第5章 超静定结构(I) new

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材料力学_超静定结构

材料力学_超静定结构

B1
1
B
C1 No
C
a
IAm1 ag2e
A
a
l
e
C1
C'
3
B1
1
C1
A1
2
l1 = l2
B C
A
l C1
3
l3 e
C''
(1)变形几何方程为 Δl1 Δl3 Δe
(2)物理方程
Δl1
FN1l1 EA
Δl3
FN3l E3 A3
FN1
B'
(3)补充方程
FN3l Δe FN1l
E3 A3
EA
FN3 C' FN2 A'
判断下列结构属于哪类超静定
(a)
外力超静定
(b)
内力超静定
(c)
混合超静定
(d)
外力超静定
(e)
内力超静定
(f)
混合超静定
三、工程中的超静定结构( Statically indeterminate structure in engineering)
在机械和工程结构中常采用超静定结构增加系统的刚度,提 高构件的承载能力 .
A
(3)补充方程
l ΔT
l
FRB l EA
(4)温度内力
FRA A
FRB EA l ΔT
由此得温度应力
T
FRB A
l E ΔT
B
lT B'
lF
B
B'FRB
§2-3 简单超静定梁的解法—变形比较法
求解超静定梁的步骤
q
(procedure for solving a statically

超静定结构总论课件

超静定结构总论课件

实例分析
赵州桥
中国著名的古代石拱桥,采用弹性连接 超静定结构,具有较好的抗震性能。
VS
金门大桥
美国著名的钢斜拉桥,采用平衡超静定结 构,具有较高的承载能力。
超静定结构的优缺点及应用
优点
稳定性强
超静定结构由于有多余约束,可以提 供额外的稳定性,使得结构在受到外 力作用时不易发生过大变形。
承载能力高
和计算能力,设计过程相对复杂。
维护困难 超静定结构的维护和检修需要专业的 技术和设备支持,维护成本和维护难
度相对较大。
成本高 由于超静定结构的构造复杂,需要更 多的材料和施工成本,因此其成本相 对较高。
延性较差 超静定结构的延性相对较差,在地震 等突然作用下容易发生脆性破坏。
应用领域
桥梁工程
超静定结构在桥梁工程中应用广泛,如连续梁桥、 拱桥等。
THANKS
感谢观看
各杆件间通过弹性连接传递力和变形, 具有较好的抗震性能。
按受力特性分 类
平衡超静定结构
结构在受力状态下能保持平衡状态,如斜拉桥。
稳定超静定结构
结构在受力状态下需要依靠自身稳定性保持平衡,如拱桥。
按材料特性分 类
钢超静定结构
采用钢材制作,具有较高的承载能力和塑性变形能力。
混凝土超静定结构
采用混凝土制作,具有较好的抗压能力和耐久性。
工程应用进展
大型工程应用
超静定结构在大型工程中得到了广泛应用,如大型桥梁、高层建筑 等,其优良的性能和稳定性得到了充分验证。
新型超静定结构体系
随着研究的深入,出现了多种新型超静定结构体系,如预应力超静 定结构、杂交超静定结构等,满足了多样化的工程需求。
跨学科应用
超静定结构在跨学科领域也得到了应用,如生物医学、航天航空等, 展现了广泛的应用前景和发展潜力。

超静定结构的概念及超静定次数的确定(PPT)

超静定结构的概念及超静定次数的确定(PPT)

04 超静定结构的实际应用
桥梁工程
桥梁工程中,超静定结构的应用可以增加结构的稳定性和安全性,提高桥梁的承 载能力。例如,连续梁桥采用超静定结构形式,可以减小梁体的振动和变形,提 高行车舒适性和安全性。
此外,超静定结构在桥梁工程中还可以用于抵抗风、地震等自然灾害的影响,提 高桥梁的抗震性能和抗风能力。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
渐进法
总结词
通过逐步逼近的方法求解超静定结构的位移和内力的方法。
详细描述
渐进法是一种基于迭代思想的求解方法,通过逐步逼近的方法求解超静定结构的位移和内力。该方法首先假设一 组初始解,然后逐步修正解的近似值,直到满足精度要求或达到预设的迭代次数为止。渐进法可以处理复杂的超 静定结构问题,具有较高的计算效率和精度。
建筑工程
在建筑工程中,超静定结构的应用可以提高结构的稳定性和 刚度,增强建筑物的承载能力和抗震性能。例如,高层建筑 采用超静定结构形式,可以减小风力、地震等外部荷载对建 筑物的影响,保证建筑物的安全性和稳定性。
此外,超静定结构在建筑工程中还可以用于优化建筑物的空 间布局和结构形式,提高建筑物的美观性和实用性。
超静定结构
在任何一组确定的平衡力系作用 下,需要用多余的约束条件才能 确定结构的平衡状态的体系。
超静定结构的特性
具有多余的约束
超静定结构有多余的约束,这些 多余的约束可以提供额外的稳定 性,使结构在受到外力作用时具
有更好的抵抗变形的能力。
存在内力
由于超静定结构的约束多余,当 受到外力作用时,会在结构内部 产生内力,这些内力有助于抵抗
判别准则二
如果一个结构的支座反力数目小于其约束数目, 则该结构为超静定结构。
判别准则三
如果一个结构的受力状态不能由静力平衡方程完 全确定,则该结构为超静定结构。

