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建筑力学
1.2.2.2 2.2 变形固体
2.2 变形固体

工程上,把在外力作用下形状发生改变的物体称为变形固体。在一些力学问题的研究中,比如位移计算、强度和刚度验算等,必须考虑变形因素的影响,以便更符合工程的实际需求,这时,应将构件视为可变形的固体。在力学问题中,变形固体要满足以下基本假设。

1.完全弹性假设

弹簧在弹性范围内其受力与变形量成正比,当外力撤去时,弹簧的变形消失恢复原状,这种现象称为弹性变形。实验表明,构件在外力作用下发生变形,如图1-13中虚线所示,当外力F不大时,其变形随着外力增大而变大,随着外力的撤去而完全消失,这种现象我们认为变性固体是处于完全弹性的。但是,随着外力增大到一定值时,所引起的变形将不能完全消失。建筑力学将只研究完全弹性范围内的情形,即变性固体在外力作用下发生变形的大小与外力成正比,当外力撤去后,构件的变形会完全消失。

图1-13

2.连续均匀假设

如图1-14所示,工程上的结构构件是由很多微粒或晶体组成的,微粒或晶体间存在间隙,所以构件内部的密实度是完全不同的;同时,由于各微粒或晶体的成分有差异,所以性质也不完全相同。特别是一些物理性质,比如导热性质、热膨胀系数、弹性模量等。从宏观学角度看,固体的整体性能反映的是微粒或晶体的统计平均性质,物理性质也是极大量分子或原子的统计平均性质。因此,工程上认为变形固体是密实的、无空隙的,各部分都有相同的物理性质。

图1-14

3.各向同性假设

组成固体的微粒或晶体存在性质上的差异。从微观结构看,每个单晶体的性质具有明显的方向性,以此来研究杆件的力学性能将是十分困难的;从宏观的角度看,与杆件尺寸相比,杆件内部空隙、微粒或晶体是极其微小的,可以忽略不计。同时,我们研究的并非某个单晶体的力学性能,而是杆件受力后表现出来的整体力学性能,也就是说,研究的是数量极大、排列又极不规则的微粒或晶体统计学上的平均性质。因此,工程上认为,变形固体沿不同的方位有完全相同的物理性质。但是也有例外,比如钢丝、各种轧制的钢、胶合板、复合材料等就不具有各向同性的物理性质。

4.小变形假设

众所周知,实际上所有的结构、构件在受力后均要发生变形,但均在工程误差允许范围内,同时靠眼测或精密度不高的仪器是无法辨别的。在建筑工程中,多数情况下构件产生的变形以及由变形累加而形成的位移,比起构件本身的尺寸而言是微小的,因此在研究某些问题时可以将这些变形略去不计或作近似处理。