Теория упругости. Часть 1. Учебно-методическое пособие
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Задача 4. ПЛОСКАЯ ЗАДАЧА ТЕОРИИ УПРУГОСТИ. ФУНКЦИЯ НАПРЯЖЕНИЙ
К прямоугольной полосе с узким прямоугольным сечением (рис. 8) приложены внешние нагрузки, показанные в табл. 4.1.
Рис. 8
Требуется определить напряжённое состояние полосы, пользуясь заданной функцией напряжения (см. табл. 4.1).
Для решения задачи необходимо:
1.Убедиться, что предлагаемая функция напряжений является бигармонической.
2.Найти выражения для напряжений σx ,σy , τxy .
3.Определить значения постоянных коэффициентов в выраже-
ниях для σx ,σy , τxy , подчиняя напряжения граничным условиям на контуре балки.
Примечание. Если напряжения не удовлетворяют строго граничным условиям на какой-либо из боковых граней, то надо удовлетворить граничным условиям на этой грани смягченно, в интегральной форме (табл. 4.2).
4. Сравнить полученное решение с решением той же задачи по элементарнойтеории,излагаемойвкурсесопротивленияматериалов. Для оценки расхождения в поперечном сечении на расстоянии, равном 2с, от правой боковой грани построить эпюры нормальных напряжений, вычисленных по формулам сопротивления материалов и по теории упругости.
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Теория упругости. Часть I
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Исходные данные к задаче 4 |
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Таблица 4.1 |
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Буквы |
Вид нагружения балки |
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Функция напряжения |
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ВС |
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00 |
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ϕ=b xy + |
d4 |
xy3 |
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01 |
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ϕ= b3 |
x2 y + d3 |
y3 |
+ a2 |
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x2 + |
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d5 |
2 |
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+ |
(x2 y3 |
− |
1 y5) |
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02 |
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a2 |
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2 |
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b3 |
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2 |
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d3 |
3 |
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ϕ= 2 x |
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+ |
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2 x |
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y + |
6 |
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y |
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+ |
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+ |
d5 |
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1 |
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6 |
(x y |
− |
5 |
y |
)+ |
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d |
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4 |
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3 |
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+b xy+ |
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xy |
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03 |
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ϕ=b xy + b3 y3 + |
c2 |
y2 |
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04÷05 |
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ϕ= a2 |
x2 + b3 |
x2 y |
+ d3 |
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y2 + |
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d5 |
2 |
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2 |
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6 |
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+ |
(x2 y3 |
− |
1 y5)+ |
c3 |
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y3 |
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6 |
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5 |
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6 |
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06÷07 |
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ϕ= a2 |
x2 + b3 |
x2 y |
+ d3 |
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y3 + |
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d5 |
2 |
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2 |
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6 |
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+ |
(x2 y3 |
− |
1 y5) |
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6 |
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5 |
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Задача 4. Плоская задача теории упругости. Функция напряжений
Продолжение табл. 4.1
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3 |
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08÷09 |
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ϕ= a2 |
x2 + b3 |
x2 y + d3 |
y3 + |
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d5 |
2 |
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2 |
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6 |
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+ |
(x2 y3 |
− 1 y5) |
+ b2 |
y3 |
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6 |
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5 |
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6 |
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10÷11 |
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ϕ= b3 x2 y + |
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d3 |
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y3 +b xy + |
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2 |
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6 |
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2 |
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+ d4 |
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xy3 + d5 |
(x2 y3 − 1 y5) |
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6 |
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6 |
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5 |
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12÷13 |
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ϕ= b3 |
x2 y + |
d3 |
y3 |
+ |
c2 |
y2 + |
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d5 |
2 |
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6 |
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2 |
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+ |
(x2 y3 |
− 1 y5) |
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6 |
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5 |
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14÷15 |
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ϕ= a2 |
x2 + b3 |
x2 y |
− d3 |
y3 + |
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+ d5 |
2 |
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2 |
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6 |
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(x2 y3 |
− 1 y5) |
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6 |
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5 |
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16÷17 |
