结构力学课件知识讲解
结构力学(全套课件131P) ppt课件
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的两根链杆的杆轴可以平行、交叉,或延长线交于
一点。
当两个刚片是由有交汇点的虚铰相连时,两个刚
片绕该交点(瞬时中心,简称瞬心)作相对转动。
从微小运动角度考虑,虚铰的作用相当于在瞬时
中心的一个实铰的作用。
19
20
规则二 (三刚片规则): 三个刚片用不全在一条直线上的三个单铰(可以
是虚铰)两两相连,组成无多余约束的几何不变体 系。
两个平行链杆构成沿平行方向上的无穷远虚铰。
三个刚片由三个单铰两两相连,若三个铰都有交 点,容易由三个铰的位置得出体系几何组成的结论 。当三个单铰中有或者全部为无穷远虚铰时,可由 分析得出以下依据和结论:
1、当有一个无穷远虚铰时,若另两个铰心的连 线与该无穷远虚铰方向不平行,体系几何不变;若 平行,体系瞬变。
3、通过依次从外部拆除二元体或从内部(基础、 基本三角形)加二元体的方法,简化体系后再作分 析。
41
第一部分 静定结构内力计算
静定结构的特性: 1、几何组成特性 2、静力特性 静定结构的内力计算依据静力平衡原理。
第三章 静定梁和静定刚架
§3-1 单 跨 静 定 梁
单跨静定梁的类型:简支梁、伸臂梁、悬臂梁 一、截面法求某一指定截面的内力
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1、单约束(见图2-2-2) 连接两个物体(刚片或点)的约束叫单约束。
1)单链杆(链杆)(上图) 一根单链杆或一个可动铰(一根支座链杆)具
有1个约束。 2)单铰(下图)
一个单铰或一个固定铰支座(两个支座链杆) 具有两个约束。 3)单刚结点
一个单刚结点或一个固定支座具有3个约束。
16
2、复约束 连接3个(含3个)以上物体的约束叫复约束。
三、对体系作几何组成分析的一般途径
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重心坐标的计算
通过物体的质量分布和形状,可以计 算出物体的重心坐标。
结构稳定性的定义
结构在受到外力作用时,能够保持其 平衡状态的能力。
稳定性的判断方法
通过计算结构的柔度矩阵和刚度矩阵, 判断结构是否稳定。
静力分析方法及实例
静力分析的基本步 骤
建立模型、施加约束和载荷、求解平衡方程、分析结果。
静力分析的实例
水利工程
在水利工程中,结构力学可用于大坝、水闸等水工建筑物的设计, 确保其能够承受静载和动载,以及水压力等作用。
机械结构力学实例
机械设备设计
在机械设备设计中,结构力学通过对机械部件的应力分析、振动分 析等,以确保设备的强度和稳定性。
机械零件制造
在制造过程中,结构力学可以指导选择合适的材料、确定合理的制 造公差等,以提高零件的使用寿命和可靠性。
动量
物体的质量乘以速度,是矢量。
动量矩
物体的转动惯量乘以角速度,是矢量。
动量定理
物体动量的变化等于物体所受合外力的冲量。
动量矩定理
物体动量矩的变化等于物体所受合外力矩的 冲量。
弹性力学基本方程
胡克定律 在弹性限度内,物体的应力与应变成正比,比例系数为弹性模量。
弹性力学基本方程 在三维空间中,物体的位移、应变和应力之间的关系,包括平 衡方程、几何方程和物理方程。
可靠性管理
在结构的整个生命周期内,对可靠性进行监控和维护,确保结构 的安全性和性能。
06
结构力学在工程实践中的 应用
建筑结构力学实例
房屋建筑
建筑结构力学在房屋建筑中应用广泛,如框架结构、剪力墙结构、 砖混结构等,用来确保建筑物的安全性和稳定性。
桥梁建筑
在桥梁设计中,结构力学分析可以帮助设计者确定桥梁的合理形状 和大小,确保其承载能力和稳定性。
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(a)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(b)
(3)桁架
在结点荷载作用下,桁架各杆 发生沿轴线方向伸长或缩短为 主的变形,并产生以轴力为主 的内力。因此,桁架杆又称拉 压杆,或二力杆。
(a) (b)
(4)拱:
