设有一内半径为a 外半径为b的空心球体 在内面及外面分别受均布压力qa与qb作用 体力不计 求其应力分量和位移

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设有一内半径为a、外半径为b的空心球体,在内面及外面分别受均布压力qa与qb作用,体力不计,求其应力分量和位移分量。

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答案解析

难度★★☆ 搜索
  • 此问题为球对称问题,用位移求解。
       因体力不计,用位移表示球对称问题的平衡微分方程为:
       (1)
       式(1)的解为:
       式中:A和B为任意常数。
       根据球对称问题的弹性方程,应力分量为:
       (3)
       利用边界条件确定常数。应力边界条件为:
       (σr)r=a=-qa,(σr)r=b=-qb(4)
       于是,可得:
       (5)
       将式(5)代入式(2)中,则得径向位移的解答:
       (6)
       将式(5)代入式(3)中,即可得应力分量的解答:
       (7)(7)(1)由于没有坐标方向的切应力分量,所以径向正应力σr与切向正应力σT即为主应力。
       (2)若空心圆球只受内压力作用qa,由式(7)可得:
       (a)
       径向正应力σr为压应力,切向正应力σT为拉应力。内壁处为危险点,其主应力值为:
       (b)
       当时,可视为无限大弹性体内有一小球洞,其内壁受qa作用,在式(a)中令,可得:
       (c)
       在孔边r=a处,σT=qa/2,这一切向拉应力可能引起脆性材料的开裂。在远离孔边处(r足够大),σr=σT=0,此结果与局部性原理一致。
       (3)若空心圆球只受外压力qb作用,由式(7)可得:
       (d)
       当b》a时,在式(d)中令,可得:
       (e)
       在远离孔边(r》a)处,σr=σT=-qb外压力作用下实心球内的应力分布相同。在孔边r=a处,σr=0,σT=-3q/2,切向正应力σT与无孔时相比显著提高。
       (4)若有一空心圆球,内半径为a、外半径为b,外边界固定,在内边界面上受均布压力q作用,体力不计,求其最大的径向位移和最大的切向拉应力。此问题的解法与本题相似,仅在利用边界条件确定常数A、B时有所差异,即需利用位移边界条件(ur)r=b=0和应力边界条件(σr)r=a=-q来确定常数A和B值。