二建:建筑结构与建筑设备讲义. 第五章第四节 图乘法求位移及第五节 超静定结构(一)

二建:建筑结构与建筑设备讲义. 第五章第四节 图乘法求位移及第五节 超静定结构(一)

第四节图乘法求位移略第五节超静定结构一、平面体系的几何组成分析(一)几何不变体系、几何可变体系1.几何不变体系在不考虑材料应变的条件下,任意荷载作用后体系的位置和形状均能保持不变[图5-56 (a)、(b)、(c)]。

这样的体系称为几何不变体系。

2.几何可变体系在不考虑材料应变的条件下,即使在微小的荷载作用下,也会产生机械运动而不能保持其原有形状和位置的体系[图5-56 (d)、(e)、(f)]称为几何可变体系(也称为常变体系)。

(二)自由度和约束的概念1.自由度图5-56在介绍自由度之前,先了解一下有关刚片的概念。

在几何组成分析中,把体系中的任何杆件都看成是不变形的平面刚体,简称刚片。

显然,每一杆件或每根梁、柱都可以看作是一个刚片,建筑物的基础或地球也可看作是一个大刚片,某一几何不变部分也可视为一个刚片。

这样,平面杆系的几何组成分析就在于分析体系各个刚片之间的连接方式能否保证体系的几何不变性。

图5-57自由度是指确定体系位置所需要的独立坐标(参数)的数目。

例如,一个点在平面内运动时,其位置可用两个坐标来确定,因此平面内的一个点有两个自由度[图5-57(a)]。

又如,一个刚片在平面内运动时,其位置要用x、y、φ三个独立参数来确定,因此平面内的一个刚片有三个自由度[图5-57 (b)]。

由此看出,体系几何不变的必要条件是自由度等于或小于零。

那么,如何适当、合理地给体系增加约束,使其成为几何不变体系是以下要解决的问题。

2.约束和多余约束减少体系自由度的装置称为约束。

减少一个自由度的装置即为一个约束,并以此类推。

约束主要有链杆(一根两端铰接于两个刚片的杆杆称为链杆,如直杆、曲杆、折杆)、单铰(即连接两个刚片的铰)和刚结点三种形式。

假设有两个刚片,其中一个不动设为基础,此时体系的自由度为3。

若用一链杆将它们连接起来,如图5-58(a)所示,则除了确定链杆连接处A的位置需一转角坐标外,确定刚片绕A转动时的位置还需一转角坐标,此时只需两个独立坐标就能确定该体系的运动位置,则体系的自由度为2,它比没有链杆时减少了一个自由度,所以一根链杆相当于一个约束;若用一个单铰把刚片同基础连接起来,如图5-58 (b)所示,则只需转角坐标够就能确定体系的运动位置,这时体系比原体系减少了两个自由度,所以一个单铰相当于两个约束;若将刚片同基础刚性连接起来,如图5-58 (c),则它们成为一个整体,都不能动,体系的自由度为0,因此刚结点相当于三个约束。

自考结构力学_超静定结构的内力和位移

自考结构力学_超静定结构的内力和位移

取C结点,如图6.12c所示,由∑y=0 得: 4 NCA = QCB = ql 7
取结点B,由∑X=0 ,已知 3 得 NBC = ql 7
3 x2 = ql 7
图6.12 求各杆轴力及剪力
三、力法典型方程
支座移动时的计算
X1
d11 X 1 d12 X 2 D1c = 0 h d 21 X 1 d 22 X 2 D 2c =
1、力法基本未知量 结构的多余约束中产生的多余未知力(简称多 余力)。
2、力法基本体系 力法基本结构,是原结构拆除多余约束后得到的 静定结构;力法基本体系,是原结构拆除多余约束 后得到的基本结构在荷载(原有各种因素)和多余 力共同作用的体系。
3、力法基本方程 力法基本体系在多余力位置及方向与原结构位移 一致的条件。 方程中的系数和自由项均是静定结构的位移计算 问题,显然,超静定转化为静定问题。
1 (d 11 ) k 25 X 1 = ql ( ) 32 5 X 1 = ql ( ) (c) 4

基 本 体 系
M图由M = M1 X1 M P 作出:
温度内力的计算
画出 M 1 , M 2 , N1 , N 2 图 计算
t1 t1 t2 t1 X1
t1 t2
梁刚架: 系 数 桁 架:
d d
d
M i yi = i ds= ii EI EI j yi Mi M j ds = ij = EI EI 2 N l = i ii EA
2


自由项
梁刚架:
桁 架:
d ij = EA M M ds D iP = EI
Ni N jl
d11 X1 d12 X 2 D1P = 0 d 21 X1 d 22 X 2 D2 P = 0

