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中厚板

/plates of middle thickness/
条目作者向志海

向志海

最后更新 2024-07-03
浏览 228
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厚度与面内特征尺寸之比达到或超过1/5的板。

英文名称
plates of middle thickness
所属学科
力学

其中薄板理论中基尔霍夫假设的直法线假设不再成立,中厚板的变形不再能用挠度完全表征,其中横向剪切应变不可忽略,边界上也需要提三个,而不是两个边界条件。中厚板进行动力学分析时,还需要考虑惯性力矩和阻尼力矩。

E.瑞斯纳(1944)和R.D.明德林(1951)分别提出了考虑剪切变形的中厚板理论。两者的共同点是放宽基尔霍夫直法线假设,认为板中面的法线在变形后仍然近似为直线,但由于横向剪切变形的作用,变形前的法线在变形后不再垂直于变形后的中面。这两种理论的不同点在于:

瑞斯纳理论假设板的弯曲应力沿板厚呈线性分布,横向剪应力沿板厚呈抛物线分布(下面公式中采用指标符号,希腊字母的指标取值范围为1和2)

这样,板的挠度沿板厚就不是线性分布,而且变形后板的厚度会发生变化。弯矩和剪力与位移和转角沿板厚平均值的关系为


其中薄板的弯曲刚度;为材料的泊松比。

基于该理论,用平均挠度表示的在均匀静压力作用下的中厚板弯曲平衡方程组为:



这是对于的三个二阶偏微分方程,边界每点有三个相应的边界条件。

明德林理论假设板的变形前法线在变形过程中始终保持直线,但不一定垂直于板的中面,而且其长度变化可以忽略不计,即各点位移用中面挠度和与之独立的法线转角来表示

这样,横向剪应力和剪应变沿板厚就是一个常数,因此又称为一阶剪切变形理论。基于该理论,用中面挠度和法线转角表示的在均匀静压力作用下的中厚板弯曲平衡方程为:




其中为二维的排列符号。若不用指标符号表示,即




其中为剪切修正系数;为材料的剪切模量。

根据明德林理论,可以构造出中面挠度和法线转角独立插值的中厚板有限单元,以满足单元界面处的法线连续性要求。不过当板很薄时,还需要采用减缩积分等方法以避免出现剪切锁死现象。

  • WANG C M, LIM G T, REDDY J N, et al.Relationships between bending solutions of Reissner and Mindlin plate theories.Engineering Structures,2001,23:838-849.

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