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本文所分析的初始扭转梁是指梁在没有受到任何荷载作用的情况下,其自然形状是表现为扭转的,并且其扭转角度沿轴线方向线性变化,也就是有固定的初始扭转率(单位长度上截面所扭转的角度),在本文中所指的初始扭转梁都是矩形等截面梁。初始扭转梁不是一种常规的梁,对其进行研究相对比较复杂,而且国内相应的研究也才刚刚起步。本文所做的工作和相应的结果如下:
1.首先分析两个实例:初始扭转压杆的稳定理论分析和初始扭转受弯悬臂梁的分析。通过这两个实例的分析可以知道:初始扭转杆件作为压杆有其优势,因为它并不是在截面惯性矩最小的方向失稳,相应地其临界荷载大于常规压杆。在本文中对初始扭转压杆的分析是在一个假设下进行的:假设压杆失稳后挠曲线仍然在一个平面内。对于初始扭转受弯梁,不能想当然地认为等截面梁其应力最大处就在弯矩最大的截面上,而需要针对具体的结构形式和具体荷载情况进行分析。可以得出结论:梁的初始扭转对其弯曲受力有不利的影响,并且在本文的实例中随着初始扭转角的增加,这种不利的影响加大;同时这种影响与梁截面的宽高比有关。
2.应用有限元理论分析初始扭转梁。在整体坐标和局部坐标下,应用有限元知识对初始扭转梁进行分析,可得出如下结论:对于一般的情况,也就是当截面两个方向上的惯性矩不相等时,在整体坐标下分析初始扭转梁非常复杂,而在局部坐标下分析,虽然仍比较复杂,但是相对于整体坐标下的分析要简单得多。当截面两个方向上的惯性矩相等(这时同时会有惯性积等于0)时,在整体坐标下分析初始扭转梁就变得比较简单了,而在局部坐标下分析反而比在整体坐标下分析复杂一些。本文中并没有对后者的情况进行进一步的分析,因为对这种问题的分析比较简单,与其相应的无初始扭转梁的情况相似。本文中分别分析了欧拉梁和铁木辛柯梁两种情况。
3.大多数研究初始扭转梁的文献中,都是在整体坐标下对初始扭转梁进行分析的。这样当梁截面两个方向上的惯性矩不相等时,惯性矩会沿梁的轴线的方向改变并且惯性积也不等于零,问题会变得非常复杂。而在局部坐标下分析这种问题时,惯性矩沿梁的轴线的方向不会改变,并且惯性积等于零,这样分析问题就简化了很多。所以本文在局部坐标下对初始扭转梁进行分析。