超靜定結構的內力解一定是唯一的嗎?

時間 2021-06-03 15:13:25

1樓:

單從結構的角度(不考慮材料)來說,的確是存在無陣列解. 你可以假使宇宙中一物體處於無限的自由狀態,當你對他施加一定約束之後它能就處在於靜定狀態(如簡單的單跨簡支梁)但是這個時候它僅僅是被巨集觀地限制自由,所以這時候的解是唯一的. 當你再施加約束即進入超靜定狀態多餘約束之間必先形成滿足一定條件的多組解.

但是對於實際世界實際的物體無論是靜定還是超靜定他就只能是一組解(你可以去實際測定乙個超靜定結構的支反力,無論什麼時候測定都是乙個定值)這就是因為我們忽略了某種限制條件所造成的. 這裡所忽略的便是變形. 因為對於一切的實際的物體,它都不是理想的剛體,對於所有受力都會產生乙個變形.

這個變形決定了超靜定結構之中各個支反力的分配. 不同材料的EI不同力的分配也不同,這也就是說同樣的超靜定結構材料不一樣結果也不一樣.

而為什麼靜定結構不受材料的影響呢,如剛才所說靜定結構只是巨集觀的穩定因為靜定結構材料的變形是自由的,沒有受到任何限制.

這個問題其實也是乙個線代問題當我理論求出的解是個滿足一定條件的無限組合的而實際結果是唯一解的時候我們該去考慮是不是某種限定條件我們忽略了所導致的.

樓主的這個問題我以前也糾結過,但是後來在我想透了之後這問題裡面所蘊含的哲理竟然為當時迷茫的我,帶來一點點的指引.希望樓主能夠保持這種善於思考的習慣啦!

2樓:Aaron Dong

你可能心裡感覺超靜定結構不只有一組內力解,所以問了這麼個問題。如果是的話,那你的感覺其實是對的。超靜定結構有無陣列內力解。

超靜定的英文是hyperstatic,也叫非靜定statically indeterminated,你從字面意思就能看出來,它是無法單用靜力學方程求得唯一解。但是其他人的回答也都對,也就是實際上你只能取得一組解。

結構分析其實主要就是三個矩陣方程。第乙個是平衡方程。寫成

.這裡的各項是跟具體的結構各構件位置有關,是generalized stress的列向量,是generalized外力的列向量。這個公式就是說,內力之和等於外力。

第二個公式是compatibility equation(不知道怎麼翻譯)。寫成

.這裡是generalized strain的列向量,是generalized位移。公式意思說,整個結構不會「散開」來。

第三個公式就是把generalized stress與generalized strain聯絡起來的constitutive law,具體是什麼樣取決於你的研究,是線性關係,還是非線性關係,有沒有溫度造成的strain等等。當然看似三個方程,實際應用的變化很多,單是怎麼取generalized stress和strain就不好講清楚了。

現在把的行數記作,把列數記作,把矩陣的秩記作.

當結構是非靜定結構時,未知量的個數多於方程個數,也就是,那第乙個方程的解就不是唯一的,而是無數多個。這個方程的通解是乙個特解加上任意乙個屬於的零空間的向量。這個零空間的維度我們記作,則.

如果,那方程的解就是唯一的,這就是靜定的。如果0" eeimg="1"/>,那就是非靜定的。

那為什麼實際中只有乙個解?原因在第二個方程。

我們把的零空間的維度記作. 土木裡傳統的結構,包括本科所學的東西都是的結構,這樣的結構叫kinematically determinated(我不知道怎麼翻譯),這時候第二個方程是有唯一解的。0" eeimg="1"/>的叫kinematically indeterminated.

從線性代數上說,第二個方程的解屬於的列空間,這個列空間一定與的left nullspace(左零空間)正交,而的left nullspace恰好是的零空間,那麼這個解必須正交於的零空間。這樣的話,前面說第乙個方程的通解是乙個特解加任意乙個的零空間的向量,現在正交的條件加上去後,導致加的就不是任意乙個向量了,這個向量就唯一了,於是最後的解也就唯一了。

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