Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Оболочки и пластины

..pdf
Скачиваний:
20
Добавлен:
19.11.2023
Размер:
71.66 Mб
Скачать

3.

 

Метод М. Г. Слободянского оценки погрешностей. Пусть w и w'—

прогибы, например, защемленной по контуру пластины,

находящейся

под действием нагрузок q и q'

 

 

 

 

Для нахождения w и w' имеют место уравнения и граничные усло­

вия

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

у4^ =

q/D,

 

(3,7,28)

 

 

 

 

 

W =

=

О на

/

(3,7,29)

И

 

 

 

 

дп

 

 

 

 

 

 

 

 

yW

= q'/D

 

(3,7,30)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

w' =

—0 на

/.

(3,7,31)

 

 

 

 

 

дп

 

 

 

 

Здесь I — контур, ограничивающий область 5 пластины.

быть также

Задача об определении прогиба пластинки w может

решена, исходя из принципа возможных перемещений Лагранжа, при­

водящего к следующей вариационной задаче: найти функцию w, сооб­

щающую минимум функционалу

 

 

 

 

 

 

 

 

9{w) = V(w) - J j

qwds,

(3,7,32)

где согласно

 

 

 

 

 

 

 

17 О

-

Т

й

{

-

 

2

- v >

^

 

 

 

S

 

 

 

 

 

 

причем допустимые функции wn должны удовлетворять граничным ус­

ловиям

(3,

7, 29).

Здесь

9(w ) — потенциальная энергия системы,

V(w) — энергия деформации пластинки.

Задача об определении w' приводится к аналогичной вариационной задаче.

При граничных условиях (3, 7, 29) выражение (3, 7, 33) примет вид

У И = т Д (у2ш)2&-

(3,7,34)

S

В самом деле, так как

(3,7,35)

то в силу граничных условий (3, 7, 29), наложенных на допустимые функции доп, криволинейный интеграл в (3, 7, 35) равен нулю.

Для решения вопроса о напряжениях (моментах, перерезывающих силах) в пластинке может быть использован принцип минимума допол­ нительной работы Кастильяно, согласно которому равновесию упругой системы соответствует минимум функционала 1

У* (<Т) = , 1

ГГ[М? + М2 — 2vM,M2+ 2 (1 + V) М\2] dtdn, (3,7,36)

2 (1 — V2) и

J J

1 Вариационные задачи (3,7,32) и (3,7,36) эквивалентны.

где допустимые функции Ми М2, М12 удовлетворяют уравнению равно­ весия

д*Мг

,

2 д2М1а .

аам 2

(3,7,37)

д£а

+

dgfti +

дг?

 

Здесь Л1ь Мг — изгибающие моменты, М \2— крутящий момент. В слу­ чае граничных условий в форме (3, 7, 29)

У*(в) = У(ю).

(3,7,38)

Здесь, как и в (3, 7, 36), а означает совокупность величин М,, М2, M i2- Уравнение равновесия (3, 7, 37) будет удовлетворено, если положим

M X=

- D (

d2w* .

d*w*

\

 

 

 

 

V

at)2

) ’

Ma =

- D (

' d*w*

h V

ai2

(3,7,39)

 

 

,

dr?

 

) ’

Mu = - D ( 1 - v ) agar, •

где w* — произвольная функция, удовлетворяющая уравнению

V4

(3,7,40)

Вэтом легко убедиться путем непосредственной подстановки (3, 7, 39)

вуравнение (3, 7, 37).

Внося (3, 7, 39) в (3, 7, 36), найдем

а2ш

d2w*

V* (а) = V (w) = - f И {(у2Ш,*)а - 2 (1 ~ v) [ d£ 2

дг?

 

(3,7,41)

Следует отметить, что при решении конкретных задач может ока­ заться более выгодным взять допустимые функции для М ь М2, М12 не в виде (3, 7, 39). При выборе их важно, чтобы было удовлетворено лишь уравнение равновесия (3, 7, 37).

Отметим, что при рассматриваемых граничных условиях (3, 7, 29) вариационная задача о минимуме функционала (3, 7, 41) может быть заменена задачей о минимуме функционала

V (W) =

(v%*)2 didr),

(3,7,42)

 

s

 

 

где допустимые функции w* удовлетворяют тому же уравнению

(3, 7,

40).

