正交异性悬臂梁在均布荷载作用下的弹性应力解

悬臂梁的受力分析与结构优化

悬臂梁的受力分析与结构优化 吴鑫龙3136202062 【摘要】悬臂梁不管是在工程设计还是在机械设计中都有着广泛的应用，其有着结构简单，经济实用等优点。但受到其自身结构的限制，一般悬臂梁的力学性能和使用性能都会受到很大的限制。本篇主要探究悬臂梁在使用中的受力情况并从材料力学的角度来对其进行优化设计,并对新设计悬臂梁进行分析。 【Abstract 】Cantilever whether in engineering or mechanical design have a wide range of applications, it has a simple structure, economical and practical advantages. But by its own structural limitations, the general cantilever mechanical properties and performance will be greatly limited. This thesis is focus on exploring the cantilever in use from the perspective of the forces and the mechanical design to be optimized., and analysis the new design cantilever . 【关键词】悬臂梁受力设计 【Keywords】cantilever force analysis optimization 背景及意义 悬臂梁是指梁的一端为不产生轴向、垂直位移和转动的固定支座，另一端为自由端（可以产生平行于轴向和垂直于轴向的力）。在实际工程分析中，大部分实际工程受力部件都可以简化为悬臂梁。但是悬臂梁的缺点在于它的受力性能不好，即使只是在悬臂梁末端施加一个较小的载荷，通过较长力臂的放大作用，也会对底部连接处产生一个很大的弯矩。因此，对悬臂梁强度校核前的受力分析和对其进行优化设计对工程和机械领域的发展都有着极大的意义。 一般悬臂梁的受力分析 一般悬臂梁，既没有经过任何结构和形状改变的普通悬臂梁。

悬臂梁在均布载荷下的挠曲线方程

3.1解：（1）由材料力学中的悬臂梁在均布载荷下的挠曲线方程()2 24qx v x EI =-()2246x lx l -+ 得此题所求的悬臂梁的最大挠度为44 ()0.1258ql ql v l EI EI =-=- （2）常用的两个悬臂梁的许可位移函数（满足()BC u ）： 11,3,5,()(1cos )2m m m x v x c l π== -∑ ∞ … 2342123()v x c x c x c x =+++… （3）基于Galerkin 加权残值法的求解 位移边界条件 0():|0x BC u v == 0'|0x v == 力边界条件 ():''|0x l BC p M EIv ==-= "'|0x l Q EIv ==-= 当选挠度v 为自变函数的试函数式，相应的加权残值法Galerkin 方程为()() () 400 01,2,l n EIv p dx n φ-==?…,N ① 其中n φ为试函数()()1 N n n n v x c x φ== ∑中的基底函数，()40EIv p -为控制方程。 从力边界条件BC(p)入手，寻找Galerken 加权残值法的试函数，设221sin 2d v x dx l π? ?=- ??? ② 它满足x l =处的弯矩和剪力为零的条件，即''|0,'''|0x l x l v v ====。 把②式积分两次，可得222()sin 22x l x v x c Ax B l ππ????=+++?? ??????? 调整两个积分常数A 和B ，使它们满足0x =处的位移边界条件BC(u)，有2/,0A l B π=-=，则得到Galerkin 加 权残值法的试函数为()2222()sin 22x l l x v x c x c x l πφππ????=-+=?? ?????? ? ③ 代入①，取N=1，有22 20022sin sin 02222l x x l l x EIc p x dx l l l ππππ π???????? --+=???? ? ?????????????? 可解出223 00118 60.469 342p l p l c EI EI πππ -+==-，代回③式得x l =处的最大挠度为4202124|0.1262x l p l v cl EI ππ=??=-+= ???，它比用挠度方程大0.8%。 ^ ^ 该问题两端的边界 ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^

各向同性、各向异性

各向同性、各向异性理解 1、orthotropic和anisotropic的区别 isotropic各向同性 orthotropic正交各向异性的 anisotropic各向异性的 uniaxial单轴的 我只说一下orthotropic和anisotropic的区别: orthotropic主要是材料在不同垂直方向上有着不同的物理性质和参数,意思就是如果处在同一个角度的平面上,那么同平面的材料是具有着相同的物理性质的. anisotropic则是完全有方向角度决定的物理参数,只要方向有不同,物理性质则完全不同. 2、各向同性和各向异性 物理性质可以在不同的方向进行测量。如果各个方向的测量结果是相同的,说明其物理性质与取向无关,就称为各向同性。如果物理性质和取向密切相关，不同取向的测量结果迥异，就称为各向异性。造成这种差别的内在因素是材料结构的对称性。 在气体、液体或非晶态固体中，原子排列是混乱的,因而就各个方向而言,统计结果是等同的，所以其物理性质必然是各向同性的。而晶体中原子具有规则排列，结构上等同的方向只限于晶体对称性所决定的某些特定方向。所以一般而言，物理性质是各向异性的。