拱在竖向荷载作用下会产生 水平支座反力(常称水平推 力)。
(a) (b)
(5)组合结构: (a) (b)
第四节 荷 载
被支承端相对支承物只能 (1) 转动,不能移动。铰支座 固定 对被支承物产生过铰心的 铰支 反力,由于该反力大小、 座 方向均待求,所以一般分
解为相互垂直的两个分力。
(2)活动铰支座
被支承物可绕铰链的铰心转动, 也可沿支承物的支承平面方向 移动。活动铰支座对被支承物 产生过铰心且垂直与支承平面 的反力。
1.杆件之间的 联结——结 点
铰结 点
铰结点所连各杆杆端可做相 对转动,但不能做相对移动。 铰结点不传递力矩,但传递 力。
铰结点构造示意图
0
0 0
铰结点简图
(2)刚结点
各杆端既不能做相对转动,也 不能做相对移动。刚结点可传 递力矩 ,也可传递力。
A1
A
刚结点及简图
2.结构与支承部分(或大地) 的联结——支座
A
(a)
A
A
(b)
(c)
(3)固定支座
被支承物相对支承物既不 能有转动,也不能有移动。 固定支座对被支承物产生 过支承点的两个相互垂直 的反力分量和一个反力矩。
A
A
(b) A (a)
(c)
A
(d)
A
(e)
(4)定向滑动支座
被支承部分只能发生沿支 承物平面的移动。定向滑 动支座对被支承物产生沿 支承平面垂直方向的反力 和反力矩。
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§2-3 几何不变体系的基本组成规则
二元体:两根不在一直线上的链杆连接成一个新结点的构 造称为二元体。
二元体规则 在一个体系上增加或拆除二元体,不会改变原有体系的几何构造性质。
铰结点
链杆
链杆 体系
§2-3 几何不变体系的基本组成规则
分析图示铰结体系
以铰结三角形123为基础,增加一个二元体得结点4, 1234为几何不变体系;如此依次增加二元体,最后的体系为几何不变体系,没 有多余联系。
瞬变体系
可变体系
瞬变体系
§2-7 几何构造与静定性的关系
体系
几何不变体系 (形状、位置不变)
几何可变体系 (形状、位置可变)
无多余联系 有多余联系
可变体系 瞬变体系
静定结构 超静定结构
§2-7 几何构造与静定性的关系 分析图a所示体系
分析图b所示体系
无多余联系的几何不变体系 由平衡方程→三个支反力 →截面内力→静定结构 有多余联系的几何不变体系 由平衡方程不能求全部反力
§2-1 概述
一般结构必须是 几何不变体系
几何不变体系—在不考虑材料应变的条件下,体系的位置 和形状是不能改变的。(图a)
几何可变体系—在不考虑材料应变的条件下,体系的位置和 形状是可以改变的。(图b)
§2-2 平面体系的计算自由度 自由度:确定体系位置所需的独立坐标数
一个点的自由度=2
一个刚片的自由度=2
第一章 绪论
§1-1 结构力学的研究对象和任务 §1-2 荷载的分类 §1-3 结构的计算简图 §1-4 支座和结点的类型 §1-5 结构的分类
§1-1 结构力学的研究对象和任务
结构:工程中担负预定任务、支承荷载的建筑物。 如:房屋、塔架、桥梁、隧道、挡土墙、水坝等。
《结构力学》讲义课件
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结构力学讲义第1章绪论§1-1 杆件结构力学的研究对象和任务结构的定义: 建筑物中支承荷载而起骨架作用的部分。
结构的几何分类:按结构的空间特征分类:空间结构和平面结构。
杆件结构力学的任务:(1)讨论结构组成规律与合理形式,以及结构计算简图的合理选择;(2)内力与变形的计算方法.进行结构的强度和刚度验算;(3)讨论结构稳定性及在动力荷载作用下的结构反应。
结构力学的内容(从解决工程实际问题的角度提出)(1) 将实际结构抽象为计算简图;(2) 各种计算简图的计算方法;(3) 将计算结果运用于设计和施工。
§1-2 杆件结构的计算简图1.结构体系的简化一般的构结都是空间结构。
但是,当空间结构在某一平面内的杆系结构承担该平面内的荷载时,可以把空间结构分解成几个平面结构进行计算。
本课程主要讨论平面结构的计算。
当然,也有一些结构具有明显的空间特征而不宜简化成平面结构。
2.杆件的简化铰支座(2) 滚轴支座(3) 固定支座4.(4)定向支座M5.材料性质的简化将结构材料视为连续、均匀、各向同性、理想弹性或理想弹塑性。