 

 

 

Пусть теперь каким-либо способом найдены приближенные реше­

ния wn и w'n задач (3, 7, 28) —(3, 7, 29) и (3, 7, 30) —(3, 7, 31),

при

этом wn и wn' удовлетворяют тем же граничным условиям, что w и ш', т. е.

_ dwn

) -- dn = 0 на l.

(3,7,43)

) = * = 0 на / n dn

Из (3, 7, 28) —(3, 7, 29) с учетом (3, 7, 43) найдем

V4« = V4 ( w - w n) = -L(q-qn) = ± P ,

(3,7,44)

 

ди

 

~

,

 

 

 

 

 

 

и = ----- = 0

 

на I

 

 

 

 

 

 

дп

 

 

 

 

 

 

 

 

и аналогично из (3, 7, 30) и (3, 7, 31)

 

 

 

 

 

V4"' = V4 К — К ) = ^< я ' — Я'п) =

 

Р \

(3,7,45)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и' = ——= 0 на /.

 

 

 

 

 

 

дп

 

 

 

 

 

 

 

 

М. Г Слободянским получена следующая оценка:

 

 

 

 

 

| j j

q’wdldr] b'nm|,< 6,

 

 

(3,7,46)

где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= У q'wndU4 +

pw'ndldx\ + ~ j V (tfm. °m)-

(3.7.47)

 

s

 

 

 

s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3.7.48)

Здесь V(am) выражается по формуле

(3, 7, 36), в которой

вместо Мь

М2, М \г взяты допустимые функции M\m, М2т, Мi2m,

удовлетворяющие

уравнению равновесия (3, 7, 37),

где q заменено

на Р; V (ат ') также

выражается по формуле

(3, 7, 36), в которой вместо Mi, М2, М[2 взяты

допустимые

функции

Mim, М2т, Mi2m, удовлетворяющие

уравнению

равновесия

(3, 7, 37), где q заменено на Р \ т. е.

 

 

 

 

* К т

 

 

д>м’12т

д*м'2т

 

 

(3,7,49)

 

д?

+

 

д%дп

дг?

 

 

 

 

 

 

 

V(om, От ) — коэффициент при 2К, К— неопределенный параметр в

выражении V(om+^Om), т. е.

 

 

 

 

 

 

V (от+ Кот) =

VК ) + Ш

(ат, от) +

т

« ,),

(3,7,50)

который в развернутой форме имеет вид

 

— 2v(MlmM2m -bM'imM2J

+ 2(l + V ) MliniM’2m]dldx\.

(3,7,51)

Как и

ранее, мы

можем удовлетворить уравнениям

равновесия

(3, 7, 37)

и (3, 7, 49),

выразив

М,, М2, М,2 через и* по

 

формулам

{3, 7, 39). В этом случае из (3,7, 42) получим

 

 

 

УК) = УК)

- - f j j

 

(3.7.52)

 

 

 

s

 

 

13 П. М. Огибалов, М. А. Колтунов

 

V ю =

v Ю

=

т И

iv 4 m)'

йЫц’

(3,7,53)

 

v К ,, О

= Y

Я

V*«;v2<

^ ,

(3,7,54)

 

 

 

s

 

 

 

где

и и; удовлетворяют уравнениям

вида

(3, 7, 40), т. е.

 

 

 

V2( V 4 ) = ^ - .

 

 

(3,7,55)

 

 

V2(V20

=

 

 

(3,7,56)

Здесь уместно отметить два обстоятельства, которые позже нами будут использованы.

Во-первых, если приближенные решения и т и и т найдены методом Ритца, т. е. из. условия минимума потенциальной энергии П(м) и П(и')

(формула (3, 7, 32)), то выражение для Ьпт в (3, 7, 47) упрощается:

Ьпт=

 

q 'w A M

+ Y V

 

(3,7,57)

Во-вторых, если в качестве

«*t и u'm

взяты функции

Um = Wm - Wn>

иГт=

rsf'т— w п’,

 

(3,7,58)

причем

 

 

 

 

 

 

 

V

m

D

 

V4- m = - f .