例如，α－铁的磁化难易方向如图所示。铁的弹性模量沿[111]最大(7700kgf/mm),沿[100]最小(6400kgf/mm)。 对称性较低的晶体（如水晶、方解石）沿空间不同方向有不同的折射率。而非晶体(过冷液体)，其折射率和弹性模量则是各向同性的。 晶体的对称性很高时，某些物理性质(例如电导率等)会转变成各向同性。当物体是由许多位向紊乱无章的小单晶组成时，其表观物理性质是各向同性的。一般合金的强度就利用了这一点。 倘若由于特殊加工使多晶体中的小单晶沿特定位向排列（例如金属的形变“织构”、定向生长的两相晶体混合物等），则虽然是多晶体其性能也会呈现各向异性。硅钢片就是这种性质的具体应用。 介于液体和固体之间的液晶，有的虽然分子的位置是无序的，但分子取向却是有序的。这样，它的物理性质也具有了各向异性。 3、各向同性 亦称均质性。物理性质不随量度方向变化的特性。即沿物体不同方向所测得的性能，显示出同样的数值。如所有的气体、液体（液晶除外）以及非晶质物体都显示各向同性。例如，金属和岩石虽然没有规则的几何外形，各方向的物理性质也都相同，但因为它们是由许多晶粒构成的，实质上它们是晶体，也具有一定的熔点。由于晶粒在空间方位上排列是无规则的，所以金属的整体表现出各向同性。当然，大气也是各项同性的均质体。你所提的是不同区域内的大气，由于压强等多方面因素，性能会不同，但是在一个点上各个方向的性质是相同的。 4、正交各向异性（Orthotropic） 如果弹性体内每一点都存在这样一个平面，和该面对称的方向具有相同的弹性性质，则称该平面为物体的弹性对称面。（弹性对称面是指弹性模量的对称面，比如各向同性，弹性模量在一点沿各个方向相等，横观各向同性，弹性模量在一点绕着轴旋转任意角度，保持不变。既然各向同性和位置无关，那么对称也和位置无关） 垂直于弹性对称面的方向称为物体的弹性主方向。若设yz为弹性对称面，

(完整版)一块简支正交各向异性板的振动模态分析

课程设计（论文）任务书 院系（教研室）年月日 学生姓名: 学号: 专业: 1 设计（论文）题目及专题：一块简支正交各向异性板的振动模态分析 2 学生设计（论文）时间：自月日开始至月日止 3 设计（论文）所用资源和参考资料： 1、弹性力学下册 2、ANSYS软件 3、有限元法 4 设计（论文）完成的主要内容： 1）利用有限元法，用ANSYS编程计算一块简支正交各向异性板的振动模态 2）应用板壳理论知识得到板的解析解，并对两种方法所得结果进行比较 5 提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求： 提交课程设计论文一本 6 发题时间：年月日 指导教师：（签名） 学生：（签名）

用ansys解法如下： 模态分析步骤 第1步：指定分析标题并设置分析范畴 选取菜单途径Main Menu>Preference ,单击Structure,单击OK 第2步：定义单元类型 Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete,出现Element Types对话框, 单击Add出现Library of Element Types 对话框,选择Structural shell再右滚动栏选择Elastic 4node 63,然后单击OK，单击Element Types对话框中的Close按钮就完成这项设置了。第3步：指定材料性能 选取菜单途径Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material

Models。出现Define Material Model Behavior对话框,在右侧Structural>Linear>Elastic>orthotropic,指定材料的弹性模量和泊松系数，Structural>Density指定材料的密度，完成后退出即可。 第4步：划分网格 选取菜单途径Main Menu>Preprocessor>Meshing>MeshTool,出现MeshTool对话框，一般采用只能划分网格，点击SmartSize,下面可选择网格的相对大小（太小的计算比较复杂，不一定能产生好的效果，一般做两三组进行比较），保留其他选项，单击Mesh出现Mesh V olumes对话框，其他保持不变单击Pick All，完成网格划分。 第5步：进入求解器并指定分析类型和选项 选取菜单途径Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis，将出现New Analysis对话框,选择Modal单击OK。 选取Main Menu>Solution> Analysis Type>Analysis Options，将出现Modal Analysis 对话框，选中Blocklanczos模态提取法，在Number of modes to extract处输入相应的值（一般为5或10，如果想要看更多的可以选择相应的数字），单击OK，出现Subspace Model Analysis 对话框，选择频率的起始值，其他保持不变，单击OK。 第6步：施加边界条件. 选取Main Menu>Solution>Define loads>Apply>Structural>Displacement,出现ApplyU,ROT on KPS对话框，选择在点、线或面上施加位移约束,单击OK会打开约束种类对话框，选择（All DOF,UX,UY,UZ）相应的约束,单击apply或OK即可。

006三维正交各向异性

1.1三维正交各向异性问题 1.1.1求解步骤 1.1.1.a选择项目 (1)启动SciFEA，选择“项目”—>“新建项目”菜单或选择新建项目按钮弹出如图1所示的对话框。 图1 选择项目类型对话框 (2)点击“问题类型”栏中的“三维正交各向异性”选项。如图1所示。 (3)点击“OK”按钮完成项目类型的选择。 1.1.1.b设置材料参数和边界条件 (1)选择“前处理”—>“材料参数”按钮，如图2所示。或者单击工具条中的按钮弹出如图3所示材料参数数据输入表格。

图2 选择材料参数输入 图3 材料参数输入对话框 (2)按照问题描述中的参数依次填入材料参数数据表格。填写完成后如图4所示。 图4 填写完成材料数据输入 (2)选择“前处理”—>“边界条件”按钮，填入参数如图5所示，单击“OK”。 图5 填写边界条件

1.1.1.c建模、设置材料属性和施加边界条件 (1) 启动GID以创建模型。点击菜单选择“前处理”—>“弹性力学”—>“三维正交各向异性”，如图6所示；或者单击工具条中的按钮弹出前处理初始化窗口。 图6 启动前处理 (2) 建模。a.点击【Geometry】—【Create】—【point】，然后在GID命令栏依次输入点坐标：0,0，按ENTER键；输入0，1,按ENTER；输入1,0，按ENTER键；输入1,1，按ENTER键接着按Esc键。 点击【Geometry】—【Create】—【staight line】，点击右键contextual-join ctrl-a，依次拾取各点，形成线条，按esa退出。形成的线条如图7所示。 图7 选择【Geometry】—【Create】—【NURBS surface】—【By contour】,拾取线条，形成面，如图8.

