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

книги / Периодические кусочно-однородные упругие структуры

..pdf
Скачиваний:
2
Добавлен:
12.11.2023
Размер:
13.7 Mб
Скачать

« ' M - ' - r r v

 

 

 

(6.9)

 

 

— ^

CCih+2

tfh+ipUh+i) (z)

 

 

(4Л + 1)!

*

 

 

h=0

 

 

 

 

 

 

 

На рис. 2.6.2 представлены эпюры окружного изгибающего

момента М0 в точке В

для различных случаевнагружения

ре­

шетки.

 

 

 

 

 

 

5. Чистый изгиб гексагональной решетки со впаянными в

отверстия

абсолютно

жесткими шайбами.

Средние

моменты

<Л/п> = {МцУ = iZ>, <ЛГi2> = 0. Решение определяется

формула­

ми (6.4).

 

 

 

 

 

 

6. Кручение гексагональной решетки. В отверстия впаяны

жесткие

шайбы, (M\i> *= — <#22) =&>. Решение определено

ря­

дами (6.6 ).

 

 

 

 

 

7. Чистый изгиб квадратной решетки со впаянными в отвер­ стия абсолютно жесткими шайбами. Средние моменты <Мц> — = <#22> = -3 )л ШмУ = 0 , решение определено рядами (6.7).

8. Кручение квадратной решетки со впаянными в отверстия жесткими шайбами, средние моменты <ЛГп> = — 22> — &>* <М\2> = 0. Решение в этом случае определяется формулами (6.9).

§ 7. Изгиб решетки с инородными упругими включениями

Рассмотрим симметричную относительно осей координат Х2 решетку со впаянными в отверстия одинаковыми круговыми

шайбами из другого материала. Будем считать, что в пределах каждой ячейки имеется лишь одно включение радиусом К, в ре­ шетке действуют средние моменты <Мц> и <Л4г2>, a <Mi2> = 0.

Поместим начало координат в центре включения Si, комп­

лексные потенциалы в

Si представим в виде

 

Фх(г) =

2 « л Л 'M z) = 2 W 2ft.

(7.1)

Предполагая, что на контуре включения Si имеет место раз­ ложение

и применяя процедуру § 8 гл. 1, приходим к бесконечной ли­ нейной системе относительно коэффициентов .А2а

^ 2j +2 = 2 S j f i A + Tj (; = 0, 1, . ..)•

(7.3)

k=a

 

®Э. И. Григолгак, Л. А. Фильштипский

где

З м - ( 2; ' + 1) ^ +2,,+!, Т , - ^

 

 

^ “ Т Т т Д т м + ^ ^ л + ^м ).

 

йм - ^ ^ Х Ч , ( р , Л )

О Д - 1, 2, . . . ) .

 

 

 

 

 

 

(А — 1, 2, .. .)•

 

^ .о -| й | А ';^ (| )Д .)

0 -

1. 2, ...),

 

<20.« =

А2 (л:;)* Л (Р, А),

 

 

 

 

 

 

 

 

(” -

1)/я,

 

2

 

 

 

 

 

i + (

 

 

 

 

 

Г

P v

 

2® ( l - v )

4

/,Э (1 +

м)

№’

У - W +

 

 

 

 

 

 

Ч (/ - 1. 2. - ..).

Т), (|3,

К) =

(1 + ^р)<— 1 — ("! — !) Р)

1 + (» - 1 ) K'jX2+

0,5Р (KjL -

1)(1 - 2%%)'

 

 

 

 

Величины

yiih

 

определены

в (1.6.14),

где

необходимо поло­

жить е = 1

и

заменить ICt на

К\(i =

О, 1, 2).

Для вычисления

y*,k необходимо в выражениях для

 

из

(1.6.14) положить е —

=—п и заменить К< на К\. Комплексные потенциалы решетки

ивключения восстанавливаются по величинам Ачк таким же об­ разом, как и в § 8 гл. 1.