 

(3,7,59)

то получим

 

 

 

 

 

 

 

v 2 ( v 4 )

=

v 4<

vX = - i ^ 2 - =

Р

,

п

D

D

 

 

 

 

v

(3,7,60)

 

 

 

v 4 =

= Р'

v 2 ( v 20 = v 4<

 

 

 

 

у

П

D

D

 

и, следовательно, функции

и'т , иV,

определенные из

(3, 7, 58), будут

удовлетворять уравнениям (3, 7, 55) и (3, 7, 56) соответственно. Воспользовавшись соображениями, отмеченными выше, внеся

(3, 7, 58) в (3, 7, 52) —(3, 7, 53), а затем в (3, 7, 48), после некоторых преобразований найдем

6 = у П Э К

) +

! / « ) ] [5 К )

+ У« ) ] ,

(3,7,61)

^лт =

— (^п "1~ Ьт),

 

 

где 3(а»)— потенциальная

энергия; V (w )— дополнительная

работа;

Ь„, Ьт — коэффициенты при X в первой степени в выражениях для

9(w n+ Xwn) и V (w^ + А,оЛ)

соответственно.

Использование

оценки

(3, 7, 48) вместо (3, 7, 61)

приводит, вообще

говоря, к уменьшению

вычислительной работы, ибо при использовании формулы

(3, 7, 48) 6-*0

при n-^-сонезависимо от значения /п.

 

 

положим в (3, 7, 56)

Совершенно аналогично,

если, в частности,

 

 

 

— All,,,

М1п,

Mini — Л12т

А12п,

(3,7,62)

 

 

 

^12т = М*2т —М12л,

 

 

 

 

 

 

где

Alim,

Л12т, А4*2т — допустимые функции, удовлетворяющие урав­

нению равновесия

(3, 7, 37):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

^

т

3*М

 

(3,7,63)

 

 

 

 

 

 

Э]2 =

— <7.

 

 

 

 

 

 

 

а А1,,„ М2я, Mi2n — моменты,

соответствующие прогибу

пластинки w,„

возникающему под действием нагрузки qn, то из

(3, 7, 36) и (3, 7, 48)

с учетом (3, 7, 32)

и (3, 7, 33)

после некоторых преобразований найдем

 

 

б =

- J \/[Э ю

+

Г (

О ]

К ) + Г (crm)j.

(3,7,64)

Здесь crm

означает совокупность функций

Mim,

М ™,

Mi2m, (Тт— со­

вокупность функций Mim, M2m, M12m>

которые удовлетворяют уравне­

ниям

(3, 7, 37) и (3, 7, 64), где g заменено на q'

 

 

И в этом случае использование оценки

(3, 7, 48) приводит, вообще

говоря, к уменьшению объема вычислительной работы по сравнению с оценкой (3, 7, 64).

Положим, что допустимые функции в рассматриваемых вариацион­

ных задачах взяты в виде

 

 

 

 

 

 

wn= Ojcp! -f

+ а„ф„,

w’n= Ctjtpx +

+ <ур„,

(3,7,65)

W'm= Фо + РхФх +

+ РтФт>

“£ = Фо + Р№ +

+ РЖ »

(3-7-66)

где ап> а

ip^, р* — подлежащие определению постоянные, фь — допус­

тимые функции, удовлетворяющие

на

контуре граничным условиям

(3, 7, 29);

ф/i — допустимые функции,

удовлетворяющие однородному

уравнению

(3, 7, 28); ф0, фо — частные решения неоднородных уравне­

ний (3, 7, 28) и (3, 7, 30) соответственно. Пусть уравнения, полученные

из условия минимума Э(ш), 9(w '),

V*(w),

V*(w'), будут

 

 

fc= iaifiik — di,

 

akc ik

- dk<

 

(3,7,67)

k=\

 

 

,,

 

m

= di

v

m

p ; c *a.At=,

(3,7,68)

P

k=\

 

A=1

 

 

 

 

где

 

 

 

 

 

 

 

c ik = D |

j

 

di

=

j^“J Ыц’

 

(3,7,69)

 

d i =

jq'<f>iCfcdr\;j

 

 

 

 

С'к =£> [

Г

d] =

Г

| + С0;

 

 

' s

 

 

s

 

 

(3,7,70)

 

d 7

= j j

q 'tyid ld x] +

Со,

 

 

 

 

 

n

 

m

 

 

 

(3,7,71)

 

bn = Y t

abdk'

b'n = Z

 

M* + d0.