悬臂梁结构设计

骨干杯 斜拉式悬臂梁设计报告 一、题目 设计域如图，固定端和整个结构宽度不限制，允许在在固定端开孔；材料体积用量≤35ml； 载荷为圆形（直径D=15 mm）均布载荷，方向为垂直向下；

二、设计概述 根据大赛题目的要求，为达到悬臂梁承重最大的目的，在保证材料体积用量在规定范围内，我们采取了简单而又稳定的楔形结构，设计思路来源于生活中常见的斜拉桥。 三、设计方案 ① 斜撑式 设计思路来源于常见的支撑结构 ② 斜拉式 设计来源于斜拉桥经过讨论，与计算分析，最终确定选择斜拉式，并用CAD绘制了初步工程图

CATIA绘制出四种结构三维图

应力校核 ABAQUS分析对比分析多种结构

S, MiSeS (Avg: 75%) ÷1.215e+08 + 1.114e+08 + 1.012e+08 +9.111e+07 +8.099e+07 +7.087e+07 +6.074e+07 +5.062θ+07 +4.050e+07 +3.0388+07 +2.026e+07 + 1.014e÷07 + 1.519e+04 ÷1.112e+08 + 1.019e+08 ÷9.269e÷07 +8.344e -t07 +7.418e÷07 +6.493e+07 +5.568e+07 +4.643θ+07 +3.717e+07 +2.792e+07 + 1.867e+07 +9.418e+06 + 1.654e+05 ODB: n7.odb AbaqUS/Standard 6.13-1 Mon OCt 12 20:56:42 GMT+08:OO 2015 Step: SteP-I InCrement 1: SteP Time ■ 1.000 Primary Var: S, MiSeS ∩αfnrmpri ?∕ΛΓ? I I ∏pf∩rn∩Λtinn Q ΓΛI P PΛctnr ?亠A 9QP P -∩1 S, MiSeS (Avg: 75%) Z PrImary Var: S, MlSeS DefOrmed Var: U DefOrmatlOn SCale Factor: +6.60Ie-OI S B Z

悬臂梁的弯矩计算方法可参考材料力学

悬臂梁的弯矩计算方法可参考材料力学。你没有说清楚悬臂梁上作用的是什么样的荷载形式，所以没有办法直接给答案，给你下以几种，让你参考吧 （一）、受端部集中荷载作用时 其悬臂梁上的弯矩值是Px，其中P是端部集中力，x是从端部到另一端的距离。（二）、受均布荷载作用时 其悬臂梁上的弯矩值是qx2/2，其中q是均布线荷载，x是从端部到另一端的距离。 设为均布荷载下。悬臂梁悬臂净长L。 计算悬臂梁自重及其担负楼板面积的自重计g KN/m；（包括上下粉刷重） 计算悬臂梁担负楼板面积上的活荷载q KN/m；（楼面活荷载标准值查荷载规范GB50009-2001) 承载能力极限计算的荷载基本组合值为1.2g＋1.4q＝Q1 正常使用极限计算的荷载标准组合值为g＋q＝Q2 支座截面的弯矩＝1/2Q×L^2。 （计算两种极限状态的弯矩分别代入Q1或Q2值）同问已知弯矩、板混凝土强度、钢筋型号，如何求板配筋？？例如弯矩21.1KN/m，H=150mm，C25混凝土，二级钢求As 2011-11-01 11:18 提问者：影子伯爵之羽|浏览次数：808次 我来帮他解答 您还可以输入9999 个字 推荐答案 2011-11-01 14:02 二、设计依据 《混凝土结构设计规范》GB50010-2002 三、计算信息 1. 几何参数 截面类型: 矩形 截面宽度: b=1000mm 截面高度: h=150mm 2. 材料信息 混凝土等级: C25 fc=11.9N/mm2 ft=1.27N/mm2 钢筋种类: HRB335fy=300N/mm2 最小配筋率: ρmin=0.200％ 纵筋合力点至近边距离: as=15mm 3. 受力信息 M=21.100kN*m

悬臂梁在均布荷载下的应力状况

悬臂梁在均布荷载下的应力状况 摘要：悬臂梁在现实生活中很常见，对于悬臂梁的分析采用弹性力学里的应力边界条件和平微分方程和相容方程进行求解计算分析，再结合材料力学的知识进行分析，深入系统的了解悬臂梁的手里特点。 关键词：静定梁、悬臂梁、弹性力学、材料力学、受力特点 现实生活中的房屋建筑中，存在很多的悬臂梁结构，身边的例子很多，例如 体育场的看台，城市里房屋的阳台，农村房屋中很多都有屋檐，而其都是靠悬臂梁的支撑才能结合上面的附属物件构成。现在我们就对悬臂梁的应力情况分别采用弹性力学和材料力学的相关知识进行分析 如图所示梁受荷载作用，求解其应力 1、弹性力学求解 解：本题是按应力求解的。 基本公式 x C xy h q C y C y h q y y x h q xy y x 123213332362)46(+=+--=-- =τσσ 1、在应力法中，应力分量在单连体中必须满足： y ql x ??? ? ??-20222qh ql l 202qh q o h /2 h /2 （l ＞＞h ，δ＝1）

