- •Тема 7 общие теоремы об упругих системах. Общие методы определения перемещений
- •7.1. Понятие о потенциальной энергии деформации. Закон сохранения энергии. Обобщенная сила и обобщенная координата
- •7.3. Вычисление потенциальной энергии деформации. Определение перемещений при непосредственном использовании потенциальной энергии
- •При плоском поперечном изгибе
- •7.5. Вычисление интегралов Мора по способу Симпсона
- •7.6. Матричный метод определения перемещений по способу Мора-Симпсона
- •7.7. Теоремы о взаимности работ и взаимности перемещений
- •7.8. Теорема Кастильяно. Теорема Лагранжа
- •7.10. Тесты к теме №7 “Общие теоремы об упругих системах. Общие методы определения перемещений”
- •7.9. Теорема о минимуме потенциальной энергии
7.9. Теорема о минимуме потенциальной энергии
Рассмотрим
три раза статически неопределимую
систему (Рис.7.20,а), усилия в элементах
которой определить только из уравнений
равновесия нельзя. Превратим систему
в статически определимую, удалив
соответствующее число связей. В данном
примере (Рис.7.20,б) отброшены три связи
– шарнирно подвижные опоры В, С и D.
Действие отброшенных связей заменим
соответствующими реакциями
,
которые будем рассматривать как
независимые друг от друга внешние
нагрузки.

Рис.7.20
Вычислим
с помощью метода Кастильяно перемещения
точек приложения сил
по направлению их действия:
;
;
,
где
потенциальная
энергия деформации системы.
Так как эти перемещения равны нулю, то
;
;
.
(7.49)
Уравнение
(7.49) является необходимым условием
экстремума функции
.
Легко видеть, что этот экстремум является
минимумом, так как согласно формуле
(7.46) вторые производные функции
по
равны:
;
;
.
(7.50)
Перемещения
существенно
положительные величины, а положительный
знак вторых производных свидетельствует
о том, что условия задачи (7.49) являются
условиями минимума функции
.
Таким образом, приходим к теореме о минимуме потенциальной энергии: в статически неопределимых системах лишние неизвестные усилия принимают такие значения, при которых потенциальная энергия деформации имеет наименьшее значение.
Эта теорема была установлена итальянским математиком, механиком и военным инженером Луиджи Федериго Менабреа и носит его имя. Теорема известна также как теорема о наименьшей работе, так как вместо потенциальной энергии можно говорить о численно равной ей работе внешних сил.
На основании приведенной теоремы можно заключить, что при добавлении каких-либо связей потенциальная энергия тела всегда уменьшается.
7.10. Тесты к теме №7 “Общие теоремы об упругих системах. Общие методы определения перемещений”
|
№ |
Вопрос |
Время на ответ, сек |
|
1 |
На каких двух фундаментальных принципах механики основан общий метод определения перемещений? |
20 |
|
|
1. Принцип Сен-Венана и закон Гука. |
|
|
|
2. Принцип суперпозиции и закон всемирного тяготения. |
|
|
|
3. Принцип возможных перемещений и закон сохранения энергии. |
|
|
|
4. Прицип Даламбера и третий закон Ньютона. |
|
|
2 |
Как называются группы постоянных сил и соответствующих перемещений, на которых эти силы совершают работу? |
20 |
|
|
1. Сосредоточенные силы и линейные перемещения. |
|
|
|
2. Сосредоточенные моменты и угловые перемещения. |
|
|
|
3. Крутящие моменты и углы закручивания. |
|
|
|
4. Обобщенные силы и обобщенные координаты. |
|
|
3 |
Какой вид имеет теорема о работе внешних сил (теорема Бетти)? |
30 |
|
|
1.
|
|
|
|
2.
|
|
|
|
3.
|
|
|
|
4.
