跳转到内容

力流最短路径准则

维基百科,自由的百科全书

力流最短路径准则是一个在机械设计结构工程等领域广泛使用的结构设计准则 [1] [2][3],是力流法的原则之一。

力流[4]是在一些工程学科常用的概念。在《机械结构设计准则及实例》一书中有这様的说明:“它把力的传递视如水的流动,用力线表示力流的路径。力线的疏密代表力流密度,亦即应力的大小。力流最重要的特性是:力流优先走较短的路径,更确切地说优先走刚度较大的路径。”[1]

力流在构件中经过的路径越短,累积变形就越小,从而构件刚度越高。力流路径越接近直线,力所引起的附加弯矩就越小,从而构件的强度越高。因此,为了提高构件的刚度和强度,应使力流路径尽量地短和直[5]。力流走最短路径是力流的重要特性[6][7]

1898年德国的恩斯特·古斯塔夫·基尔施英语Ernst Gustav Kirsch]]]首先得出了单向拉伸开孔平板的力流(应力)分布的解析解。说明在此条件下,力流会优先走较短路径。设平板中心的圆孔的半径为单位长度1。在垂直方向拉伸开孔平板时,被圆孔挡道而不得不改道的那部分力流q1(应力增量)在剩余的流道里不是均匀分布,而是高度集中在孔边附近。其在流道最窄截面上的分布规律是:

[8]

其中

q是无孔时的均匀力流(应力)
r是在流道最窄截面上离开圆孔中心的距离

改道的那部分力流q1(应力增量)值按离孔心距离的平方的规律在迅速衰减(忽略高阶项)。

参考资料

[编辑]
  1. ^ 1.0 1.1 杨文彬. 机械结构设计准则及实例. 机械工业出版社. 1997-12: 59 [2016-09-18]. ISBN 978-7-111-05782-6 (中文). 
  2. ^ 中国电子电器可靠性工程协会:《机械结构设计规范》高级培训班(第四期): “力流最短路径准则”. 2012-03-24 [2016-09-18]. (原始内容存档于2018-10-01) (中文). 
  3. ^ 东南大学硕士学位论文:《复合粘钢加固混凝土梁试验与理论分析研究》),“遵循最短路径原理作为力流法的普适准则”. 2016-01 [2016-09-18]. (原始内容存档于2016-09-19) (中文). 
  4. ^ Leyer A: 《Maschinenkonstruktionslehre》, Heft 2, Techinca-Reihe, Germany, 1969 (德语) 
  5. ^ 杨文彬《遵循力学原理的结构设计准则》《机械设计》1996 No7, Pg.2 : “2.2 力流最短路径准则”:”若为了提高构件的刚度,则应尽量使力流路径最短。。。。“”保证力流的路径较短,通常也可以起到提高强度的目的。因为力流路径越接近直线,力所引起的附加弯矩越小,。。。“. 1996-07 [2016-09-18]. (原始内容存档于2016-09-22) (中文). 
  6. ^ 杨文彬《遵循力学原理的结构设计准则》《机械设计》1996 No7, Pg.2 : “力流有两个重要特性:(1)力流优先走较短路径,。。。(2)力线总是封闭的。”. 1996-07 [2016-09-18]. (原始内容存档于2016-09-22) (中文). 
  7. ^ 陈贻伍:《力流法及其在机械设计中的应用》 《中国有色金属学报》1994年02期,”力在受载机械系统中的传递路线,遵循传递路径最短的规律。“ (PDF). 1994-02 [2016-09-18]. (原始内容存档 (PDF)于2016-09-20) (中文). 
  8. ^ 陆明万,张雄,葛东云 编 《工程弹性力学与有限元法》pg. 90, 公式(6.39),清华大学出版社. 2005-10 (中文).