（1）平衡微分方程；00=+??+??=+??+??y xy y x yx x f x y f y x τστσ （2）相容方程 () 02=+?y x σσ； （3）应力边界条件（在σs s =上）。 将应力分量代入平衡微分方程和相容方程，两者都能满足。 2、校核边界条件 （1）在主要边界上 04602123=???? ??+?=±=C h h q x h y xy ，即时，τ,由此得 h q C 231-= q C h C h h q q h y y -=++??? ? ??--=-=2133282,2即－时，σ，由此得 22q C - = 0==y h h y σ时，，将C 1、C 2代入后满足。 将C 1、C 2代入式（a ），得到应力公式： () ??? ? ??-=???? ??+--=--=14232232123222 23223h y h qx h y h y q y x h qy xy y x τσσ （b ） （2）再将式（b ）代入次要边界条件 00==xy x τ时， 33 4h y q x =σ，其主矢量为 0) (02 2==-?dy x h h x σ 而主矩为20 )(22 20qh ydy h h x x =?-=σ x =l 时，，其主矢量为； （2分） )46(323y y l h q x --=σql dy h h x xy -=?-=220)(τ)14(2322-=h y h ql xy τ，其

正交各向异性单层板

正交各向异性单层板 对于复合材料，由于复合材料是由基体和增强纤维组成的多相非均质材料，因此 复合材料具有明显的各向异性性质。一般来说，确定复合材料力学性能有两种方法： 物理机理的力学分析方法和唯象理论方法。物理机理的力学分析方法是通过细观或微 观力学理论建立描述复合材料物理力学性能的各参数之间关系表达的方法，唯象理论 方法是将非均质多相复合材料作为均ABC电子质连续介质(以非均质多相复合材料与均质连续介质单相材料建立宏观上物理力学性能的等效模型)，在实验的基础上建立复合材料以总体宏观强度性能为特征的破坏准则(强度条件)。两种方法的主要区别在于； 物理机理的力学分析方法通过分折复合材料破坏过程的物理机理，从而给出复合材料 物理力学性能的各参数之间关系表达式；唯象理论方法则是通过实验，以实验为基础，从而给出复合材料以总体宏观强度性能为特征的破坏准则(强度条件)。 显然，唯象理论方法虽然能够在各种载荷条件下给出复合材料的破坏准则强度条件，但其所给出的复合材料的破坏准则(强度条件)不能解释复合材料破坏过程的物理 机理。尽管唯象理论方法不能解释复合材料何时从何处开始破坏，以及从局部开始破 坏到最终整体破坏的复杂过程，但唯象理论方法能够提供各种载荷(各种复杂应力状态)下的强度破坏指标，且该指标正是工程设计个保证所设计构件(或罗部件)安全的基本 指标。因此，基于唯象理论方法的破坏准则研究仍然是复合材料强度理论研究的一个 重要方向。本章关于复合材料强度理论的分析属于唯象理论方法范畴。正夹各庙异性 单层扳强魔理论的路本IC现货商概念各向同性线弹性体的一个显著特点是：各向同性线弹性体内同一点各个方向强度等同，且强度与方向无关。 如所示各向同性(均质)线弹性体，在各向同性(均质)线弹性体内两个不同方向取和舶试件进行试验。实验结果表明和两试件所呈现的力学性能在宏观统计学意义上完全 相同，即各向同性(均质)线弹性体内任意点、任意方向上具有完全相同的力学性能(包 括完全相同的强度)。对于复合材料，如图所示。由于纤维增强复合材料的各向异性，在纤维增强复合材料内冕个不同方向取和比试件进行试验。显然，由于沿增强纤维方向，因此具有较其他方向更高的强度；由于沿与增强纤维正交方向因此具有较其他方 向更低的强度；而介于和两方向艾博希电子之间，其强度也介于两者之间。由此可知，复合材料的强度与方向有关复合材料内同一点不同方向的极限应力不相同，即复合材 料的强度是方向的函数。在采用唯象理论方法分析复合材料单层板的强度时，增强纤 维复合材料单层板可看做是(均质)正交各向异性线弹性体。增强纤维复合材料单层板 只承受中面内裁荷时，增强纤维复合材料单层板可视为平面应力状态下的正交各向异 性单层板。cjmc%ddz

正交异性板

正交异性板 正交异性版即正交异性钢桥面板，是用纵横向互相垂直的加劲肋(纵肋和横肋)连同桥面盖板所组成的共同承受车轮荷载的结构。这种结构由于其刚度在互相垂直的二个方向上有所不同，造成构造上的各向异性。 细部构造 对于大跨度悬索桥和斜拉桥，钢箱梁自重约为PC箱梁自重的1/5,1/6.5。正交异性钢板结构桥面板的自重约为钢筋混凝土桥面板或预制预应力混凝土桥面板自重的1/2,1/3。所以，受自重影响很大的大跨度桥梁，正交异性板铜箱梁是非常有利的结构形式。 通常在钢桥面板上铺装沥青混凝土铺装层，其主要作用是保护钢桥面板和有利于车辆的行走性。近代正交异性钢桥面板的构造细节如图回所示，由钢面板纵助和横肋组成，且互相垂直。钢面板厚度一般为12mm，纵肋通常为U形肋或球扁钢肋 或板式助，U形肋板厚一般为6mm或8mm，横梁间距一般为3.4,4.5m，两横梁之间设一横肋。 制造时，全桥分成若干节段在工厂组拼，吊装后在桥上进行节段间的工地连接。通常所有纵向角焊缝(纵向肋和纵隔板等)贯通，横隔板与纵向焊缝、纵肋下翼缘相交处切割成弧形缺口与其避开。 分析方法 正交异性板除作为桥面外，还是主梁截面的组成部份，它既是纵横梁的上翼缘，又是主梁的上翼缘。传统的分析方法是把它分成三个结构体系加以研究，即: (1)主梁体系:由盖板和纵肋组成主梁的上翼缘，是主梁的一部份。 (2)桥面体系:由纵肋、横梁和盖板组成，盖板成为纵肋和横梁的共同上翼缘。 (3)盖板体系:仅指盖板，它被视为支承在纵肋和横梁上的各向同性连续板。

