结构构件形式之一：薄壁梁

薄壁梁的截面最大尺寸远小于纵向尺寸，有的还在横向有坚硬的框架（如飞机机身的隔框和机翼的翼肋），以保证受力后横截面在自身平面内不产生大变形。例如，典型的航空结构涉及轻质、薄壁、梁状结构，这些结构在复杂的载荷环境下工作（轴向载荷、弯曲载荷、剪切载荷和扭转载荷的组合作用下）。

薄壁梁的某些部分几何形状和板壳相同，但其力学模型并非板壳。例如，薄壁梁的扭转，薄壳模型无法正确分析。因为薄壁梁中的材料被置于较能发挥承力作用的位置，所以在保证同样强度和刚度的前提下，它比实心梁轻得多。因此，薄壁梁在飞行器和大型桥梁等结构中得到了广泛的应用。

薄壁梁根据其截面几何形状的不同，可能由闭合截面或开放截面组成，或两者兼有^[1]（见图）。
闭合截面是指薄壁形成一个或多个闭合路径的截面；相反的情况则是开放截面。这种区别对梁的结构响应有着深远的影响，尤其是在剪切和扭转方面。

薄壁梁的力学分析包括：弯曲分析、扭转分析和稳定性分析等。在薄壁梁受力与变形分析，在一般杆件基本假设的基础上，引入新假设（利用由薄板组件组成的梁的特殊几何性质来简化问题的公式化和求解过程）。这些假设包括：

• 轴向正应力、变形、弯曲和约束扭转引起的剪应力沿壁厚均匀分布。
• 自由扭转时扭转剪应力对于闭口薄壁杆件沿壁厚均匀分布、对于开口薄壁杆件沿壁厚线性分布。
• 忽略开口薄壁杆件中曲面的剪切变形。在具体计算时：
  • 拉压和弯曲分析与一般杆件相同。
  • 扭转分析时，因为薄壁杆件横截面尺寸远大于其壁厚，所以圣维南原理不再成立。特别是对于自由扭转刚度很小的开口薄壁杆件，根部对于扭转翘曲位移的约束所产生的正应力大大提高其总体扭转刚度，并改变杆件中应力的分布规律，因此需进行约束扭转分析。
  • 对薄壁梁进行屈曲分析时，除考虑弯曲屈曲模态外，还要考虑局部屈曲、扭转屈曲、弯扭屈曲模态等。

计算力学的发展使得薄壁梁力学分析的效率和效果均大大提高，从而使它在工程中的应用获得有力的保障。

[1] ALTENBACH H, EREMEYEV V. Thin-Walled Structural Elements: Classification, Classical and Advanced Theories, New Applications[M/OL]//CISM International Centre for Mechanical Sciences, Courses and Lectures: 卷 572. 2017: 1-62. DOI:10.1007/978-3-319-42277-0_1.

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