 

 

*=1

 

k=\

 

 

 

причем C0 и Со'

вычисляются

по формуле

(3, 7, 70)

с подстановкой

вместо ф функций ф0 и фо

соответственно.

 

 

 

 

После некоторых преобразований получим

 

 

5 W = ~ T S a A ’ Г Ю = -

+

(3,7,72)

 

 

 

А = 1

 

 

k = \

 

 

 

п

 

 

 

m

 

 

э w =

- \ S

a'k-dk’

г к , 1) =

■ y ^ P A

+ ft',

(3,7,73)

 

k=\

 

 

 

 

 

где h = V" (ф0), h' = V*(^); ^ — коэффициент при А, в первой степени в выражении. V (ф„ + Ц ’о)-

Положим теперь, что q' — сосредоточенная в точке (£, л) единичная

сила, нормальная к пластинке.

В этом случае

можно показать, что

bn = b*m = a>„(£, т]) + w*m (£> Л);

иначе

говоря,

за приближенное

значе­

ние до(£, г]) надо взять функцию

 

 

 

 

-^-[®я(1. Л)+

<,(&. Л)1-

 

В качестве иллюстрации построения верхней и нижней границ для прогиба

в каж ­

дой точке пластинки рассмотрим задачу об изгибе защемленной по контуру квадратной

пластинки со стороной а =

2

под действием равномерной нагрузки q

(начало координат

взято в центре пластинки).

 

нагрузка, состоящая из четырех сосредоточенных в точках

Пусть ^ — нормальная

(I, и). (I. —л). (—5. л).

(—1. —Л)

сил

величиной Ча-

 

В силу симметрии имеем

 

 

 

 

 

®(1. Л) =

| |

Q'w(x, y)dxdy.

(3,7,74)

Положим в (3, 7, 65)

 

 

 

 

 

Ф1 = (*а -

1)2 О/2 -

1)а.

ф2 = (*2 -

1)а (Уа -

1)а *2;

з

7 75.

 

фз =

(*2 — I)2 («/* — 1)2 </2,

 

 

 

 

(

Иначе говоря, в качестве допустимых функций в (3, 7, 65)

вследствие симметрии

задачи берем функции вида

2— 1 )2(у2—1 )2х2пу2в. Указанные

функции

удовлетворяют

граничным условиям (3, 7, 29) и (3, 7, 31). Далее положим в

(3 , 7 , 66)

 

 

nk

(

nk

f

nk

,

nk

 

nk

\

 

 

= cos —

* ( sh —

ch —

у — у ch —

sh —

у J 4

 

 

nk

(

nk

 

nk

.

nk

 

nk

\

 

 

♦ cos —

i/^sh —

ch —

x — x c h —

s h —

x j,

 

 

4> =

Я

(x2 - l) fo * - l) .

 

8D

 

За функцию ф0

примем прогиб квадратной пластинки,

опертой по контуру

под

дей-

 

 

 

 

,

,

^

 

 

,

q'

 

ствием нормальной нагрузки q', т. е. ф 0 = 0,

V2^o =

на К0НТУРе / и V4^ o =

 

 

Такой выбор функции ф0

упрощает вычисление

d* и d*

по формулам

(3, 7, 70).

Функции фл удовлетворяют однородному равнению

у 4иу = 0 и выбраны так,

чтобы они

были равны нулю на контуре

= 0

на /),

что сильно упрощает вычисление коэффи­

циентов Сц

по

формулам (3, 7, 71). Ограничиваясь-в

каждой

сумме (3, 7, 65) и

(3, 7,

66) первым

членом и составляя

уравнения

(3, 7, 67)

и (3, 7, 68), пользуясь

при

этом

формулами

(3, 7, 69) и (3, 7, 70), найдем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

256а

256

_q_

256

°1 = < P i(£ .4).

(3,7,77)

 

 

1225 °1—

225

D ’

1225

 

 

 

 

 

 

892,248(1 = 2 0 , 4 1 3 4 ,

898,248p'x =

(1, tj).

(3,7,78)

 

 

V Wo) =

( 'D )2’

V* №«) =

Y

% (5, tl).