§ 8. Поперечный изгиб перекрытия, опирающегося па двоякопериодпческую систему колопи

Рассмотрим безбалочное перекрытие типа плиты, опирающей­ ся па двоякопериодическую систему опор кругового поперечного сечения. Будем считать, что плита нагружена равномерным по­ перечным давлением интенсивностью q и центры опор образуют симметричную относительно координатных осей xit хч решетку

(©! = 2,

Im 2 > 0). Начало координат поместим в центре одном

из опор.

 

Уравнение изгиба , плиты имеет вид (2.1). Соответственно оп­ ределяются кинематические и статические величины в пластине г

w (xv х2) =

^

zV- +

^ R e {йф (z) + х (z)},

d,w - icU' =

^

zi2 + |? {фф + гФ (z) + ф (*)},

Л/,, +

M22 =

- 9 (1 + v)

+ 8ReO (*)},

M 22 - M 31 +

2Ш 12 -

^ (1 -

v) { £

+ 4гФ' (z) + W (z)},

где

 

 

 

 

4r(z)= x', (z),

0(z) = <p'(z), i|)(z)=x, (z),

 

z = 2 i + ix2,

z = 2 i —1x2.

Очевидно, задача сводится к отысканию аналитических в об­ ласти 2 , занятой плитой, функций <p(z) и x(z)> обеспечивающих двоякопериодический характер функции прогиба w (x 1, х2) и выполнепие заданных условий опирания плиты.

Ниже будем считать, что плита жестко заделана на круговых опорах радиусом Я.

Положим

ш(*1, я2) =

и>о (*i. *2)4- u?i (ari, 22),

(8.2)'

где

 

 

*0i (*и * 2) = i

Re {*<Pi (г) + X! (*)).

 

wo (хи хг) = TggT + % Re (Z(Po (z) + Xo (z)}-

Функцию wo(x\, x2) можно рассматривать как некоторое ча­ стное решение уравнения (2.1), им (21, х2) — общее решение это­ го уравнения.

Аналитические в 2 функции <po(z), Xo(z)', <pi(z)', xi(z)' пред­ ставим следующим образом:

 

<ро (z) = Aiz 4- A2Z3 + Aot (z)

otaX*g-(*)',

 

 

Xo (z) =

Bo 4- B iz2+ B&* -

A oh (z) - p2X*v (z)4-

 

(*)',

(8.3);

 

 

q>i (z) =i CCaft+2

X2lt+2ga<2ft—X) {z)

 

 

 

 

 

[2* +

1)1 ‘

 

 

 

Xi (z) =

2 Paft+a

j^2ft+2jp(aft

2)

у

Х«+»р(як-1)

 

(2 A +

1)4

^ a 2 h + 2

(2* +

1)1

 

 

h=l

 

 

 

 

 

 

 

83

Здесь функции %{z), v(z), |(z),l?(ft)(z) определены в прило­

жении 1, функции £i(z), £ i(z),8*x -(z)— в приложении 2,

кон­

станты Ai, В {, ос(, подлежат определению.

 

Функция wi (хи хг) имеет двоякопериодическпи характер, рас­

порядимся теперь произволом в определении q>o(z), %o(z)

таким

образом, чтобы этим свойством обладала и функция wo(xi, х2). Составляя приращения то при переходе от точки z к конгру­

энтной

точке

z + ©р (р — 1, 2)

и используя при этом соотно­

шения

(8.2),

(П.1.5),

(П.1.17),

(П.1.19),

(П.1.16),

(П.2.28) и

ж (П.2.31), приходим к следующим уравнениям:

 

 

 

 

96Лг©[ +

16i4o6i +

©| = 0 ,

96^2©2 + 16 Л 0б2 +

© 2 = 0;

(8.4)

6Л2©1 + 24B2©I + ilolf1•= 0,

6Л2©2 +

24Z?2©2+ Аоу2 — 0;

