弹性力学的基本假设

弹性力学的基本假设#

弹性力学通过一系列基本假定建立数学方程,以此为基础求解物体在外力作用下的应力与应变分布。这些假定确保了理论的简化性与适用性,从而使复杂的力学问题能够通过解析方法或数值方法得到有效解决

为建立数学方程并求解,通常需按照所研究的物体的性质,求解问题的范围,作出若干基本假定,抓住主要矛盾,略去影响很小的次要因素

  1. 连续性假设:物体的体积被其组成物质无缝填满,从而使应力、应变和位移等物理量可通过连续函数表示

    • 举例对比

      多孔介质渗流

      纳米孔隙流动

      基于宏观尺度研究

      基于微观尺度研究

      微小的多孔介质

      离散的流体分子

      等效为连续介质

      孔隙尺度与分子自由程

      连续介质力学理论

      分子动力学等微观尺度方法

  1. 均匀性假设:材料属性与位置无关

  2. 各向同性假设:材料属性与方向无关

  • 均匀且各向同性:玻璃、金属、液体

  • 均匀但各向异性:复合材料、层状材料、单晶硅

  • 不均匀但各向同性:颗粒材料、泡沫材料

  • 不均匀且各向异性:天然木材、多晶材料、碳纤维复合材料

  1. 完全弹性假设:物体在引起形变的外力被除去以后能完全恢复原形

  1. 小变形假设:物体在受力后,所有各点的位移都远小于物体原来的尺寸,且应变与转角都远小于1

在弹性力学问题中,通常已知物体的形状和尺寸、弹性常数、体力作用及边界作用, 求解应力分量、形变分量和位移分量。为此,在弹性体区域内部需要综合考虑静力学几何学物理学三方面的条件,分别建立以下方程:

  1. 平衡方程:微分体的平衡条件

  2. 几何方程:微分线段上应变与位移的关系

  3. 本构方程:应力与应变的本构关系

此外,还需要在弹性体的边界上建立边界条件,如应力边界条件位移边界条件