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余能原理

余能原理 彈性力 學固 體力 學中的基本能量原理之一,它描述了物 體 變形 協 調 規律的 變分 極值原理。在所有可能 應力 狀 態下的余能中, 滿足 變形 協 調 規律的真 實 應力 狀 態下的 彈性 體 總余能 為最小。 這表明, 對於 給定的 邊界 條件, 彈性 體在真 實 應力 狀 態下的余能不 會超 過其他可能 應力 狀 態下的余能。

余能原理可以用以下 數 學表 達式 來描述:

對於整 個 彈性系 統,在真 實 狀 態下所具有的余能( 包括 應 變能和 邊界上的外力余能) 恆小 於 與其他可能的 應力相 應的余能。可能 應力是指 滿足平衡方程和力的 邊界 條件的 應力。

在所有 靜力可能的 狀 態中,真 實 狀 態的 總余能最小,即 彈性 體 總余能 變分 等於0。

余能原理的等 價表述 包括:

在 給定的 邊界 條件下,真 實 應力 狀 態使得 彈性 體的 總余能 達到最小值。

最小余能原理 實 質上等 價 於 彈性 體的 變形 連 續 條件。

余能原理的重要性 在於它不 僅是 彈性力 學直接解法和有限元法 計算的基 礎,而且 為固 體力 學提供了理 論框架。此外,余能原理也被 套用 於 彈塑性 體的 問 題分析,特 別是在非 線性 問 題增量理 論中,它提供了 一個有效的能量 變分原理。

1950年, 錢令希在《中 國科 學》上 發表的 論文《余能原理》 標誌 著中 國力 學工作者 對 變分原理研究的 開始, 這篇 論文展示了余能原理在非 線性 問 題中的 套用, 並 證明了直梁在 純 彎曲情 況下,材料 無 論是 彈性 還是塑性, 一個平截面仍 為一平截面的假 設。