(8.5)

 

РгЯ-2б1+ 05гЯ-2('У1 + 6|)— 2Л]©1 — 2В\(й\ =

A QL\ (©),

 

тде

РгЯ,2б2 + a& ?(i2 + 62) — 2Ai©2 — 25i© 2 =

АоЬ2((й),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L \(©) = Ii — У**

+ - i (fii© ^ — 6^ 1 — у,©?),

 

 

■^2 (©) == f2 — V2

— Jli©2 + -g (62©a©2 — 62©2 — Уг^г)*

 

Решение системы

(8.4)

дает

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A° =

-

l k

Л з = ^

( п

® а ~ 1 ).

F =

1 т «V

(8.7)

Система

(8.5)

вырождается

в одно уравнение. Это следует

из (П.2.11). Умножив первое уравнение (8.5) на

©2, а второе —

на ©I,

и вычтя

из

второго

результата

первый,

получим

 

 

 

 

 

 

 

5 2 = ^ ( У 2®1-71®2)-

 

 

 

 

(8-8)

Наконец,

из

уравнения

(8.6)

находим

связь

между А х, В\

и <Х2, Рг:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2At =

б! +

e2r

f + езРаЯ.2,

2ВХ= е4 +

е5а 2Ь2 +

е6р2Я2,

(8.9)

где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

© А (®) -

©,£, (а)

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

------------

 

 

 

gJF -----------

 

А0,

e2 = j r (6j Im ©2 — я),

 

 

 

 

 

4

- Г '

е, = ------------

 

Щ

- *

------

 

 

 

 

 

 

6s “

7

+

у (Vi — 6J Im m„

е, — 0,5e,.

 

 

Таким образом, представления (8.2), (8.3) с учетом формул

(8.7), (8.8) и (8.9) обеспечивают двоякопериодичность проги­ бов в плите.

84

Постоянные a 2h+2, £2/1+2 определяются из краевого условия жесткого защемления на контуре опоры

g + Ф (t) + W ) - {«*' If) + Т (0> - о,

(8.10)

где t = Хе'в, К — радиус опорного контура.

Подставляя сюда разложения всех входящих функций в ря­ ды Лорана, приходим, как и ранее, к бесконечной системе линей­ ных алгебраических уравнений

 

 

 

«aj+2 =

 

Oj,fta2h+a +

b}

(j = 0, 1, ...),

 

(8.11)

 

 

 

 

 

 

a u = ( 2/ + 1)чмР +2*+2,

 

 

 

 

 

 

T... -

«... + 4

s ,v

+ % ^±| (2i +

1)

 

 

 

 

(2/ + 2M - 2)!e<«

 

 

,

(2/ +

2ft +

 

 

 

 

 

 

____ —

'

*ая-ам-з

 

w

-r ^

-r 4)Igaj+aft+^|tf2j+afc+4A~

 

 

 

(2/ + l-)l(2ft +

l)|23j+2h+a

 

(2/ -j- 2)!(2ft - f 2)|2^+2fc+*

"**

 

 

+ У .

 

 

 

 

+ 2* + O l l w w t W » ^ * * 1

.

 

 

 

i-o

(2/ + 1)1(2ft - f l)|(2i +

l)!(2i)!22,+2h+4i+*

 

f0,o =

e6 +

^ ~ ^

 

 

*°-fc

^

J

J

g

22h+2

(* =

!. 2,

...),

 

 

 

1 -

 

 

 

 

 

 

A, e3) 2^+2

 

 

 

* _ e v2

22>+2'H-4 ’

 

*o *

+

e4 + евЯ,2-^—

^

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

з

u 0

 

 

 

 

 

 

 

 

^ " A *J+

2 +

(2/ +

1 ) £ 2 i ± a ( v ~

4 )

ft«+2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

у

(_2/ + 2ft+ 3)lga.+alt^ + g ft+ «

f

 

 

 

 

 

 

 

fcSj

 

