因为外力均沿轴线作用,所以在A、B两端各有一约束力FA和FB,如图所示,而在外力共线的情形下,只能提供一个平衡方程,故为静不定结构。要确定这种情形下的全部约束力,除平衡方程外,还必须提供一个补充方程。
(1)平衡方程:
FA=FB (1)
(2)几何方程:
因为两端固定,所以整个杆子的总轴向变形应为零,即
△l=△l1+△l2+△l3 (2)
其中△l1、△l2和△l3分别为AC、CD、DB三段的变形量,均为代数值。
(3)物理方程:
根据胡克定律,拉压杆在弹性范围内,力和变形成正比,三段杆的变形分别为
(3)
将式(3)代入式(2),得到求解静不定的补充方程
再将式(1)代入其中,即可解得
于是,应用截面法可求得各段的轴向力分别为
由此绘得轴力图,如图所示。
可见,CD段杆受力最大,因此,最大正应力发生在这一段,其值为
(4)常见错误分析:
在这类问题中,最容易发生的错误是不考虑变形体的特点,而停留在刚体平衡的概念上,因而错误地认为仅中间一段受压,其轴力为-FP,两端不受力。或者错误地认为中间受压,其轴力为-FP,两端受拉,其轴力为FP。这样分析,虽然平衡条件能够得到满足,但是变形条件却是不满足的。以后一种错误为例,这时整个杆子的总伸长量为