计算方法 解析法是将正交异性钢桥面板结构作为弹性支承连续正交异性板分析的较为成熟的经典计算方法。根据所取的计算模型不同，解析法计算又可分为以下几种: (1)把板从肋的中间分开，并归并到纵横肋上去，构成格子梁体系。它的缺点是未能考虑板的剪切刚度。 (2)把纵横梁分摊到板上，也就是将板化成一种理想的正交异性板。当荷载作用在横肋上时，这种方法是较好的，但当荷载作用在两横肋中间时，此法的精度就差了。 (3)对法2的改进，即将作用有荷载的那个节间单独处理，令节间的横向抗弯刚度等于盖板的抗弯刚度，其余节间解同法2 (4)Pelikan-Esslinger法。此法是将纵肋均分摊到盖板上，而将横肋作为刚性支承，求解后再将横肋的弹性支承计入。 随着计算机技术的发展，正交异性板的求解又有了很多新的数值法。目前较有成效的是有限差分法、有限条法和有限单元法。疲劳问题 钢桥面板作为主梁的上翼缘，同时又直接承受车辆的轮载作用。如上所述，钢桥面板是由面板、纵肋和横助三种薄板件焊接而成，在焊缝交叉处设弧形缺口，其构造细节很复杂。当车辆通过时，轮载在各部件上产生的应力，以及在各部件交叉处产生的局部应力和变形也非常复杂，所以钢桥面板的疲劳问题是设计考虑的重点之一。自1966年英国Severn桥(悬索桥)采用扁平钢箱梁以来，钢桥面板陆续出现许多疲劳裂纹，主要产生的部位有纵助与面板之间的肋角焊缝、纵横肋交叉的弧形缺口处，U形肋钢衬垫板对接焊缝处等，其中梁段之间钢桥面板工地接头是抗疲劳最薄弱的部位。 由于钢桥面板不可能更换，产生裂纹后修补又比较困难，50年来(通过一系列的试验研究和有限元分析，以及实

十字相交悬臂梁弯矩及剪力简化计算

龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/d417744456.html, 十字相交悬臂梁弯矩及剪力简化计算 作者：曹晓斌 来源：《中国建筑科学》2015年第06期 摘要：在工程设计中，会碰到十字相交悬臂梁，这种结构体系受力性能有别于一般的平 面悬臂梁，但也不能将其考虑成两端固支的梁，本文将从结构力学的角度着手，考虑十字相交悬臂梁的变形协调性，分析这类结构在收到集荷载和均布荷载的弯矩与剪力。 关键词：变形协调；十字相交；悬臂梁；剪力；弯矩 Simplified calculation of bending moment and shearing force for the intersecting cantilever beams Cao Xiao-bin Abstract： In structure design， there could be intersecting cantilever beams， the internal force of this structure are different from that of plan cantilever beams， it can not be considered as fixed beams at both ends， take the compatibility deformation into consideration， this paper will analysis the bending moment and shearing force of the structure in this kind. Key words： compatibility deformation； intersecting； cantilever beams； shearing force；bending moment 1.前言 实际工程中，存在十字相交悬臂梁结构，如图1，这类结构由于相互垂直的梁的影响，不能将两根梁简单地考虑为平面内悬臂梁，若相交的两段梁中仅有一根梁上有荷载作用，那么另一根梁就可以对这根梁起到一定的支撑作用，如若两段梁的跨度、受力的大小、受力位置、刚度均不相同，该如何进行受力分析。参照结构力学[1]，本文将从两段梁受力，变形协调方面 来分析此类结构受力。 2.理论计算 为方便计算，本文忽略扭矩的影响。AB：惯性矩I1，长度l1。AC：惯性矩为I2，长度 l2。 2.1 受集中荷载作用