(3,7,79)

Так как в нашем случае bn ^rb*m = wn (5» Л) 4* «£, (5, л )»то приближенное значение для прогиба пластинки в произвольной точке (£, г\) будет

\

ip n

О

= Y

[«хф! (£ , л) +

. Л) +

М т , л)].

 

(3,7,80)

и на основании

(3, 7, 74) и (3, 7, 46)

имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

< 6 ,

 

 

 

(3.7,81)

 

 

 

“>(S. ч ) — у

 

 

 

 

 

 

где 6 определяется по формуле (3, 7, 62).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для вычисления

б воспользуемся

формулами (3,

7, 72),

(3, 7, 73)

и (3, 7,

79), по­

лучим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б =

0,001414 -X-

( | , г,) -

а ; ф 1 ( 6 , ti) -

 

РЖ (1. 4)J

 

(3.7,82)

Формулы

(3, 7, 80) — (3, 7, 82)

 

дают

возможность

найти приближенное

значение

для прогиба пластинки в произвольной точке

(5 , 14) и оценить погрешность.

 

В центре

пластинки

(5=0,

г| = 0) получим из (3, 7,

80) — (3,

7,

82)

 

 

 

 

w (0 , 0) • ■0,0208 —

< 0 ,0 0 0 9 — .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

D

 

 

D

 

 

 

 

Если удержать в (3, 7, 65) три

члена,

а в

 

(3,

7, 66)

по-прежнему

ограничиться одним

членом, то получим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18

« 1

18

 

а2 ф

 

18

а3

7

 

 

Я .

 

 

 

 

 

7

77

 

128

'

D *

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

77

 

 

 

 

 

 

18

 

18

 

 

 

 

18

 

q

 

 

ч

 

 

 

 

 

7

а \

----- 1

а2

77

0 з ~ ‘

 

ч>1 (Б, л);

 

 

 

 

 

77

 

 

 

 

 

 

 

18

 

502

 

 

 

2

 

1

 

 

я .

 

 

 

 

 

77

<*i

1001

 

а 2 Ф-

77 • а3 =

124 '

D

 

 

 

 

 

18

 

502

 

 

а2 4 "

2

а3 =

у

Ф»(1 . ч)

 

 

 

 

 

----- (

 

10 0 1

 

77

 

 

 

 

 

77

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18

 

 

 

 

2

 

 

 

502

 

 

1

 

 

Я .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

77 " a i

Ф

 

 

° 2 ^

1001 - а * -

124

 

£)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 8 .

 

 

 

2

 

,

 

502

-

 

Я

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

77

 

 

 

 

?7

а24 - 1001

а 3

 

D

 

(Е .л ).

 

 

 

 

О ткуда найдем для центра пластины

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а х =

0,20202;

 

а а =

 

а 3 =

0,005858;

aj =

 

0,020330;

 

 

(3 ,7 ,8 3 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а'2 =

а'3 =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

— 0 ,0 0 9 0 1 0 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

w (0 , 0)■

•0 ,0 2 0 3 0

 

< 0 , 0 0 0 2 3 - ^ - ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т. е. б составляет около

1,2%

 

от значения прогиба в центре пластины.

 

 

 

 

 

Д ади м

другое

реш ение

рассмотренной

задачи

для

квадратной

пластины,

осно­

ванное

на

непосредственном

 

применении оценки (3,

7, 46) — (3,

7, 47)

и

использовании

условия

равновесия (3, 7, 37)

 

в интегральном смысле.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

И з

приведенного

ниж е

реш ения

б удет

такж е

выяснено, что

произвольны е постоян­

ные,

входящ ие в (3,

 

7,

 

65),

 

целесообразно

определить не

м етодом Ритца — Галеркина,

как в приведенном выше реш ении той

ж е

задачи,

а

из условия минимума

оценки по­

греш ности

(3, 7, 78).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а —2

 

П олож им , чтр

защ ем ленная

по

контуру

квадратная

пластина

со

стороной

, находится под действием равномерной нагрузки q, и определим

прогиб w в центре пла­

стины

(лг=0, у = 0 ). Ограничимся,

как

и выше,

в

(3, 7, 65) тремя

функциями

вида

(3, 7,

75)

