考研結構力學備考疑難點01_什么是復鏈桿?它能提供幾個約束?解題中會有哪些應用?


問題來源:24版《結構力學考研復習全書》_例題1-1

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我們24版《結構力學考研復習全書》(后文簡稱:24小黃書)中例題1-1介紹了單鏈桿提供一個約束的概念,但是未涉及到復鏈桿概念,因此很多同學在了解到復鉸、復剛結的時候,不由的便問:有沒有復鏈桿?有的話它能提供幾個約束?以及是否有哪些解題方面的應用?今天我們就來簡單的介紹一下復鏈桿。
先來了解一下什么是復鏈桿。復鏈桿是一個和單鏈桿相對應的概念,單鏈桿是連接2個剛片或鉸的一根桿件(如圖(a)所示),而連接了3個及以上的剛片或鉸的桿件則稱為復鏈桿。如下圖(b)所示,就是最簡單的復鏈桿了。

接下來我們了解一下復鏈桿能提供幾個約束。采用24小黃書【例題1-1】同樣的思路,我們通過計算復鏈桿減少體系的自由度來計算其提供的約束數目。
如下圖(c)平面有3個自由結點,自由度為3×2=6。將3個結點通過如下圖(d)所示AB桿連接后,自由度為3,減少了3個自由度,等于提供了3個約束。

同樣,下圖(e)平面有4個自由結點,自由度為4×2=8。將4個結點通過如下圖(f)所示AB桿連接后,自由度為3,減少了3個自由度,等于提供了5個約束。

可以預見,如下圖(g)所示,當平面有n個自由結點,自由度為n×2=2n。由于最后所有結點都連接在了同一個桿件上,所以體系最終自由度同桿件自身自由度為3,如圖(h)所示。

此時復鏈桿減少了2n-3個自由度,即復鏈桿提供了2n-3個約束,由于單鏈桿提供1個約束,故也相當于2n-3個單鏈桿。
最后我們再來簡單說一下復鏈桿的應用,以24小黃書【練習題1-10】中國礦業(yè)大學2021的考題為例,求其計算自由度W。
題目來源:24版《結構力學考研復習全書》_練習題1-10

在未了解復鏈桿概念之前,我們可以采用剛片法或混合法計算,但了解復鏈桿后,我們則可以采用結點法計算其計算自由度W,具體如下:

W=16 × 2 - (5 + 5 + 3 + 3 + 13)= 32 - 29 = 3
可以看到,整個過程并未因為引入復鏈桿而使得結點法更簡單,反而更容易復雜易錯,對比剛度法或混合法毫無優(yōu)勢。
或許,大家現在就能明白為何教材和我們小黃書都未對此復鏈進行強調了。
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