现浇混凝土空心板的正交各向异性和等效各向同性板计算方法

现浇混凝土空心板的正交各向异性和 等效各向同性板计算方法 ＊ 尚仁杰　吴转琴　李佩勋 (中冶集团建筑研究总院,北京　100088) 摘　要:通过分析得到了现浇混凝土空心板正交各向异性主刚度存在着D 3=D 1D 2的关系;从正交各 向异性板挠曲面的偏微分方程出发,保持一个主方向尺寸不变x 1=x ,将另一主方向的尺寸做线性缩放y 1= k -1 4y ,并保持弹性模量与第一主方向相同E =E 1,泊松比μ= μ1μ2,将原来的正交各向异性板等效为一块 各向同性板,通过分析得到:各向同性板任意点的挠度就是原正交各向异性板对应点的挠度,各对应点内力存在简单的对应关系:M x =M x 1、M y =k 1 2 M y 1、M xy =k 1 4M x 1y 1。最后,通过算例验证了该方法的正确性。 关键词:空心板;正交各向异性板;各向同性板;等效 ORTHOTROPIC CHA RACTERS OF A CAST -IN -SITU C ONCRETE HOLLOW PLATE AND THE CA LCULATION METHOD OF AN EQUIVALENT ISOTROPIC PLATE Shang Renjie Wu Zhuanq in Li Peixun (Central Research Institute of Building and Construction of MCC Group ,Beijing 100088,China ) Abstract :The orthotropic character of D 3=D 1D 2of a cast -in -situ concrete hollow slab is deduced .Based on the differential equation of the deformed surface of the orthotropic plate ,one principal direction size is kept invariably ,then another principal direction size is transformed linearly ,maintains elasticity coefficient is kept the same as that of the first principal direction E =E 1,Poisson ratio μ= μ1μ2,thus the original orthogonal plate can be equivalent to an isotropic plate .Results are obtained through analysis :the deflection of the equivalent isotropic plate is the same as that of the original orthotropic plate at the corresponding point ,whose internal forces have the simple relations M x =M x 1,M y =k 1 2M y 1and M xy =k 1 4M x 1y 1. Keywords :hollow slab ;orthotropic plate ;isotropic plate ;equivalent ＊北京市科技计划项目(H020*********)资助。 第一作者:尚仁杰,男,1966年10月出生,博士,教授级高级工程师。 E -mail :shangrj2000@yahoo .com .cn 收稿日期:2008-01-18 现浇混凝土空心板是目前广泛应用的一种楼板 形式,由于其跨度大,可以通过空心减轻结构自重20%～40%而基本不影响板的强度和刚度,因此应用于大跨度楼板中体现了很强的技术优势,同时在桥面板中也开始得到应用。圆孔空心板大多是单向布置内模,使得板表现出正交各向异性的力学特性。如何确定现浇空心板的正交各向异性以及如何用简单实用的计算方法确定正交各向异性板的变形和内力,成了现浇混凝土空心板设计的关键问题。 现浇混凝土空心板正交各向异性的研究已经很多[1—3] ,但是,还没有一种适合于工程设计的、体现现浇混凝土空心板正交异性的实用内力和变形计算方法。目前,对钢筋混凝土实心板的弹性分析是基于板开裂之前的状态,混凝土处于弹性受力阶段,此时钢筋应力很小,可以忽略钢筋对刚度的影响。这 样,通过经典弹性力学理论,建立板的平衡微分方 程,或通过有限元的方法,可以得到实心板在正常使用状态下的弯矩及挠度分布规律。由于弹性理论弯矩是混凝土板极限承载力的一个有效的下限解,因此,GB 50010-2002《混凝土结构设计规范》以及国外混凝土规范中关于双向板的设计方法均包含以板的弹性弯矩作为截面配筋依据的方法,挠度计算也采用了弹性板的公式,只是修改了刚度。目前用于混凝土板设计的计算手册、计算软件都包含着板的弹性内力和挠度值。对板的弹塑性阶段的受力性能 72 Industrial Construction Vol . 39,No .2,2009工业建筑　2009年第39卷第2期

悬臂梁的挠度计算公式

悬臂梁的挠度计算公式 均布荷载下的最大挠度在梁的跨中,其计算公式: Ymax = 5ql^4/(384EI). 式中: Ymax 为梁跨中的最大挠度(mm). q 为均布线荷载标准值(kn/m). E 为钢的弹性模量,对于工程用结构钢,E = 2100000 N/mm^2. I 为钢的截面惯矩,可在型钢表中查得(mm^4). 跨中一个集中荷载下的最大挠度在梁的跨中,其计算公式: Ymax = 8pl^3/(384EI)=1pl^3/(48EI). 式中: Ymax 为梁跨中的最大挠度(mm). p 为各个集中荷载标准值之和(kn). E 为钢的弹性模量,对于工程用结构钢,E = 2100000 N/mm^2. I 为钢的截面惯矩,可在型钢表中查得(mm^4). 跨间等间距布置两个相等的集中荷载下的最大挠度在梁的跨中,其计算公式: Ymax = 6.81pl^3/(384EI). 式中: Ymax 为梁跨中的最大挠度(mm). p 为各个集中荷载标准值之和(kn). E 为钢的弹性模量,对于工程用结构钢,E = 2100000 N/mm^2.

I 为钢的截面惯矩,可在型钢表中查得(mm^4). 跨间等间距布置三个相等的集中荷载下的最大挠度,其计算公式: Ymax = 6.33pl^3/(384EI). 式中: Ymax 为梁跨中的最大挠度(mm). p 为各个集中荷载标准值之和(kn). E 为钢的弹性模量,对于工程用结构钢,E = 2100000 N/mm^2. I 为钢的截面惯矩,可在型钢表中查得(mm^4). 悬臂梁受均布荷载或自由端受集中荷载作用时，自由端最大挠度分别为的,其计算公式: Ymax =1ql^4/(8EI). ;Ymax =1pl^3/(3EI). q 为均布线荷载标准值(kn/m). ;p 为各个集中荷载标准值之和(kn). 挠度计算公式：Ymax=5ql^4/(384EI)(长l的简支梁在均布荷载q作用下，EI是梁的弯曲刚度） 挠度与荷载大小、构件截面尺寸以及构件的材料物理性能有关。 挠度——弯曲变形时横截面形心沿与轴线垂直方向的线位移称为挠度，用γ表示。