(функции

(3, 7,

66)

 

и

(3,

7, 76)

нам теперь

не

п он адобятся). Учитывая

симметрию

задачи

и принимая во внимание, что

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с&2.— а3, &2— О3,

 

 

 

 

 

 

 

 

получим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Wn =

(*2 —I)2 (у2 — I)2 [« 1 +

02 2 +

уг) \ )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

wn =

(х2 —

I)2 (у2 — I)2 [aj 4 - а2 (х2 4

 

у2)} }

 

 

(3 >7 . 84)

П одставляя

(3, 7, 84)в (3,

7,

44)

(3, 7, 45 ), найдем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v 4«

=

 

- J

-

 

-

V*Wn =

-

V4 {(х2 -

I)2 (г/2 -

1)2 к

 

4

а 2 (X2 4

1/2) ] } ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3 ,7 ,8 5 )

 

 

 

V4“ ' =

р' =

q'

y*wn =

q’ — V4 {(х2 —

I)2 (у2 — l) 2 [a', 4

a2 (x2 4

i/2) ] } ,

 

где

cf — как

и

выше

в

 

(3, 7,

74) — нормальная

нагрузка,

состоящ ая

из

четырех

соср е­

доточенны х

в

точках

(£,

г |),

 

(— | ,

г]),

 

( |, — rj),

(— £,

— т]) сил

величиной

XU -

 

 

 

Так

как

мы ищем

 

значение

прогиба

в

центре

пластины, то полож им

£-*-0,

т]-»-0.

 

Д а л ее полож им

 

в

(3, 7, 49)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

м\т = о.

М 2т=

о .

 

 

 

 

 

 

 

 

При

£-*0. т]->0 найдем

 

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

х у

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2УИ12ш =

 

у

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 *w'ndxdy.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

]

j

(Р' —

v 4“0

dxdy =

ч' (X , у) —

j

j

 

(3 ,7 ,8 6 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0

 

 

 

 

 

 

Н етрудно

показать, что функция

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

х

 

у

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q ( x , y ) =

\im j*

 

j*p'dxdy

при £-»0,

 

т]-»0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

равна

l /«

в

квадратах

 

(O sg x sS I,

 

0 г £ « /< 1 )

и

(— 1 < х < 0 ,

К

у < 0 )

и

равна

— Ча в

остальных двух

квадратах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аналогичным образом, полагая М12=О, М9ТП=0, получим

из (3,

7 , 49),

заменяя

р' на р, где р определяется по

(3, 7, 85),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2Мл

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3,7,87)

 

 

 

 

 

 

о

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Далее, на основании (3, 7, 36), учитывая, что при рассматриваемых граничных

условиях на контуре пластинки можно положить коэффициент

Пуассона v = 0,

получим

следующее выражение для v(o m) и о(а^),

 

входящих *в

(3, 7,

48):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V( а т ) =

+1

+1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 j

j

МЛ2тШ У

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+i +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3.7,88)

 

 

 

 

 

 

 

 

M\7mdx<ly

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

—1—1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где Mi2m и M'i2m определяются no

(3, 7, 86) и (3, 7, 87)

соответственно.

 

 

 

ai,

a2,

 

Подставляя (3,

7, 86) и

 

(3,

7,

87)

в (3,

7, 88),

определим коэффициенты

ctj,

a2

из условия

минимума

оценки

погрешности

б,

которая

определяете^ по

(3,

7,

48). Это условие эквивалентно уравнениям

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dv(Om) _ 0

 

30 Ю

_ Q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а«1

 

 

 

 

эа;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^а2

= 0 .

 

 

да.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

или в развернутом виде

 

 

 

1664

 

 

 

 

 

 

_9_

 

 

 

 

 

 

 

 

^11а1 + &12<*2 =

Сх =

 

 

 

 

 

 

»

 

 

 

 

 

 

 

4725

;

&nai -¥ Ь12а2 с2 — ^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

40

 

 

 

 

 

 

 

 

b*Lai 4" б22а2 = с2 =

1664

^2iai +

Ь22а2 =

61

 

,

 

 

 

 

 

 

^ 5

 

^

 

 

 

 

 

где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

бц =

— х 6144 X 2512,

 

Ь21 =

Ь12 =

х 6144 х 25342,

 

