问答题 试比较平面应力问题与平面应变问题的异同点。
【正确答案】本题可从以下三个方面加以比较:
   1.从两类平面问题的基本特征来看,下表为两类平面问题的基本特征。
   
两类平面问题的基本特征

名称 平面应力问题 平面应变问题
未知量 已知量 未知量 已知量
位移 u,v ω≠0 u,v ω=0
应变 εx,εy,γxy γxzyz=0
ε_{z}=-frac{u}{E}(σ_{x}+σ_{y})
εx,εy,γxy γxzyz=0
εz=0
应力 σx,σy, τxy τxzyz=0
σz=0
σx,σy,τxy τxzyz=0
σz=u(σxy)
外力 体力、面力的作用面平行于oxy平面,外力沿
板厚均匀分布。因此,面力分量bar{f}_{z}=0,体力分量
fz=0
体力、面力的作用面平行于oxy平面,外力沿
z轴无变化。因此,面力分量bar{f}_{z}=0,体力分量
fz=0
形状 z向尺寸远小于板面尺寸(等厚度薄板) z向尺寸远大于oxy平面内的尺寸(等截面长
柱体)
实质 若弹性体的应力分量σx,σy和τxy仅是x、y的
函数,且σz、τxz、τyz均为零,则此问题即为平面
应力问题
若弹性体的应变分量εx、εy和τxy仅是x、y的
函数,且εx、τxz、τyz均为零,则此问题即为平
面应变问题

   2.从两类平面问题的基本方程来看,平面应变问题与平面应力问题相比,除物理方程不同外,其他基本方程(平衡微分方程和几何方程)与边界条件都相同。因此,若已知平面应力问题的解答,只需将其弹性模量E换为E/(1-u2),泊松比u换为u/(1-u),即可得到平面应变问题的解答。同样,若已知平面应变问题的解答,只需将其弹性模量E换为E(l+2u)/(1+u)2,泊松比u换为u/(1+u),即可得到平面应力问题的解答。此外,平面应变问题能满足弹性力学空间问题的全部相容方程,是精确的二维问题,而平面应力问题只能满足部分相容方程,是近似的二维问题,只有当板很薄时,才有足够的精度。
   3.从两类平面问题的求解途径来看,按位移法求解两类平面问题时,都归结为在给定边界条件下,求解以位移表示的平衡微分方程式,但两者的表达式有所差异.需按上面作代换处理。按应力法求解常体力情况下的两类平面问题时,所需满足的平衡微分方程和以应力表示的相容方程是相同的;因此,当体力为常量时,在单连体的应力边界问题中,若两个弹性体具有相同的边界形状,并受到同样分布的外力,则无论这两个弹性体的材料是否相同,也无论它们是在平面应力情况下或在平面应变情况下,应力分量σx、σy、τxy,的分布是相同的,但对于两类平面问题中的应力分量σz,以及应变和位移,却不一定相同。
【答案解析】