一种模拟冲击荷载作用下非均匀Timoshenko梁 弯曲波传播的数值方法

为研究冲击荷载作用下非均匀Timoshenko梁弯曲波问题,对考虑剪切变形和转动惯性的Timoshenko梁进行空间离散构造出控制体,并在时间域上交替运用控制体平动方程和剪力-剪应变关系式以及交替运用控制体转动方程和弯矩-曲率关系式,通过转角关系式建立平动和转动问题之间的联系,给出研究非均匀Timoshenko梁弯曲波传播的数值方法.通过两端无约束均匀圆形截面梁弯曲波的传播问题为例,与有限差分法进行对比验证了所提方法数值计算的准确性和有效性;冲击荷载作用下,针对几何不均匀的阶梯形悬臂梁弯曲波传播问题进行研究,结果表明:弯曲波在梁中的传播速度约为3600 m/s.梁中控制体的转动惯性不可忽略,整体变形中的剪切变形部分不能忽略;危险截面不发生在悬臂梁的固定端处,也不在截面的变化处.所提方法适合于模拟冲击荷载作用下几何和材料非均匀Timoshenko梁中弯曲波的传播问题,是一种从波动理论角度研究冲击荷载作用下Timoshenko梁动力响应问题的有力工具.