|
|
|
4 |
Что из себя представляет выражение:
|
20 |
|
|
1. Работа внешних сил. |
|
|
|
2. Потенциальная энергия деформации. |
|
|
|
3. Работа внутренних сил. |
|
|
|
4. Полная работа. |
|
|
5 |
В каком случае сумма работ внешних и внутренних сил на возможных бесконечно малых перемещениях точек системы равна нулю? |
20 |
|
|
1. Если система состоит из независимых тел, свободно перемещающихся одно по отношению к другому. |
|
|
|
2. Если система находится под действием неуравновешенных сил. |
|
|
|
3. Если система тел находится в равновесии. |
|
|
|
4. Если система дел испытывает динамическое деформирование. |
|
|
6 |
Что выражает теорема Бетти? |
30 |
|
|
1. Равенство взаимных деформаций. |
|
|
|
2. Равенство взаимных напряжений. |
|
|
|
3. Равенство взаимных работ. |
|
|
|
4. Равенство взаимных перемещений. |
|
|
7 |
Что выражает теорема Максвелла? |
20 |
|
|
1. Равенство взаимных деформаций. |
|
|
|
2. Равенство взаимных напряжений. |
|
|
|
3. Равенство взаимных работ. |
|
|
|
4. Равенство взаимных перемещений. |
|
|
8 |
Какой из общих методов определения перемещений при плоском изгибе представлен формулой:
|
20 |
|
|
1. Метод Максвелла. |
|
|
|
2. Метод Лагранжа. |
|
|
|
3. Метод Кастильяно. |
|
|
|
4. Метод Мора. |
|
|
9 |
Какой из методов определения перемещений при расчете шарнирных ферм представлен формулой:
|
|
|
|
1. Метод Мора. |
|
|
|
2. Метод Кастильяно. |
|
|
|
3. Метод Лагранжа. |
|
|
|
4. Метод Максвелла. |
|
|
10 |
Определить
с помощью метода Мора стрелу прогиба
(в
мм)
для балки,
изображенной на рисунке, если жесткость
поперечного сечения балки равна
|
180 |
|
11 |
Используя
формулу Максвелла, найти вертикальное
перемещение узла В (в мм) фермы,
изображенной на рисунке, если жесткости
стержней фермы одинаковы
|
300 |
|
12 |
Определить
потенциальную энергию деформаций
(в Нм) для
изгибаемой балки, изображенной на
рисунке при жесткости поперечного
сечения
|
240 |
|
13 |
Используя
выражение для потенциальной энергии
деформации и теорему Клапейрона,
определить стрелу прогиба (в мм) для
балки, изображенной на рисунке, если
жесткость поперечного сечения балки
|
240 |
|
14 |
Содержание какой из теорем выражает уравнение:
|
30 |
|
|
1. Теорема Максвелла. |
|
|
|
2. Теорема Кастильяно. |
|
|
|
3. Теорема Бетти. |
|
|
|
4.. Теорема Лагранжа. |
|
|
15 |
Используя
теорему Кастильяно, определить стрелу
прогиба (в мм) для балки, изображенной
на рисунке, если жесткость поперечного
сечения балки
.
|
240 |
|
16 |
Содержание какой из теорем выражает уравнение:
|
30 |
|
|
1. Теорема Максвелла. |
|
|
|
2. Теорема Кастильяно. |
30 |
|
|
3. Теорема Бетти. |
|
|
|
4. Теорема Лагранжа. |
|
|
17 |
Какой должна быть потенциальная энергия деформаций конструкции в соответствии с теоремой Менабреа? |
30 |
|
|
1. Принимает максимальное значение. |
|
|
|
2. Принимает минимальное значение. |
|
|
|
3. Равняется нулю. |
|
|
|
4. Принимает отрицательное значение. |
|
|
18 |
Как называется графо-аналитический метод определения перемещений, представленный формулой:
|
20 |
|
|
1. Метод Мора. |
|
|
|
2. Метод Кастильяно. |
|
|
|
3. Метод Мора-Симпсона. |
|
|
|
4. Метод Лагранжа. |
|
|
19 |
Какое из единичных состояний балки следует принять при определении угла поворота в сечении А по методу Мора-Симпсона для балки, изображенной на рисунке?
|
30 |
|
|
1.
|
|
|
|
2.
|
|
|
|
3.
|
|
|
|
4.
|
|
|
20 |
Используя
метод Мора-Симпсона, определить прогиб
в сечении А (в мм) изображенной на
рисунке балки, если жесткость поперечного
сечения балки
|
300 |
|
21 |
Определить
с помощью метода Мора-Симсона угол
поворота сечения А (в рад) изображенной
на рисунке балки, если жесткость
поперечного сечения балки
|
240 |










