题目
试分析说明,在板面上处处受法向约束且不受切向面力作用的等厚度薄板中,如图示,当板边上只受x,y向的面力或约束,且不沿厚度变化时,其应变状态接近于平面应变的情况。 s-|||-+>
试分析说明,在板面上处处受法向约束且不受切向面力作用的等厚度薄板中,如图示,当板边上只受x,y向的面力或约束,且不沿厚度变化时,其应变状态接近于平面应变的情况。 
题目解答
答案

解析
关键思路:本题需证明薄板在特定约束条件下满足平面应变的条件。核心在于分析位移、应变和应力的分布特征,验证平面应变的两个判据:
- 位移分量:z方向位移$W=0$(刚性平面约束);
- 应变分量:$\varepsilon_z=0$,且$\gamma_{zx}=0$、$\gamma_{zy}=0$(无切向面力,剪应力为零)。
破题关键:
- 刚性平面光滑接触导致z方向无位移;
- 薄板特性与均匀压力使应力分量与z无关;
- 剪应力互等定理推导剪应变为零;
- 广义虎克定律建立应变与应力关系,最终满足平面应变条件。
1. 位移分量分析
刚性平面与薄板光滑接触,仅阻止z方向位移,故位移分量$W=0$。
2. 应变分量推导
由位移$W=0$,得:
$\varepsilon_z = \frac{\partial W}{\partial z} = 0$
3. 剪应力与剪应变关系
- 切向面力为零,故$\tau_{xz}=0$、$\tau_{yz}=0$;
- 根据剪应力互等定理,$\tau_{zx}=\tau_{xz}=0$,$\tau_{zy}=\tau_{yz}=0$;
- 剪应变分量为:
$\gamma_{zx} = \frac{\tau_{zx}}{G} = 0, \quad \gamma_{zy} = \frac{\tau_{zy}}{G} = 0$
4. 广义虎克定律应用
将$\varepsilon_z=0$代入虎克定律:
$0 = \frac{1}{E}\left[ \sigma_z - \mu(\sigma_x + \sigma_y) \right]$
解得:
$\sigma_z = \mu(\sigma_x + \sigma_y)$
5. 平面应变条件验证
- 应力分量$\sigma_x$、$\sigma_y$、$\sigma_z$仅与$x$、$y$有关;
- 应变分量$\varepsilon_z=0$,$\gamma_{zx}=0$,$\gamma_{zy}=0$;
- 满足平面应变的定义。