Идея метода Власова – Канторовича заключается в сведении решения двумерных задач изгиба пластин к системе обыкновенных дифференциальных уравнений от одной переменной. Неизвестные перемещения задачи задаются в виде суммы произведений двух функций, одни из которых задаются как функции одной координаты, а вторые являются неизвестными функциями другой координаты и находятся из решения вариационной задачи. Этот метод более точный, чем рассмотренные ранее, так как по искомому направлению решения задачи можно удовлетворять любые граничные условия. Согласно методу представим функцию прогиба в виде конечного ряда
(4.11)
Функции являются аппроксимирующими, которые задаются так, чтобы были удовлетворены геометрические граничные условия. Для определения искомых функций используется вариационный принцип Лагранжа. Запишем полную энергию пластины в форме (4.3).
.
После подстановки в выражение энергии функции прогиба в форме (4.11) подынтегральное выражение примет вид
.
Проинтегрировав выражение по координате y, подынтегральный функционал запишется в виде
,
А уравнение Эйлера-Лагранжа и естественные граничные условия запишутся
;
.
После вычисления производных от функционала по искомым функциям уравнение Эйлера-Лагранжа примет вид
. (4.12)
Учтя интегрирование по частям подынтегральных выражений
и
и объединяя одинаковые подынтегральные производные функций при цилиндрических жесткостях и , разрешающее дифференциальное уравнение запишется в виде
, (4.13)
где для ортотропной пластины введены обозначения:
; ; ; .
Для пластины из ортотропного и изотропного материала в дифференциальном уравнении остаются только четные производные. В этом случае для определения корней характеристического уравнения мы получаем биквадратное алгебраическое уравнение.
Пример [5]. Рассмотрим консольно закрепленную по одной стороне пластину и введем безразмерные координаты , , (рис.4.3). Вдоль закрепленной стороны направим координату (длина стороны ). Логично задавать функции по координате , то есть функции , так как легко подобрать для решения балочную функцию в виде , которая удовлетворяет всем граничным условиям на закрепленной стороне и на свободном краю
и .
Рис.4.3. Рассчитываемая пластина
В качестве выбранной функции можно принять решение дифференциальное уравнение изгиба балки . Будем считать, что пластина квадратная и , а нагрузку примем в виде . С учетом заданной функции решения разрешающее уравнение (4.13) можно переписать в виде
,
где ; ; .
Решение уравнения имеет вид
,
где функции решения
, ,
, ,
а корни характеристического уравнения равны
; .
Для изотропной квадратной пластины цилиндрические жесткости равны ; ; , а дифференциальное уравнение примет вид
.
Естественные граничные условия при и записываются в виде
; . Из решения двух уравнений на границе находим постоянные . Окончательно для прогиба пластины получим выражение
.
Поверхность прогибов пластины показана на рис 4.4.
Рис.4.4. Результаты расчета