悬臂梁在均布荷载作用下有限元分析

悬臂梁承受集中荷载作用问题的弹塑性分析 何方平邹里 （湘潭大学土木工程与力学学院，湖南湘潭411105） [摘要]本文针对曲杆在水平力作用下的受力性能，结合弹性力学基本方程和塑性力学中Mises屈服条件，得到了弹性阶段应力、位移之间的关系，以及材料发生塑性变形时，处于临界状态点的应力、应变值。同时，利用有限元分析软件ABAQUS，进行了数值模拟，分析结果与理论值吻合较好，证明所建立的有限元模型是合理的。 关键词：悬臂梁；集中荷载 THE ELASTIC-PLASTIC ANALYSIS OF THE CANTILEVER BEAM UNDER concentrated load He Fang-Ping Zhou Li （College of Civil Engineering & Mechanics, XiangTan University, Xiangtan 411105, China） 【Abstract】This article in view of the force performance of CANTILEVER BEAM UNDER concentrated load, combined with elastic mechanics basic equations and the plastic mechanics Mises yield conditions, obtained the elastic stage between stress and displacement, and the relationship between material happen plastic deformation, a critical state points of stress and strain value. At the same time, the finite element analysis software ABAQUS, the numerical simulation and analysis results and a good agreement with the theoretical value, show that the established finite element model is reasonable. Keywords: CANTILEVER BEAM concentrated load

十字相交悬臂梁弯矩及剪力简化计算

十字相交悬臂梁弯矩及剪力简化计算 在工程设计中，会碰到十字相交悬臂梁，这种结构体系受力性能有别于一般的平面悬臂梁，但也不能将其考虑成两端固支的梁，本文将从结构力学的角度着手，考虑十字相交悬臂梁的变形协调性，分析这类结构在收到集荷载和均布荷载的弯矩与剪力。 Key words：compatibility deformation；intersecting；cantilever beams；shearing force；bending moment 1.前言 实际工程中，存在十字相交悬臂梁结构，如图1，这类结构由于相互垂直的梁的影响，不能将两根梁简单地考虑为平面内悬臂梁，若相交的两段梁中仅有一根梁上有荷载作用，那么另一根梁就可以对这根梁起到一定的支撑作用，如若两段梁的跨度、受力的大小、受力位置、刚度均不相同，该如何进行受力分析。参照结构力学[1]，本文将从两段梁受力，变形协调方面来分析此类结构受力。 2.理论计算 为方便计算，本文忽略扭矩的影响。AB：惯性矩I1，长度l1。AC：惯性矩为I2，长度l2。 2.1 受集中荷载作用 AB受集中力F1，距离端部α1l1，AC受集中力F2，距离端部α2l2，假设AB端部相对于AC端部有下降的趋势，故而，此时可认为AB收到AC向上的支撑力P的作用，反之，AC收到AB向上的支撑力P的作用。AB，AC的MP 图和图分别如图2，图3所示。 2.2 受均布荷载作用 AB梁受均布荷载q1，AC梁受均布荷载q2，则AB与AC的MP图和图分别如图4，图5所示 3.结论 考虑十字相交悬臂梁相交点有相同位移，本文应用结构力学的方法，推导出了受集中荷载和均布荷载时梁固端弯矩值和梁上剪力值： （1）受集中荷载作用时，AB梁固端弯矩值如式（6），剪力（7）和（8），AC梁固端弯矩值如式（9），剪力值如式（10）和（11）；并计算得到了当I1=I2，l1=l2=l时，B端弯矩值如式（12），C端弯矩如式（13），当集中力作用在梁的交

悬臂梁分析

有限元法悬臂梁分析 算例： 如下图所示的悬臂梁，受均布载荷q ＝1N ／mm 2作用。E ＝2．1×105N ／mm 2, μ＝0.3厚度h ＝10mm 。现用有限元法分析其位移及应力。 梁可视为平面应力状态，先按图示尺寸划分为均匀的三角形网格，共有8×10＝80个单元，5×ll ＝55个节点，坐标轴以及单元与节点的编号如图。将均布载荷分配到各相应节点上，把有约束的节点5l 、52、53、54、55视作固定铰链，建立如图所示的离散化计算模型。 程序计算框图： （续左） （接右） 函数功能介绍 1. LinearTriangleElementStiffness(E,NU,t,xi,yi,xj,yj,xm,ym)――该函数用于计算平面应力情况下弹性模量为E 、泊松比为NU 、厚度为t 、第一个节点坐标为(xi,yi)、第二个节点坐标为(xj,yj)、第三个节 开 始 输入材料参数 计算具有代表性的单元刚阵 K<=0 将各单元刚阵按整体编号集成到整体刚阵 处理根部约束，修改【K 】【Q 】 求解[K][δ]＝[Q] 整理[δ] 并画图 计算单元应力，并输出 结束