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ϕ= |
d5 |
(x2 y3 − 1 y5)+ |
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||||||||||||||
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|||||||||||||
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b |
6 |
|
d |
3 |
5 |
a |
2 |
||||||
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+ 3 |
x2 y + |
|
y3 + |
2 x |
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2 |
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6 |
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2 |
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18÷19 |
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ϕ= d5 |
(x2 y3 − 1 y5)+ |
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b |
6 |
|
d |
3 |
5 |
a |
2 |
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+ 3 |
x2 y + |
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y3 + |
2 x |
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2 |
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6 |
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2 |
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Теория упругости. Часть I
Продолжение табл. 4.1
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20÷21 |
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ϕ= a2 |
x2 + b3 |
x2 y − d3 |
y3 |
+ |
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d5 |
2 |
2 |
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6 |
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+ |
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|
(x2 y3 − 1 y5) |
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||||||
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6 |
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5 |
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22÷23 |
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ϕ= d3 |
x3 + b3 |
y2 x + a2 |
y2 |
+ |
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d5 |
6 |
2 |
|
2 |
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|||
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|
+ |
|
|
(y2 x3 − 1 x5) |
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||||||
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6 |
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5 |
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24÷25 |
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ϕ= a2 |
y2 + b3 |
y2 x + d3 |
x3 |
+ |
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d5 |
2 |
2 |
|
6 |
|
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|||
|
|
+ |
|
|
(y2 x3 − 1 x5) |
|
|
|
|
||||
|
|
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|
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||||||
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6 |
|
|
|
5 |
|
|
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||
|
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|
|
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26÷27 |
|
ϕ= c2 |
x2 + b3 |
y2 x + d3 |
x3 |
+ |
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d5 |
2 |
2 |
|
6 |
|
|
||||
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|
+ |
|
(y2 x3 − 1 x5) |
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|||||
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||||||
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|
6 |
|
|
|
5 |
|
|
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||||||||
28÷29 |
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ϕ= b4 |
x3 y + b3 y2 x + d3 x3 + |
||||||||||
|
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|
|
|
|
6 |
2 |
6 |
|
||||
|
|
+ |
d5 |
(y2 x3 − 1 x5) |
+b xy |
|
|||||||
|
|
|
|
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|||||||||
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|
6 |
|
|
|
5 |
|
2 |
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|||
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
||||
|
|
|
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|
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|
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30÷31 |
|
ϕ= |
a2 |
y2 + b3 |
y2 x + |
d3 |
x3 |
+ |
|||||
|
|
||||||||||||
|
|
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|
||||||||||
|
|
|
|
d5 |
2 |
2 |
|
6 |
|
|
|||
|
|
+ |
|
(y2 x3 − 1 x5) |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
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||||||
|
|
6 |
|
|
|
5 |
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|
|
|
|
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|
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|
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34
Задача 4. Плоская задача теории упругости. Функция напряжений
Продолжение табл. 4.1
1 |
2 |
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3 |
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32÷33 |
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ϕ= b3 |
x2 y + d3 y3 |
+ a2 x2 + |
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|
d5 |
2 |
|
|
|
|
6 |
|
2 |
|
|
|
|
+ |
|
(x2 y3 − |
1 y5) |
|
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|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
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|||||
34÷35 |
|
ϕ= d5 |
(x2 y3 − 1 y5)+ |
|
||||||||||
|
|
|
|
b |
6 |
|
|
d |
|
5 |
d |
2 x2 |
|
|
|
|
+ 3 |
x2 y + |
|
3 y3 + |
|
|
|||||||
|
|
2 |
|
|
|
|
6 |
|
2 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||
36÷37 |
|
ϕ= |
d5 |
(x2 y3 − 1 y5)+ b3 |
x2 y + |
|||||||||
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
d3 |
6 |
|
d2 |
5 |
|
2 |
|
|||
|
|
+ |
y |
3 + |
x2 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
6 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|||||||||
38÷39 |
|
ϕ= |
d5 |
(x2 y3 − 1 y5)+ b3 |
x2 y + |
|||||||||
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
d3 |
6 |
|
d2 |
5 |
|
2 |
|
|||
|
|
+ |
y |
3 + |
x2 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
6 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
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|||||||||
40÷41 |
|
ϕ= |
d5 |
(x2 y3 − 1 y5)+ b3 |
x2 y + |
|||||||||
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
d3 |
6 |
|
d2 |
5 |
|
2 |
|
|||
|
|
+ |
y |
3 + |
x2 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
6 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
||
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35
Теория упругости. Часть I
Продолжение табл. 4.1
1 |
2 |
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3 |
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42÷43 |
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ϕ= d5 |
(x2 y3 − 1 y5)+ |
|
|||||||||||
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|
|||||||||||||
|
|
+ |
d |
3 |
6 |
|
d |
|
|
5 |
b |
|
|
x2 y |
|
|
|
|
y3 + |
|
2 x2 + |
3 |
|||||||||
|
|
|
6 |
|
|
2 |
|
2 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
44÷45 |
|
ϕ= a2 |
x2 + b3 |
x2 y + |
|
|
|
|
|||||||
|
|
+ d3 |
2 |
|
|
|
2 |
|
− 1 y5) |
||||||
|
|
y3 + d5 |
(x2 y3 |
||||||||||||
|
|
|
6 |
|
|
6 |
|
|
|
|
5 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
||||||||||
46÷47 |
|
ϕ= c2 |
y2 + b3 |
x2 y + d3 |
y3 + |
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d5 |
2 |
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2 |