6.荷载的简化集中荷载与分布荷载§1-3 杆件结构的类型§1-4 荷载的分类2.4.刚架5.组合结构6.A B荷载可分为恒载和活载。
一、按作用时间的久暂荷载可分为集中荷载和分布荷载 荷载可分为静力荷载和动力荷载 荷载可分为固定荷载和移动荷载。
二、按荷载的作用范围三、按荷载作用的性质四、按荷载位置的变化• §2-1 几何组成分析的目的和概念几何构造分析的目的主要是分析、判断一个体系是否几何可变,或者如何保证它成为几何不变体系,只有几何不变体系才可以作为结构。
几何不变体系:不考虑材料应变条件下,体系的几何形状和位置保持不变的体系一、几何不变体系和几何可变体系几何可变体系:不考虑材料应变条件下,体系的几何形状和位置可以改变的体系。
二、自由度杆系结构是由结点和杆件构成的,我们可以抽象为点和线,分析一个体系的运动,必须先研究构成体系的点和线的运动。
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多物理场耦合的研究
未来结构力学将更加注重与流体力学、热力学等 其他物理场的耦合研究,以解决多场耦合的复杂 工程问题。
智能化技术的应用
人工智能、机器学习等技术在结构力学中的应用 将逐渐普及,为结构设计和优化提供新的思路和 方法。
结构力学的重要性
结构力学是工程设计中的关键环节,能够确保结构的稳定性 、安全性和经济性。
通过结构力学分析,可以预测结构的性能,优化设计方案, 提高工程质量。
结构力学的历史与发展
结构力学的发展可以追溯到古代的建 筑实践,如中国的长城、埃及的金字 塔等。
随着科学技术的发展,结构力学不断 吸收新的理论和方法,如有限元方法 、计算机辅助设计等,推动了结构力 学的进步和应用。
结构力学在工程实践中的挑战与机遇
复杂结构的分析
随着工程结构的日益复杂化,对结构 力学在复杂结构分析方面的要求也越 来越高,这既是一个挑战也是一个机 遇。
耐久性与安全性
绿色与可持续发展
随着对环境保护的重视,结构力学在 绿色建筑、节能减排等领域的应用将 更加广泛,为可持续发展提供技术支 持。
工程结构的耐久性与安全性是结构力 学的重要研究内容,未来将面临更多 的挑战和机遇。
02
结构力学的基本原理
静力学原理
静力学原理总结
静力学是研究物体在静止状态下受力与变形 的关系。
静力学基本概念
静力学涉及到的基本概念包括力、力矩、力 偶、约束等。
静力学平衡条件
静力学平衡条件是物体在力的作用下保持静 止或匀速直线运动的状态。
静力学应用
静力学原理广泛应用于工程结构、机械系统 等领域。
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x
结点自由度
y
φ
x
y
x
刚片自由度
2)一个刚片在平面内有三个自由度,因为确定 该刚片在平面内的位置需要三个独立的几何参
数x、y、φ。
4. 约束
凡是能减少体系自由度的装置就称为约束。
6
约束的种类分为:
1)链杆
简单链杆 仅连结两个结点的杆件称为简单 链杆。一根简单链杆能减少一个自由度,故一 根简单链杆相当于一个约束。
FyA
特点: 1) 结构在支座截面可以绕圆柱铰A转动 ; 2) x、y方向的反力通过铰A的中心。
29
3. 辊轴支座
A
A
FyA
特点: 1) 杆端A产生垂直于链杆方向的线位移; 2) 反力沿链杆方向作用,大小未知。
30
4. 滑动支座(定向支座)
A 实际构造
A
MA
FyA
A
MA
FyA
特点: 1)杆端A无转角,不能产生沿链杆方向的线 位移,可以产生垂直于链杆方向的线位移;
16
A
I
II
c)
B III C
形成瞬铰B、C的四根链杆相互平行(不等 长),故铰B、C在同一无穷远点,所以三个 铰A、 B、C位于同一直线上,故体系为瞬变 体系(见图c)。
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二、举例
解题思路: 基础看作一个大刚片;要区分被约束的刚片及
提供的约束;在被约束对象之间找约束;除复 杂链杆和复杂铰外,约束不能重复使用。
高等教育出版社
4
第一章 绪 论
§1-1 结构力学的内容和学习方法
§1-2 结构计算简图
5
