结构设计中的力学和构造基本原理.ppt

文档介绍：结构设计中的力学和构造基本原理
第一页，课件共36页
力学分析中需要考虑的三种条件
1、平衡条件：遵守经典物理世界运动基 本原理, 牛顿三大运动定律
2、物理条件： 本构关系（应力应变等）
3、几何条件：几何构成、变形协调
4、边界条件
第二页，课件共36页
平衡条件
1、不受外力作用的物体，永远将保持静止或匀速直线运动。
牛顿第三运动定律：F＝ma
2、物体处于静止状态的必要条件，所受合力为零：
F＝0
3、动力学平衡条件：达朗贝尔原理
F-ma＝0
第三页，课件共36页
结构处于平衡的条件
1、截取任一结构部件，作用于其上的荷载的合力
在任一方向上均为零。
2、据此，力学分析可以采用任意坐标系（但坐标
分量需要相互独立），力系合成和分析可以在
任意方向上进行。
3、满足平衡条件要求的内力，不一定是结构所受
的真实内力。故满足力学平衡条件条件。只是结构
真实内力的必要条件。
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物理条件（本构关系）
1、在经典物理世界，任何物质的运动均遵守牛顿三大运动定律。但各种介质表现出来的物理现象千差万别，主要原因在于介质的本构关系不同。
2、一般地，本构关系大体可以归于两类:
1) 麦氏（麦克斯威尔）体
2）开氏（开尔文）体
详细可参考：《辛弹性力学》（中国科学技术大学出版社）或者粘弹性力学方面的教材。
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固、液体的界定
1、传统认识中的这两类物质，其性状与荷载作用于其上的时间密切相关。
2、任何物质都有蠕变和松弛特性，但各种物质的松弛时间各不相同。（Maxwell）
3、举例：水下核爆炸、地质变迁
4、现代力学统一将流体和固体称之为流变体。
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松弛和蠕变的力学定义
松弛：材料在固定位移加载情况下，其应力随时间而减下的现象。
蠕变：材料在固定应力荷载作用下，其应变随时间而增加的现象。
上述两种非线性现象，还与与温度、应力水平等因素有密切关系。
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松弛时间
松弛时间：定义为材料实际应力减小为初始应力的37%时，所需要的时间。
几种典型材料的松弛时间：
1、坚硬岩石：
2、水：
3、沥青：
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传统固、液体力学的部分共性
1、两者动力学均遵守经典力学中的质量守恒和牛顿三大运动定律。它们的动力学平衡控制方程在形式上完全相同。
两种物质遵守相同的客观运动物理规律
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1、在荷载作用时间很长的情况下，固体可能表现出液体的性状，
2、而当荷载作用时间足够短时，液体也可表现出固体的性状。
3、在荷载作用下，两者都会表现出平衡分叉现象，也可认为是混沌现象。
固体力学中的失稳：稳定分叉
流体力学中的湍流：不稳定分叉
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