- •Устойчивость упругих cисtem
- •Неоднозначность состояний упругого равновесия
- •Устойчивые и неустойчивые состояния равновесия
- •Особые точки и параметры задачи
- •Линеаризованные уравнения
- •Динамический критерий устойчивости
- •Устойчивость стержней
- •Линеаризованное уравнение устойчивости сжатого стержня
- •Метод Релея - Ритца - Тимошенко
- •Энергетический подход к устойчивости упругого стержня
- •Устойчивость стержня на упругом основании
- •Устойчивость тонких пластин
- •Точные решения задач устойчивости прямоугольных пластин
- •Решение в двойных тригонометрических рядах
- •Приближенные решения задач устойчивости пластин
- •Метод Релея-Ритца
- •Устойчивость пластин при сдвиге
Энергетический подход к устойчивости упругого стержня
Запишем функционал приращения энергии Э в виде
Э =
.
( 7.20)
Распишем условие
.
Интегрируя в нем выражения для (7.20) по
частям. Получим
(7.23)
Мы получили основное вариационное уравнение устойчивости сжатого прямого стержня.
Из
него в силу произвольности и независимости
вариаций
внутри
интервала и
-
на его концах, вытекают основное
линеаризованное уравнение устойчивости
(уравнение Эйлера)
(7.24)
и естественные граничные условия
либо
(7.25)
Уравнение (7.21) ,
где функционал Э
представлен выражением (7.20), называется
критерием
устойчивости в форме Брайана.
Характерная особенность этого критерия
состоит в том, что в нем отсутствуют
докритические перемещения, но присутствуют
докритические усилия
.
Критерий Брайана позволяет получить
решение задачи при любых условиях
закрепления концов стержня. Но для того,
чтобы им воспользоваться, необходимо
предварительно решить задачу о
докритическом поведении стержня.
Метод Релея - Ритца - Тимошенко
Для отыскания приближенного минимума функционала энергии можно использовать метод, известный в строительной механике под названием метода Ритца-Тимошенко.
Функция прогиба стержня ищется в виде ряда
,
(7.38)
где
- искомые константы, а
- функции, выбранные заранее так, чтобы
перемещения
были
возможными, то есть непрерывными и
подчиняющимися кинематическим граничным
условиям, в данном случае - однородным.
Воспользуемся энергетическим критерием в форме Брайана.
Подставим ряд в выражение (7.20) и, выполнив операции дифференцирования и интегрирования, получим квадратичную алгебраическую зависимость
Э = Э
(7.40)
Условия стационарности этого функционала как функции n переменных имеет вид
(7.41)
Система (7.41) всегда однородна и линейна относительно . В матричной форме записи эта система имеет вид
AV+ BV =0, (7.42)
где А
, В
- (
)
матрицы с коэффициентами
(7.43)
Таким образом, мы пришли к задаче на собственные значения для матриц.
Условия для определения собственных значений
( A + B ) = 0 . (7.44)
Наименьший из
корней
уравнения (7.44) будет приближенным
, причем при любом конечном n
это значение
будет выше
точного (или по крайней мере не ниже).
Этот факт легко объяснить. Ограничившись
некоторым n
, мы как бы
навязываем стержню конечное число
степеней свободы, делая его тем самым
жестче рассматриваемого. Если система
функций -
полная, то при n
мы придем к
точному решению, удовлетворяющему кроме
кинематических и статическим условиям.
Если среди предложенных есть и точное
решение задачи, то мы в точности найдем
его, а множители при остальных функциях
обнулятся. Если система функций
такова,
что каждая из систем функций
оказывается
ортогональной, то система (7.42) при
и
распадается на независимые уравнения
и дает
(7.45)
то есть для
мы получаем формулу.
Во всех
остальных случаях процесс поиска
при не слишком малых
остается численным.