§1-1 结构力学的内容和学习方法
一、结构
建筑物或构筑物中 承受、传递荷载而起 骨架作用的部分称为 结构。如:房屋中的 框架结构、桥梁、大 坝等。
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课件简介
本课件是《结构力学教材》的PPT课件,力求以生动有趣的方式帮助学生深入理解结构力学的相关知识 和概念。
课程体的变 形和热力学概念。
平面刚架静力学
研究平面刚架的受力分析和结构稳定性。
杆件静力学
探索杆件内力、杆件受力分析和结构稳定性。
平面框架静力学
了解平面框架的受力分析和结构稳定性。
梁静力学
梁的基本力学性质
深入研究梁的基础力学性质, 包括受力分析和结构稳定性。
梁的受力分析
通过实例和图解详细介绍梁的 受力分析方法。
梁的结构稳定性
了解梁的结构稳定性及其在实 际工程中的重要性。
薄壳静力学
薄壳的本构关系
学习薄壳的本构关系,包括应力应变关系和材料的物理特性。
薄壳的受力分析
详细介绍薄壳的受力分析方法及相关计算。
薄壳的结构稳定性
了解薄壳的结构稳定性,以及如何避免和解决结构失稳问题。
学习结论
通过学习本课件,学生将对结构力学的相关知识有更深入的理解,为今后的工程实践和研究打下坚实的 基础。
《结构力学辅导》课件
![《结构力学辅导》课件](https://img.taocdn.com/s3/m/6590fa6b2e60ddccda38376baf1ffc4fff47e25b.png)
结构力学的未来发展趋势
数值模拟与仿真
随着计算机技术的不断发展,数值模拟和仿 真在结构力学中的应用将更加广泛和深入。
多学科交叉
结构力学将与材料科学、物理学、化学等学科进行 更紧密的交叉,形成新的研究领域和方向。
智能化和数字化
利用人工智能、大数据等先进技术,实现结 构力学的智能化和数字化,提高设计效率和 精度。
变的概念、弹性变形和塑性变形等。
材料力学的基本假设
材料力学的基本假设包括连续性假设、均匀性假设、各向 同性假设和线性假设等。
材料的基本性质
材料的基本性质包括弹性模量、泊松比、剪切模量、屈服 点和极限强度等。
结构分析基础
结构分析基本概念
结构分析是研究结构在各种外力作用下产生的位移、应变、应力等响应的科学。结构分析 基本概念包括结构的组成、结构的分类、结构的几何特性和物理特性等。
结构分析的基本方法
结构分析的基本方法包括解析法和数值法。解析法是通过数学公式来描述结构的响应,而 数值法则是通过离散化的方法将结构划分为有限个单元,然后通过求解单元的平衡方程来 得到结构的响应。
结构分析的基本假定
结构分析的基本假定包括线性假定、小变形假定、材料连续假定和胡克假定等。这些假定 简化了问题的复杂性,使得我们能够通过数学模型来描述结构的响应。
结构力学的最新研究成果
01
基于机器学习的结 构优化设计方法
利用机器学习算法对大量数据进 行学习和分析,实现结构的优化 设计。
02
复合材料的力学行 为研究
研究复合材料的细观结构和宏观 力学性能之间的关系,为复合材 料的应用提供理论支持。
03
新型材料和结构的 力学性能研究
研究新型材料和结构的力学性能 ,包括超材料、拓扑材料等,探 索其潜在的应用价值。
《结构力学力法》课件
![《结构力学力法》课件](https://img.taocdn.com/s3/m/9e0e88331611cc7931b765ce0508763231127433.png)
力法的解题步骤包括构建基本体系、选择基本未知量、建 立线性方程组和求解线性方程组等。
力法的应用范围
静定结构和超静定结构的分析
01
力法可以用于分析静定结构和超静定结构的内力和位移,特别
是对于超静定结构的分析具有重要意义。
复杂结构的分析
02
对于复杂结构,如组合结构、多跨连续结构和空间结构等,力
法同样适用,能够提供有效的解决方案。
边界条件和支座反力的处理
03
力法能够方便地处理结构的边界条件和支座反力,使得问题得
到完整的解决。
力法的解题步骤
构建基本体系
首先需要将原结构拆分成若干个基本体系,以便 于应用力法公式。
建立线性方程组
根据力的平衡和变形协调条件,建立线性方程组 ,并求解该方程组以得到位移和内力。
《结构力学力法》ppt课件
目录