(2/)!(2ft+ 3)!22>+SA+4

^ ~ 2ft-2,

Л

=

Л

(1 — 2 In Я.) __ Я,3

A2 =

ЗЛ3Я3,

Л12 = _

34^2j

 

 

 

 

 

 

 

32*

 

 

 

 

 

 

 

 

A L aft—2

 

ftft+2* * * ^

л °’

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T iT + ijl2^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2ft+ l

Я2А+3

 

\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2ft-f 2 *2aA+2 ^2ft+aJ A0'

 

 

Постоянные Ргл+2 определяются формулами

= -— ^2— ( еА— А0 +

s2a Л 2 + 2 2 -

l i T T

1 ~ Л ез \

Л=1

 

(8.12)

РгН-4 = (2/ + 3) а г;+2 +

Йо (2/ + 2)1(2* + 1)!2«+»*+*

Примеры. Рассмотрим поперечный изгиб плиты, защемленной на круговых опорах, центры которых образуют гексагональную систему (CDI = 2, 0)2 = 2 ехр(ш/3)).

В этом случае

 

1/ 3, , х

е,

 

 

= f e A W .

 

 

л , =

в . = 0

(8.13>

■ Ч -

А

2 У 3’

U’

Л° ~ - 8Г -

Представления искомых функций имеют вид

(pcj(z) = 4iz + M ( z ), Хо(2) = 5о -Л о | 1( г ) - р 2ЯЧ-(г), (8.14)

 

 

2

а ег.

Xefcjp(6fe-3> (2)

 

<Pi(«)

(6Л - 1)!

 

 

 

ft- 1

 

 

 

 

 

 

 

V Q

^вЛ+2р(вА-2) (z)

^Cftjp(0li-3 У ф

Х г (Ф =2d Peh+2

 

(6* +

1)!

2d

(6/е — 1)! •

Постоянная Во в выражении для xo(z) определяется из усло­ вия равенства нулю прогиба на опоре. Коэффициенты, входящие-

в(8.14), содержатся в табл. 2.8.1.

Та б л и ц а 2.8.1. Значения коэффициентов для гексагональной решетки

Я

0

,2

.0

,4

0 ,6

0 ,8

0 ,9

« в

- 0 ,0 0 0 0 3

- 0,0 0 0 3 7

- 0,0 0 1 1 6

- 0 ,0 0 1 4 8

- 0 ,0 0 1 1 9

®12

0 ,0 0 0 0 0

0

,0 0 0 0 0

0 ,0 0 0 0 0

0 ,0 0 0 0 0

0 ,0 0 0 1 4

Р2

0 ,2 0 2 8 8

0 ,1 2 1 3 4

0 ,0 8 0 3 2

0 ,0 5 5 1 4

0 ,0 4 5 8 2

Рв

- 0,0 0 0 2 3

0,0 0 2 6 2

0 ,0 0 8 0 7

- 0 ,0 1 0 1 7

0 ,0 0 7 9 6

Рм

0,0 0 0 0 0

0 ,0 0 0 0 0

0 ,0 0 0 0 2

0 ,0 0 1 0 1

0,0 0 1 3 1

* 0

- 0 ,01848

- 0,03281

0 ,0 4 0 6 2

- 0 ,0 4 4 4 0

- 0 ,0 4 5 2 9

А г

- 0,04456

0,0 3 9 4 3

- 0 ,0 3 5 1 2

- 0 ,0 3 2 2 3

- 0 ,0 3 1 4 1

На рис. 2.8.1 дапа кривая величины W = (2л) *3)wAf (да*) (шЛ — прогиб в точке А , 3) — цилиндрическая жесткость, o)i = а )

в функции

параметра

X = bfa

(Ь — диаметр опоры).

 

На

рпс. 2.8.2

приведены

величины тп = A M iJ(qa2) и т22 =

= m tJ iq u ? ) {М и

и М

изгибающие

моменты в

точке А)

в функции от X =

Ь/а.