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6 |
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+ |
(x2 y3 − 1 y5)+ |
a2 |
x2 |
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6 |
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||||||||||||
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5 |
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2 |
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|||
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48÷49 |
|
ϕ= d5 |
(x2 y3 − 1 y5)+ |
|
|||||||||||
|
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+ |
b |
|
6 |
|
d |
3 |
5 |
d |
2 |
x |
2 |
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3 |
x2 y + |
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|
y3 + |
|
||||||||
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2 |
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6 |
|
2 |
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|
|||||
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|
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|||||||||||
50÷51 |
|
ϕ= d5 |
(x3 y2 − 1 x5)+ |
|
|||||||||||
|
|
+ |
b |
|
6 |
|
d |
3 |
5 |
d |
2 |
y |
2 |
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3 |
y2 x + |
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|
x3 + |
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||||||||
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2 |
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6 |
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2 |
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36
Задача 4. Плоская задача теории упругости. Функция напряжений
Продолжение табл. 4.1
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3 |
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52÷53 |
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ϕ= d5 |
(x3 y2 − |
1 x5)+ |
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d |
2 |
6 |
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a |
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5 |
b |
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+ |
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|
y2 + |
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3 |
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x3 + |
3 |
y2x |
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||||||||||
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2 |
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54 |
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ϕ= d5 |
(x3 y2 − |
1 x5)+ |
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d |
2 |
6 |
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d |
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5 |
b |
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|
+ |
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y2 + |
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3 |
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x3 + |
3 |
y2x |
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|
2 |
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55 |
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ϕ= d5 |
(x3 y2 − |
1 x5)+ |
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d |
2 |
6 |
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d |
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5 |
b |
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|
+ |
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|
y2 + |
|
3 |
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x3 + |
3 |
y2x |
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||||||||||
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|
2 |
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2 |
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56÷57 |
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ϕ= d5 |
(x3 y2 − |
1 x5) |
+ c2 |
x2 + |
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b |
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6 |
|
|
d |
2 |
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|
5 |
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d |
2 |
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|||||
|
|
+ |
3 |
|
y2x + |
|
|
y2 + |
|
3 |
x3 |
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||||||||||
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|
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2 |
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2 |
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58÷59 |
|
ϕ= d5 |
(x3 y2 − |
1 x5)+ |
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|||||||||||||||||
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b |
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6 |
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d |
3 |
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5 |
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|||
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+ |
3 |
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y2x + |
|
x3 |
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2 |
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6 |
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|
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|||||||||||||||||
60÷61 |
|
ϕ= d5 |
(x2 y3 − |
1 y5)+ |
|
|||||||||||||||||
|
|
+ b3 |
6 |
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|
d3 |
|
|
|
5 |
|
d2 |
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x2 y + |
|
|
y3 + |
x2 |
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|||||||||||||||
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2 |
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6 |
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2 |
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37
Теория упругости. Часть I
Продолжение табл. 4.1
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62÷63 |
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ϕ = |
|
d5 |
|
(x |
3 |
y |
2 |
|
− |
1 |
x |
5 |
|
) + |
|
||||||||||||||
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|
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6 |
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5 |
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b3 |
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d3 |
|
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||||||||
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|
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|
+ |
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|
|
xy 2 + d2 |
|
y 2 + |
|
x3 |
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|
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6 |
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||||||||||||||||||||||||
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2 |
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2 |
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64÷65 |
|
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|
ϕ =b2 xy + |
|
d4 |
|
yx3 + |
c2 |
x2 |
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|
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6 |
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2 |
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66÷67 |
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ϕ=b xy + d4 xy3 |