• 引言 • 力法的基本原理 • 力法的实际应用 • 力法的扩展知识 • 总结与展望
01
引言
结构力学的重要性
1
结构力学是土木工程学科中的重要分支,是研究 结构在各种力和力矩作用下的响应和行为的学科 。
2
结构力学对于工程结构的稳定性、安全性和经济 性具有重要意义,是工程设计和施工的基础。
缺点总结
力法需要预先设定结构的初始应力状态,有时难以确定。 力法对于非线性问题的处理能力有限,对于高度非线性结构可能需要
采用其他方法。 力法在处理复杂边界条件和连接时可能存在困难,需要特别注意。
力法在未来的应用前景
随着科技的不断进步和应 用需求的不断提高,力法 在未来的应用前景广阔。
随着新材料和新结构的出 现,力法将面临更多的挑 战和机遇。
力法的计算机实现
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§1-4 支座和结点的类型
(4)滑动支座(定向支座) 结构在支承处不能转动,不能沿垂直于支承面的方向移
动,但可沿支承面方向滑动。
图1
图2
§1-4 支座和结点的类型
结点:结构中杆件相互连接处。 (1)铰结点
各杆端不能相对移动但可相对转动,可以传递力但不 能传递力矩。
§1-4 支座和结点的类型
(2)刚结点
§1-2荷载的分类
荷载:作用在结构上的主动力
按作用时间久暂分 恒载:长期作用在结构上,如自重、土压力等; 活载:暂时作用在结构上,如列车、人群、风、雪等。 按作用位置是否变化分 固定荷载:恒载及某些活载,如风、雪等; 移动荷载:在结构上移动的,如列车、汽车、吊车等。
§1-2荷载的分类
按动力效应分 静力荷载:大小、方向和位置不随时间变化或变化很
缓慢的荷载,可以略去惯性力的影响; 动力荷载:随时间迅速变化的荷载,是结构产生不容
忽视的加速度,必须考虑惯性力的影响。
其他因素:温度变化、支座沉陷、制造误差、材料收 缩等也可以使结构产生内力和位移。
§1-3 结构的计算简图
结构计算简图 表现其主要特点,略去次要因素,代替实际结构的简化图形。
杆件的简化: 以轴线代替; 支座和结点的简化; 荷载的简化: 集中荷载和线分布荷载; 体系的简化: 空间结构简化为平面结构。
第一章 绪论
§1-1 结构力学的研究对象和任务 §1-2 荷载的分类 §1-3 结构的计算简图 §1-4 支座和结点的类型 §1-5 结构的分类
§1-1 结构力学的研究对象和任务
结构:工程中担负预定任务、支承荷载的建筑物。 如:房屋、塔架、桥梁、隧道、挡土墙、水坝等。
研究对象:杆件结构 任务: 计算结构在荷载等因素作用下的内力和位移; 结构的稳定性计算,及动力荷载作用下的反应; 结构的组成规则等。
超静定结构:在任意荷载作用下,结构的全部反力和 内力不能由静力平衡条件确定。
各杆端不能相对移动也不能相对转动,可以传递力也 能传递力矩。
§1-4 支座和结点的类型
(3)组合结点:部分刚结部分铰结的结点。
§1-5 结构的分类
按几何特征分
杆件结构 长度远大于其他两个尺度的杆件组成。
薄壁结构 其厚度远小于其他两个尺度的结构。
实体结构 三个方向尺度相近的结构。
§1-5 结构的分类
§1-4 支座和结点的类型
支座:连接结构与基础的装置。 (1)活动铰支座
允许结构在支承处绕铰A转动和沿m-n的方向移动。
§1-4 支座和结点的类型
(2)固定铰支座 允许结构在支承处绕铰A转动,A不能作水平和竖向移动。
§1-4 支座和结点的类型
(3)固定支座 不允许结构在支承处发生任何移动和转动。
§1-5 结构的分类
(6)悬索结构:主要承重构件为悬挂于塔、柱上的缆索, 索只受轴向拉力。
§1-5 结构的分类
按杆轴线和外力的空间位置分 平面结构:各杆轴线及外力均在同一平面内的结构。 空间结构:各杆轴线及外力不在同一平面内力是否静定分
静定结构:在任意荷载作用下,结构的全部反力和内力 都可以由静力平衡条件确定。
杆件结构按其受力特性分
(1)梁:受弯杆件,轴线一般为直线。 有单跨的和多垮的。
§1-5 结构的分类
(2)拱:拱的轴线为曲线,在竖向荷载作用下会产生 水平反力。
(3)刚架:受弯直杆组成并有刚结点。
§1-5 结构的分类
(4)桁架:有直杆组成,结点均为铰结点,作用结点荷 载,杆件只产生轴力。
(5)组合结构:由桁架和梁(或刚架)组合的结构。