工程力学问题分析
题目描述了一个典型的静不定结构力学问题。刚性杆AB在力F=40kN作用下保持平动,其变形由1、2两杆的伸缩所协调。由于两杆材料相同(弹性模量E相同),且长度、横截面积可能不同(题目未完全给出,通常为待求或已知条件),问题的核心在于通过静力平衡方程与变形协调条件,建立各杆内力与外力F的关系。首先,对刚性杆AB进行受力分析,设1杆和2杆的内力分别为FN1和FN2。根据力矩平衡或力的平衡,可列出包含FN1和FN2的方程。然而,仅凭静力平衡无法求解两个未知力,必须引入变形条件。
变形协调与物理方程
由于AB为刚性杆,在受力后仅发生倾斜或平移,连接1、2杆的铰接点位移必须满足几何关系。设1杆伸长量为ΔL1,2杆伸长量为ΔL2,根据几何相似三角形原理,可建立ΔL1与ΔL2的比例关系,此即变形协调方程。进而,利用材料力学中轴向拉压的胡克定律物理方程:ΔL = (FN * L) / (E * A),其中L为杆长,A为横截面积,E为弹性模量。将物理方程代入几何协调条件,即可得到两个杆内力之间的另一个关系式。联立静力平衡方程,便可解出FN1和FN2的具体表达式。
最终,根据题目所求(例如求指定杆的横截面积或应力),将已知力F=40kN、弹性模量E、杆长等参数代入已求得的内力公式。通常,问题会设定许用应力或给定变形量,通过强度条件σ=FN/A ≤ [σ] 或刚度条件,计算出所需的横截面积A。整个解题过程清晰地体现了工程力学中处理静不定问题的核心思路:平衡、协调、物理关系三者结合,缺一不可。