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6 |
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68÷69 |
|
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|
ϕ= b2 |
x3 + |
d4 |
yx3 + d2 xy |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
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|||||||||||||||||||||||||||
|
|
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6 |
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6 |
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70÷71 |
|
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ϕ = |
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d5 |
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(x |
3 |
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y |
2 |
|
− |
1 |
x |
5 |
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) + |
|
||||||||||||
|
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|
6 |
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|
|
|
|
5 |
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||||||||||||||||||
|
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|
b3 |
|
|
|
|
|
|
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|
d3 |
|
|
|
|
d2 |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
+ |
|
|
y |
2 x + |
|
x3 + |
|
y 2 |
|||||||||||||||||||||
|
|
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||||||||||||||||||||||
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2 |
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6 |
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2 |
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72÷73 |
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ϕ = |
d5 |
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(x |
3 |
y |
2 |
|
− |
1 |
x |
5 |
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) + |
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|||||||||||||||
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6 |
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|
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5 |
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+ d2 |
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d3 |
|
|
|
|
b3 |
|
|
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|||||||||||||||
|
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y 2 + |
|
x3 + |
y 2 x |
|||||||||||||||||||||||||
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|||||||||||||||||||||||||||
|
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2 |
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6 |
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2 |
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||||||||||||
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38
Задача 4. Плоская задача теории упругости. Функция напряжений
Продолжение табл. 4.1
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3 |
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74÷75 |
|
ϕ= b3 |
y2x + a2 y2 |
+ |
|
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|||||||
|
|
+ d3 |
2 |
|
|
2 |
|
|
1 x5) |
|
|||
|
|
x3 + d5 |
(x3 y2 |
− |
|
||||||||
|
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6 |
|
|
6 |
|
|
|
|
5 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
76÷77 |
|
ϕ= a2 |
y2 + b2 |
y2 x + |
|
|
|||||||
|
|
+ d3 |
2 |
|
|
2 |
|
|
|
1 x5) |
|
||
|
|
x3 + d5 |
(y2 x3 |
− |
|
||||||||
|
|
6 |
|
|
6 |
|
|
|
|
5 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
78÷79 |
|
ϕ= b3 |
y2x + a2 y2 |
+ |
|
|
|||||||
|
|
+ d3 |
2 |
|
|
2 |
|
|
1 x5) |
|
|||
|
|
x3 + d5 |
(x3 y2 |
− |
|
||||||||
|
|
6 |
|
|
6 |
|
|
|
|
5 |
|
||
|
|
|
|
|
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|
|
|
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80÷81 |
|
ϕ= |
b2 |
x3 + |
d4 |
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yx3 |
+ d2 xy |
|
||||
|
|
|
|
|
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||||||||
|
|
|
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6 |
|
|
6 |
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|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
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|||||
82÷83 |
|
ϕ= a2 |
y2 + b3 |
y2 x + |
|
|
|||||||
|
|
+ d3 |
2 |
|
|
2 |
|
|
|
1 x5) |
|
||
|
|
x3 + d5 |
(y2x3 |
− |
|
||||||||
|
|
6 |
|
|
6 |
|
|
|
|
5 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
84÷85 |
|
ϕ= b3 |
x2 y + d3 |
y3 |
+ a2 x2 |
+ |
|||||||
|
|
2 |
|
|
6 |
|
|
2 |
|
||||
|
|
+ |
d5 |
(x2 y3 − |
1 y5) |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
6 |
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
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|
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|
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|
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|
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39
Теория упругости. Часть I
Окончание табл. 4.1
1 |
2 |
|
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3 |
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86÷87 |
|
ϕ= b3 x2 y + d3 y3 |
+ a2 |
x2 + |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
d5 |
2 |
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
||||||
|
|
+ |
|
(x2 y3 |
|
− 1 y5) |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
88÷89 |
|
ϕ= d5 |
(y2x3 − |
1 x5)+ c2 |
x2 |
+ |
||||||||||||||||||
|
|
|
b |
|
6 |
|
|
d |
2 |
|
|
|
5 |
d |
3 |
|
|
2 |
|
|
||||
|
|
+ 3 |
|
|
xy2 + |
|
|
|
|
y |
2 + |
|
|
|
|
x3 |
|
|
||||||
|
|
|
|
2 |
2 3 |
|
|
|||||||||||||||||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
90÷91 |
|
ϕ= d5 |
(y2x3 − |
1 x5)+ |
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
b |
|
6 |
|
|
d |
|
|
|
|
5 |
c |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
xy2 + |
3 x3 + |
2 |
x2 |
|
|
||||||||||||||
|
|
+ 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
6 |
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|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
92÷93 |
|
ϕ=b xy + |
d4 |
xy3 + |
c2 |
y2 |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
6 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
94÷95 |
|
ϕ= |
|
|
b3 |
|
y3 |
|
+ c2 y2 |
+ d3 x2 y + |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
2 3 |
|
|
|
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
+ |
d5 |
(x2 y3 − |
1 y5) |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
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||||||||||||||||||
96÷97 |
|
ϕ= b3 y3 + |
d4 |
xy3 +b xy |
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6 |
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6 |
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2 |
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98÷99 |
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ϕ= a2 |
x2 + b3 x2 y + d3 |
y3 + |
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d5 |
2 |
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2 |
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6 |
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+ |
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(x2 y3 |
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− 1 y5) |
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6 |
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5 |
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