 

 

 

 

 

 

В

табл.

2 .8.1

все

величипы

соответствуют

«нормированной»

решетке с периодами

© i= 2, ©2 = 2 exp(m/3)

и радиусом опоры

Т а б л и и а

2.8.2.

Значспня коэффициентов для тетрагональной решетки

X

 

0,2

 

0,4

 

0,6

0,8

0,9

« 4

—0,00174

-0,00531

 

—0,00753

-0,00632

-0 ,00516

 

0,00000

 

0,00001

 

0,00005

0,00083

0,00154

a 12

-0 ,0 0 0 0 0

— 0,00000

 

—0,00000

0,00010

0,00012

P*

 

0,24644

 

0,15107

 

0,10244

0,07198

0,06087

-0 ,0 0 8 7 0

—0,02644

 

-0,03720

-0,03058

-0 ,02313

P10

 

0,0000

 

0,00008

0,00043

0,00742

0,01487

Pl4

-0 ,0 0 0 0 0

-0,00000

 

0,00006

0,00130

0,00194

X. На рис. 2.8.1, 2.8.2 графики соответствуют решетке с произ­ вольными периодами ©i = a, 0)2 = а ехр (ш/З) и диаметром опоры b = аХ. Между прогибами нормированной п заданной решеток ю а и XV имеет место зависимость w = iv„(a/2)4.

В качестве второго примера рассмотрим изгиб плиты, защем­ ленной па системе круговых опор, центры которых образуют

квадратную решетку

(©1= 2, ©2 = 2i).

 

 

 

Здесь

 

 

 

 

 

7,

 

 

 

= 0,

В 2

 

 

 

= 192л’

 

 

= 0,

А0

1

 

(8.15)

 

 

*

"

 

 

 

 

 

 

— &

Представления искомых функций таковы:

 

 

 

<Pd(z) =

.4iz + Л0|(2),

(8.16)

3W(*) -

в о +

- ilo5i-(*) “

 

H 2v(*).

Ф1 (*) « 2

yih^Hh-9) (2)

 

(fik -

1)!

 

 

 

 

л=х

 

 

 

 

 

 

 

 

Xl (Z) = 2 P«fc+2

^ft+2jp(4A-2) (z)

^

 

X4fcj.C*k-«) (z)

(4A +

1)!-

JL® **

(■**— 4)! *

A=1

 

87

Рис. 2.8.1. Зависимость относительно­

Рис. 2.8.2.

Кривые

относительных

го прогиба W в точке А от % в гек­

изгибающих момептов в точке А при

сагональной решетке, жестко защем­

поперечном

изгибе

жестко защем­

ленной на круговых опорах

ленной на круговых опорах гексаго­

 

нальной решетки

Рис. 2.8.3. Зависимость относительно­ го прогиба W в точке А от А, при по­ перечном изгибе квадратной решетки

Рис. 2.8.4. Кривые относительных

изгибающих моментов в точке А при поперечном изгибе жестко защем­ ленной на круговых опорах квадрат­ ной решетки

Значения входящих сюда коэффициентов приведены в табл. 2.8.2. На рис. 2.8.3 и 2.8.4 даны графики изменения величин W и хпп, ТП22 соответственно.

§ 9. Поперечный изгиб тонкой плиты, опертой на двоякопериодическую систему точечных опорJ)

Изгиб равномерной нагрузкой. Если плита нагружена равно­ мерным поперечпым давлением q, то замкнутое решение этой задачи можно легко получить при помощи предельного перехода (V->-0) в соотношениях (8.9), (8.11) и (8.3).

В результате получаем

w (xv хг) =

+ ^ -R e (icPo(z) + * 0(z)},

(9.1)

где

 

 

 

<Po(z) = A\Z+ A2z3+ Ло£ (z),

 

Xo(z) = B lz2 + B 2z4- A o ti(z ),

 

i4i = 0,5ei, 5 i =

0,5e4.