 

 

 

 

 

 

а

 

 

 

 

 

 

 

 

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

& И = —

 

х 6144 X 44220,

d == 11025 X 1287,

 

 

 

 

 

 

откуда

найдем

(X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<ц =

0,020122;

 

aj =0,019894

)

 

 

 

 

(3,7,89)

 

 

 

a2=

 

0,006164;

 

a2 =

— 0,005132

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подставляя эти значения для

cti,

a2, a lf

a2 в

(3,

7, 88)

и далее

в

(3,

7, 45) —

(3,

7,

48), получим:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

w (0 , 0) — 0,02028

 

 

< 6 =

0,00063-^-.

 

 

 

 

 

 

 

Найденная погрешность б составляет около 3% от точного значения прогиба пла­

стинки

в точке А'=0, у = 0 (центр

пластинки). Мы видим также, что

полученные

значе­

ния

(3, 7, 89) для коэффициентов а ь а2, а р

а 2 отличаются от найденных выше значений

(3,

7,

83) методом

Ритца—Галеркина,

являясь более

точными, поскольку

оценка

по­

грешности б при этом меньше.

Путем аналогичных рассуждений можно построить двустороннее приближение и для других величин, например моментов или напряжений.

§ 8. МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ТЕРМОУСТОЙЧИВОСТИ ОБОЛОЧЕК

Для решения задач термоустойчивости применяются вариационные методы и другие. Здесь покажем некоторые подходы к решению таких задач.

1. Уравнения термоустойчивости

В § 15 гл. 2 были построены уравнения (2, 15, 19) и (2, 15, 21) термоустойчивости гибких пологих ортотропных оболочек. Решение этой системы уравнений связано со значительными математическими труд­ ностями. Поэтому для решения конкретных задач используют упрощен­ ные варианты уравнений, которые могут быть получены из рассмотре­ ния момента наступления неединственного решения задачи или из энер­ гетического критерия потери устойчивости К

Рассмотрим получение уравнений первым путем. Момент наступ­ ления критического состояния характеризуется тем, что два близких со­ седних положения равновесия будут отличаться бесконечно мало. Обо­ значим через и ф° прогиб и функцию напряжений первого состояния.

Функции, соответствующие второму

состоянию, близкому

к первому,

будут

 

 

w = w° + ewl,

ф =ф° + еср1,

(3,8,1)

где w1 и ф1 есть дополнительные значения функций, появляющиеся в ре­ зультате перехода ко второму выпученному состоянию; е — бесконечно малая величина. Значок «0» относится к первому состоянию, предшест­ вующему потере устойчивости.

Уравнения (2, 15, 18) и (2, 15, 21) справедливы как для первого, так и для второго состояний и соответственно имеют вид

L1V(w°) + 2L " (ш°) + L" (w0) = 21 (cp°) +

L (<p°, w°) +

Flt

g ^

LIV (cpo) + 2L " (q>°) + L" (<po) =

L (wo) -

F2;

 

 

LIV (w° + еш1) + 2L"' (w° + еш1) +

L" (ш° +

еш1) =

 

 

= 2L (q>° + еф1) + L (ф° + еф1, ш° +

еш1) -j- Flt

(3,8,3)

L1V(ф° -j- еф1) + 21/"(ф° + еф1) -f- L" (ф° + еф1) = L (ш° + еш1) — F2,

 

где операторы L даны в § 15 гл. 2.

 

уравнения

первого

со­

Вычитая из уравнений второго состояния

стояния и проводя линеаризацию, т. е. пренебрегая членами, содержа­ щими е2, получим следующую систему уравнений:

Liy (ш1) + 2L " (ш1) + L" (ш1) =

2L (ф1) +

L (ф1, ш1) + Ь{ф®, ш1),

(3,8,4)

L1V(ф1) + 2L" (ф1) +

L" (ф1) =

- L , (ш1) -

Lt (ш», ш1),

(3,8,5)

где

 

 

 

aV

a y

 

 

 

 

 

 

м л - с,

 

 

1 3

dadf?

+ Сци дад$

+

1

a y

|_

1

a y

 

 

+ ■2RX

ар!

 

2R2

да2

 

 

1 Здесь излагаются результаты исследований А. Н. Кудинова [160].