第一章 能量原理概述
§1—1 能量原理及其分类
本书讨论能量原理,包括结构力学、弹性力学、薄板理论、厚板理论的能量原理,只讨论线性平衡问题。
能量原理是以能量变分形式表述的力学定律。概括地说,的可能状态中,真实状态应使其能量取极值或驻值。在所有满足一定的约束条件
能量原理有多种类型。可粗分为基本能量原理和广义变分原理两大类。
首先介绍基本能量原理。
在结构力学中有位移法和力法两种基本解法,在弹性力学中有位移法和应力法两种基本解法。与之对应,能量原理中有两个基本原理,即最小势能原理和最小余能原理。
最小势能原理——在弹性平衡问题中,与一切满足位移边界条件的可能位移相比,真实位移使势能为极小值。
最小余能原理——在弹性平衡问题中,与一切满足平衡条件(包括平衡微分方程和外力边界条件)的可能应力(或可能内力)相比,真实应力(或真实内力)使余能为极小值。
基本能量原理提出得最早,起初是从物理概念上自然提出的,也称为自然能量原理。其中的最小势能原理以位移为基本变量,最小余能原理以应力为基本变量。
总之,基本能量原理是取单类变量(位移{u}或应力{*})作为基本变量的能量原理。
其次介绍广义变分原理。
在结构力学和弹性力学中有时采用混合解法,其基本变量是混合型的,例如混合选取位移{u}和应力{*}作为基本变量,又如混合选取位移{u}、应变{*}、应力{*}作为基本变量。总之,在混合解法中所选取的基本变量不是单类变量,而是多类变量。与之对应,在能量原理中也有混合变分原理,也称多类变量变分原理,也称广义变分原理,它是由基本能量原理推广而得到的能量原理。
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