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薄板力学

研究薄板在外荷载等因素作用下的变形和内力的学科。薄板是指其厚度远小于板面尺寸的平板。当薄板受到平行于板面的纵向荷载作用时,所产生的内力为平面内力,这类问题即为平面应力问题(见弹性力学);当薄板受到垂直于板面的横向荷载作用时,所产生的内力为弯曲内力,这类问题称为薄板弯曲问题。

研究薄板在外荷载等因素作用下的变形和内力的学科。薄板是指其厚度远小于板面尺寸的平板。当薄板受到平行于板面的纵向荷载作用时,所产生的内力为平面内力,这类问题即为平面应力问题(见弹性力学);当薄板受到垂直于板面的横向荷载作用时,所产生的内力为弯曲内力,这类问题称为薄板弯曲问题。

在薄板弯曲问题中,最重要的是小挠度薄板弯曲理论,假定薄板的挠度远小于它的厚度,与梁的弯曲理论相似,小挠度薄板弯曲理论以下面三个假定为基础:①垂直于中面(即平分板的厚度的平面)方向的正应变可以不计,并略去垂直中面方向的正应力对形变的影响;②中面的法线在薄板弯曲时保持为直线,不伸缩。并且仍为变形后的中面(称为弹性曲面)的法线;③薄板中面内各点平行于中面的位移可以不计。根据这些假定,对弹性力学空间问题的基本方程和边界条件进行简化,便可以导出求解薄板挠度ω的基本方程:

薄板力学

式中 DEt3/12(1-μ2),称为薄板的弯曲刚度:Eμ为弹性模量和泊松比;q为作用于板面的横向荷载;t为板的厚度;▽为向量微分算符。薄板边缘的边界条件主要有固定边、简支边和自由边。在边界条件下求解这些方程,即可得出挠度的解答,从而得到薄板各截面上的内力,即弯矩、扭矩和剪力。

在薄板弯曲问题中还讨论到薄板的动力问题和稳定性问题。此外,在薄板问题中还研究挠度与厚度同阶大小的大挠度问题,以及变厚度薄板问题,各向异性板问题,夹层板问题等。以薄板理论为基础,还可以进一步研究厚板的弯曲问题。求解薄板弯曲问题,也可以应用有限差分法、变分法和有限单元法,这些方法都是解决实际问题的有效方法。

薄板在水利、土木、机械、船舶等工程中都有着广泛的应用。力学工作者对小挠度薄板已经做了大量的工作,得出了许多解答。对于弹性地基上的薄板,即弹性基础板,必须考虑地基对薄板弯曲变形和内力的影响。这类板在水利和木土工程中是经常遇到的。