castigliano
Ik noem de reactiekrachten van links naar rechts A, B en C
Uit de statica volgt:
\(A+B+C=2pl\)
(1)
We splitsen de balk op in twee delen, AB en BC, en we stellen respectievelijk de momentenlijn op vanuit A en vanuit C voor beide delen:
\(M_{AB}=A x - p \frac{x^2}{2}\)
\(M_{BC}=C x - p \frac{x^2}{2}\)
Dan is de energie
\(U=\frac12 \int_L\frac{M^2}{EI}\mbox{d}x\)
. Deze integraal moet uiteraard gesplitst worden aangezien we de momentenlijn in 2 gedeeld hebben. De uitwerking is triviaal en geeft:
\(U=\frac12 \int_0^l\frac{M_{AB}^2}{EI}\mbox{d}x +\frac12 \int_0^l\frac{M_{BC}^2}{EI}\mbox{d}x=\)
\(\frac{{l}^{3}\,{C}^{2}}{6\,E\,I}-\frac{{l}^{4}\,p\,C}{8\,E\,I}+\frac{{l}^{3}\,{A}^{2}}{6\,E\,I}-\frac{{l}^{4}\,p\,A}{8\,E\,I}+\frac{{l}^{5}\,{p}^{2}}{20\,E\,I}\)
Verborgen inhoud
wiskundige noot: degenen die bekend zijn met de regel van Leibniz voor het afleiden van integralen slaan de integratie best even over en doen dan eerst de afgeleide bij de volgende stap. Indien het om lange momentenlijn vergelijkingen gaat scheelt dat een pak werk.
Castigliano stelt dan dat de partiële afgeleide naar de kracht de zakking van de balk geeft in het aangrijpingspunt van de kracht. Zodoende krijgen we de vergelijkingen uit U en de randvoorwaarden:
\(\frac{\partial}{\partial A}U = 0\)
(2)
\(\frac{\partial}{\partial C}U = 0\)
(3)
vergelijking (1)(2)(3) oplossen geeft dan:
\(\left [ A=\frac{3\,l\,p}{8},C=\frac{3\,l\,p}{8},B=\frac{5\,l\,p}{4}\right ]\)