , – это функция, удовлетворяющая уравнение Лапласа, , и

Просто опирающиеся прямоугольные пластины

[ редактировать ]

Для свободно опертых пластин сумма моментов Маркуса обращается в нуль, т.е.

Это почти уравнение Лапласа для w[ссылка 6]. В этом случае функции , , исчезают, и решение Миндлина имеет видсвязанный с соответствующим решением Кирхгофа соотношением

Изгиб консольных пластин Райсснера-Штайна

[ редактировать ]

Теория Рейсснера-Штайна для консольных пластин [6] приводит к следующим связанным обыкновенным дифференциальным уравнениям для консольной пластины с сосредоточенной концевой нагрузкой в .

и граничные условия при являются

Решение этой системы двух ОДУ дает

где . Изгибающие моменты и поперечные силы, соответствующие смещению являются

Стрессы

Если приложенная нагрузка на краю постоянна, мы восстанавливаем решения для балки подсосредоточенная концевая нагрузка. Если приложенная нагрузка является линейной функцией , затем

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Редди, Дж. Н., 2007, Теория и анализ упругих пластин и оболочек , CRC Press, Тейлор и Фрэнсис.
  2. ^ Тимошенко С. и Войновский-Кригер С. (1959), Теория пластин и оболочек , McGraw-Hill, Нью-Йорк.
  3. ^ Кук, Р.Д. и др., 2002, Концепции и приложения анализа методом конечных элементов , John Wiley & Sons.
  4. ^ Леви, М., 1899, Comptes Rendus , vol. 129, с. 535-539
  5. ^ Jump up to: а б Лим, Г.Т. и Редди, Дж.Н., 2003, О канонических соотношениях изгиба пластин , Международный журнал твердых тел и структур, том. 40,стр. 3039-3067.
  6. ^ Э. Рейсснер и М. Штайн. Кручение и поперечный изгиб консольных пластин. Техническая нота 2369, Национальный консультативный комитет по аэронавтике, Вашингтон, 1951 г.
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 1ccaa7565eca89172218a48facae6174__1715066640
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/1c/74/1ccaa7565eca89172218a48facae6174.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Bending of plates - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)