 

Постоянные А о, A 2 и

B 2 определены

в (8.7)' и (8.8),

констан­

ты ei п 84 — в (8.9).

 

 

 

В силу (1.1) и (9.1) изгибающие моменты и перерезываю­

щие

усилия в окрестности опорной точки Р = топ + пш2 (т, п ~

= 0,

± 1, ...) имеют представления

M u + M ^ = ^ q P H \ z - P \ ,

(9.2)

Для правильных решеток формула (9.1) упрощается. Так,

для гексагональной решетки прогиб имеет вид

 

 

w (*„ *,) - ^

+ J f

R<> Ц,1*|> +

4

4

(S) - 4

1 , (в».

(9.3)

причем

 

 

 

 

 

 

 

 

u w « 0 ,3 6 1 - ^ г .

 

 

 

 

Для квадратной решетки

л?2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

w(xy х2) »1» 1* .

Ч. Re { 4

1г Is + B f +

4

4

(*) -

4 £ i » } .

(9-4)

прочем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 ,5 0 7 - ^ .

 

 

 

 

 

‘) Решение этой задачи в рядах было получено Л. С. Лейбепзоноы fl8], В. И. Блохом [2—4]. Замкнутое решеиие в эллиптических функциях содер­ жится в [8].

Изгиб произвольной нагрузкой. Рассмотрим теперь более об­ щую задачу о поперечном изгибе плпты, опирающейся на двояко­ периодическую систему точечных опор, под действием произ­

вольной двоякопериодической поперечной нагрузки q-(x\, Х2)

[9].

Будем предполагать, что основные периоды со i и

сог

(Im(©2/© i)>0) образуют решетку общего вида, не обязательно симметричную, начало координат совместим с одной из опор.

Возьмем в основном параллелограмме периодов произволь­ ную точку zoФ 0 и приложим в этой точке и во всех конгруэнт­ ных ей точках одинаковые сосредоточенные нормальные силы S.

Упругое равновесие системы описывается аналитическими

функциями <p(z), x(z).

Прогиб — двоякопериодическая

функция,

определяемая формулой

(1.3).

 

 

 

Решение поставленной задачи назовем Р-перподическпм фун­

даментальным решением бигармонического оператора.

 

 

■В опорных точках Р = тя©1.+тг©2 (тп, » =

0, =Ь1, ...)

возни­

кают реакции в виде сосредоточенных сил

S i = —S.

Поэтому

функции ф/(л) = Ф(г) и xY\{z) = %" (z) возьмем в виде

 

 

Ф (z) —А [V (z) — V (Z— Zo)— CUffi +

a i] ,

 

 

T - (*) = 4 R II(2 - * > ) - t r ( » ) + M * - * ) - M * ) - Pee +

W

• (9ф>

Постоянную А в (9.5) определяем из статического условия,, заключающегося в том, что главный вектор перерезывающих сил вдоль любого замкнутого контура в ячейке,' охватывающего точ­ ку го (и не содержащего опорную точку), равен —S.

■Подставляя Ф(г) из (9.5) в выражение для главного вектора (1.4), находим

А s

8nS) *

Остальные постоянные находим из условия периодичности функции прогибов. Имеем после преобразований

 

«0 = 4 '

+ ’ (61 ©2 — я) z0],

 

Ро = 4

~

& — Ti)Im “ 2) z0 — (я — бх Im ©2) z0],

 

Re a i = 4F

 

Im “ 2

п ) М

+

4 ) + n z ^ o ] ,

(9.7>

Pi = 2F [(6i Im “ 2 — ^) z~z0 +

nz\ +

(я +

(уг — б,) Im ©2) zjj],

Определив

Р-периодическое

решение

(9.5) — (9.7),

вернем­

ся к сформулированной выше задаче об изгибе плиты произ­ вольной двоякопериодпческой поперечной нагрузкой.

90