在Deq附近,D发生微小变化,而Πp几乎不变(一阶变分为0),在图1-2中这一点显然是Πp的最小值点。
驻值条件用数学语言描述如下(用微分代替变分):
dΠp=kDeqdD PdD=0
所以: Deq=
P
k
该结果与静力学平衡求出的结果相同。进一步理解;对于复杂的弹性系统,总势能最小点对应的是系统平衡状态。 2、多自由度系统、矩阵形式
如果决定一个系统的构形需要n个独立的量,那么这个系统就具有n个自由度,称为广义坐标。
对于有限自由度(离散系统)问题,势能Πp是广义坐标的函数。广义坐标记为Di。 势能表达式为:Πp=Πp(D1,D2,...,Dn) 它的全微分为:
Πp dΠp=dD1+dD2+...+dDn= {dD}
D2 Dn D1 D
根据最小势能原理,对任何允许的位移增量{dD},如果dΠp=0 则达到平衡。因此平衡条件就是:
Πp Πp Πp
T
Πp
=0,得到n个方程,解出n个Di值,便得到系统的静力平衡构形。 D
对于图1-3所示的多自由度弹簧系统,其总势能为:
Πp=
1112
k1D1+k2(D2 D1)2+k3(D3 D2)2 P1D1 P2D2 P3D3 222
图1-3 多自由度弹簧系统