点坐标为(xm，ym)时的线性三角形元的单元刚度矩阵.该函数返回6×6的单位刚度矩阵k. 2. LinearTriangleAssemble(K,k,i,j,m)――该函数将连接节点i,j,m的线性三角形元的单元刚度矩阵k集成到整体刚度矩阵K。每集成一个单元，该函数都将返回2N×2N的整体刚度矩阵K. 3. LinearTriangleElementStresses(E,NU,t,xi,yi,xj,yj,xm,ym,u)-- 该函数计算在平面应力情况下弹性模量为E、泊松比为NU、厚度为t、第一个节点坐标为(xi,yi)第二个节点坐标为(xj,yj)、第三个节点坐标为(xm，ym)以及单元位移矢量为u时的单元应力。该函数返回单元应力矢量。 函数源代码： function y = LinearTriangleElementStiffness(E,NU,t,xi,yi,xj,yj,xm,ym) A = (xi*(yj-ym) + xj*(ym-yi) + xm*(yi-yj))/2;%三角形单元面积，单元节点应该按逆时针排序，保证每个三角形单元的面积都为正值（也可作为一个小函数：LinearTriangleElementArea） betai = yj-ym;betaj = ym-yi;betam = yi-yj;gammai = xm-xj; gammaj = xi-xm;gammam = xj-xi; B = [betai 0 betaj 0 betam 0 ; 0 gammai 0 gammaj 0 gammam ; gammai betai gammaj betaj gammam betam]/(2*A); %B为应变矩阵，其中betai=yi-ym,betaj=ym-yi,betam=yi-yj. gammai=xm-xj, gammaj=xi-xm, gammam=xj-xi. D = (E/(1-NU*NU))*[1 NU 0 ; NU 1 0 ; 0 0 (1-NU)/2]; %D为弹性矩阵，分为平面应力问题和平面应变问题 对于平面应力问题D = (E/(1-NU*NU))*[1 NU 0 ; NU 1 0 ; 0 0 (1-NU)/2]; 对于平面应变问题E1=E/（1-NU*NU），NU1=NU/（1-NU） y = t*A*B'*D*B;%单元刚度矩阵 function y = LinearTriangleAssemble(K,k,i,j,m) K(2*i-1,2*i-1) = K(2*i-1,2*i-1) + k(1,1); K(2*i-1,2*i) = K(2*i-1,2*i) + k(1,2); K(2*i-1,2*j-1) = K(2*i-1,2*j-1) + k(1,3); K(2*i-1,2*j) = K(2*i-1,2*j) + k(1,4); K(2*i-1,2*m-1) = K(2*i-1,2*m-1) + k(1,5); K(2*i-1,2*m) = K(2*i-1,2*m) + k(1,6); K(2*i,2*i-1) = K(2*i,2*i-1) + k(2,1); K(2*i,2*i) = K(2*i,2*i) + k(2,2); K(2*i,2*j-1) = K(2*i,2*j-1) + k(2,3); K(2*i,2*j) = K(2*i,2*j) + k(2,4); K(2*i,2*m-1) = K(2*i,2*m-1) + k(2,5); K(2*i,2*m) = K(2*i,2*m) + k(2,6); K(2*j-1,2*i-1) = K(2*j-1,2*i-1) + k(3,1); K(2*j-1,2*i) = K(2*j-1,2*i) + k(3,2); K(2*j-1,2*j-1) = K(2*j-1,2*j-1) + k(3,3); K(2*j-1,2*j) = K(2*j-1,2*j) + k(3,4); K(2*j-1,2*m-1) = K(2*j-1,2*m-1) + k(3,5); K(2*j-1,2*m) = K(2*j-1,2*m) + k(3,6); K(2*j,2*i-1) = K(2*j,2*i-1) + k(4,1); K(2*j,2*i) = K(2*j,2*i) + k(4,2); K(2*j,2*j-1) = K(2*j,2*j-1) + k(4,3); K(2*j,2*j) = K(2*j,2*j) + k(4,4); K(2*j,2*m-1) = K(2*j,2*m-1) + k(4,5); K(2*j,2*m) = K(2*j,2*m) + k(4,6); K(2*m-1,2*i-1) = K(2*m-1,2*i-1) + k(5,1); K(2*m-1,2*i) = K(2*m-1,2*i) + k(5,2); K(2*m-1,2*j-1) = K(2*m-1,2*j-1) + k(5,3); K(2*m-1,2*j) = K(2*m-1,2*j) + k(5,4); K(2*m-1,2*m-1) = K(2*m-1,2*m-1) + k(5,5); K(2*m-1,2*m) = K(2*m-1,2*m) + k(5,6); K(2*m,2*i-1) = K(2*m,2*i-1) + k(6,1); K(2*m,2*i) = K(2*m,2*i) + k(6,2); K(2*m,2*j-1) = K(2*m,2*j-1) + k(6,3); K(2*m,2*j) = K(2*m,2*j) + k(6,4); K(2*m,2*m-1) = K(2*m,2*m-1) + k(6,5); K(2*m,2*m) = K(2*m,2*m) + k(6,6); y = K;%对号入座，如前所述，每集成一次都将返回2N×2N的整体刚度矩阵K.此题为110×110 function y = LinearTriangleElementStresses(E,NU,t,xi,yi,xj,yj,xm,ym,u) A = (xi*(yj-ym) + xj*(ym-yi) + xm*(yi-yj))/2; betai = yj-ym;betaj = ym-yi;betam = yi-yj;gammai = xm-xj;gammaj = xi-xm;gammam = xj-xi; B = [betai 0 betaj 0 betam 0 ; 0 gammai 0 gammaj 0 gammam ; gammai betai gammaj betaj gammam betam]/(2*A); D = (E/(1-NU*NU))*[1 NU 0 ; NU 1 0 ; 0 0 (1-NU)/2];%平面应力和平面应变问题两种情况 y = D*B*u;%单元应力计算