热门问题
时间线
聊天
视角
鐵木辛柯梁理論
来自维基百科,自由的百科全书
Remove ads
鐵木辛柯梁是20世紀早期由美籍俄裔科學家與工程師斯蒂芬·鐵木辛柯提出並發展的力學模型。[1][2]模型考慮了剪應力和轉動慣性,使其適於描述短梁、層合梁以及波長接近厚度的高頻激勵時梁的表現。結果方程有4階,但不同於一般的梁理論,如歐拉-伯努利梁理論,還有一個2階空間導數呈現。實際上,考慮了附加的變形機理有效地降低了梁的剛度,結果在一穩態載荷下撓度更大,在一組給定的邊界條件時預估固有頻率更低。後者在高頻即波長更短時效果更明顯,反向剪力距離縮短時也有同樣效果。

控制方程

在靜力學中鐵木辛柯梁理論沒有軸向影響,假定梁的位移服從於
式中是梁上一點的坐標,是位移矢量的三維坐標分量,是對於梁的中性面的法向轉角,是中性面的在方向的位移。
控制方程是以下常微分方程的解耦系統:
靜態條件下的鐵木辛柯梁理論,若在以下條件成立時,等同於歐拉-伯努利梁理論
此時,可忽略上面控制方程的最後一項,得到有效的近似,式中是梁的長度。
對於等截面均勻梁,合併以上兩個方程,
Remove ads
在鐵木辛柯梁理論中若不考慮軸向影響,則給出梁的位移
式中是梁內一點的坐標,是位移矢量的三維坐標分量,是對於梁的中性面的法向轉角,是中性面方向的位移.
從以上假設,鐵木辛柯梁,考慮到振動,要用線性耦合偏微分方程描述:[3]
其中因變量是梁的平移位移和轉角位移。注意不同於歐拉-伯努利梁理論,轉角位移是另一個變量而非撓度斜率的近似。此外,
這些參數不一定是常數。
對於各向同性的線彈性均勻等截面梁,以上兩個方程可合併成[4][5]
Remove ads
如果梁的位移由下式給出
其中是方向的附加位移,則鐵木辛柯梁的控制方程成為
其中,是外加軸向力。任意外部軸向力的平衡依靠應力
式中是軸向應力,梁的厚度設為。
包含軸向力的梁方程合併為
Remove ads
如果,除軸向力外,我們考慮與速度成正比的阻尼力,形如
鐵木辛柯梁的耦合控制方程成為
合併方程為
Remove ads
切變係數
確定切變係數不是直接的,一般它必須滿足:
切變係數由泊松比確定。更嚴格的表達方法由多位科學家完成,包括斯蒂芬·鐵木辛柯、雷蒙德·明德林(Raymond D. Mindlin)、考珀(G. R. Cowper)和約翰·哈欽森(John W. Hutchinson)等。工程實踐中,斯蒂芬·鐵木辛柯的表達一般狀況下足夠好。[6]
對於固態矩形截面:
對於固態圓形截面:
Remove ads
參考文獻
Wikiwand - on
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Remove ads