超静定结构内力计算不错讲义.pptx

超静定结构内力计算不错讲义.pptx
余未六知力、引超起静。 定结构的位移计算
超静定结构的力法计算的基本思想是利用静定的基本体系来计算多余未知力, 基本体系的内力、变形与原来超静定结构完全相同。因此,在求解超静定结构的位移
时,仍可以借助于基本体系,把已求出的多余力当作主动力来看待,采用前面的静定
结构求位移的方法即可以求出基本体系的位移,该位移也就是原来超静定结构中相应
X1
3EI l2
(
a) l
(3) 求内力。原超静定结构内力与基本体系相同,而支座移动在基本体系(静定结
构)中不引起内力,所以最后弯矩为:
M= M i X i
i
第15页/共52页
力法
原结构的弯矩图如图6.13(e)所示。 由此可以看出,计算超静定结构由于支座移动引起的内力时,其力法方程右端 项应等于原结构相应处的位移,而自由项为基本结构由于支座移动产生的与多余未知 力相应的位移。该两项可直接由基本结构中变形关系求出。结构的最后内力全部由多
力法
下面结合具体例子说明力法的运用。 【例6.2】 用力法计算如图6.10(a)所示的刚架,各杆的EI 相等且为常数,绘制内力图。
图6.10 超静定刚架
解 (1) 由几何组成分析知,该结构是二次超静定结构,去掉处的两个多余约束, 得到基本结构,如图6.10(b)所示。
第10页/共52页
力法
(2) 由已知点的位移条件,列出力法的典型方程:
第5页/共52页
力法
△1 =0 ,
△2=0
图6.9 力法解二次超静定刚架
第6页/共52页
力法
设各单位未知力X1=1、X2=1 和荷载分别作用于基本结构上,A点沿X1 方向的位 移分别为δ11、 δ12、 △1P ;沿X2 方向的位移分别为δ21、 δ22、 △2P (如图6.9(c)、(d)、 (e))所示。根据叠加原理,上述位移条件可表示为:

结构力学

结构力学

第五章 超静定结构计算——位移法一、判断题:1、判断下列结构用位移法计算时基本未知量的数目。

(1) (2) (3)(4) (5) (6)EIEIEIEI2EI EIEIEIEA EA ab EI=EI=EI=244422、位移法求解结构内力时如果P M 图为零,则自由项1P R 一定为零。

3、位移法未知量的数目与结构的超静定次数有关。

4、位移法的基本结构可以是静定的,也可以是超静定的。

5、位移法典型方程的物理意义反映了原结构的位移协调条件。

6、图示结构,当支座B 发生沉降∆时,支座B 处梁截面的转角大小为12./∆l ,方向为顺时针方向,设EI =常数。

7、图示梁之 EI =常数,当两端发生图示角位移时引起梁中点C 之竖直位移为(/)38l θ(向下)。

/2/22l l θθC8、图示梁之EI =常数,固定端A 发生顺时针方向之角位移θ,由此引起铰支端B 之转角(以顺时针方向为正)是-θ/2 。

9、用位移法可求得图示梁B 端的竖向位移为ql E I 324/。

ql二、计算题:10、用位移法计算图示结构并作M 图,各杆线刚度均为i ,各杆长均为 l 。

11、用位移法计算图示结构并作M 图,各杆长均为 l ,线刚度均为i 。

12、用位移法计算图示结构并作M 图,横梁刚度EA →∞,两柱线刚度 i 相同。

q 213、用位移法计算图示结构并作M 图。

E I =常数。

ll /2l /2第四章 超静定结构计算——力法一、判断题:1、判断下列结构的超静定次数。

(1)、 (2)、(a )(b)(3)、 (4)、(5)、 (6)、(7)、(a)(b)2、力法典型方程的实质是超静定结构的平衡条件。

3、超静定结构在荷载作用下的反力和内力,只与各杆件刚度的相对数值有关。

4、在温度变化、支座移动因素作用下,静定与超静定结构都有内力。

5、图a 结构,取图b 为力法基本结构,则其力法方程为δ111X c =。

(a)(b)X1第二章 静定结构内力计算一、判断题:1、静定结构的全部内力及反力,只根据平衡条件求得,且解答是唯一的。

第五章力法51 超静定结构概述

第五章力法51 超静定结构概述

第五章 力 法§5—1 超静定结构概述超静定结构是工程实际中常用的一类结构,前已述及,超静定结构的反力和内力只凭静力平衡条件是无法确定的,或者是不能全部确定的。

例如图5—1a所示的连续梁,它的水平反虽可由静力平衡条件求出,但其竖向反力只凭静力平衡条件就无法确定,因此也就不能进一步求出其全部内力。

又如图5—1b所示的加劲梁,虽然它的反力可由静力平衡条件求得,但却不能确定杆件的内力。

因此,这两个结构都是超静定结构。

分析以上两个结构的几何组成,可知它们都具有多余约束。

多余约束上所发生的内力称为多余未知力。

如图5—1a所示的连续梁中,可认为B支座链杆是多余约束,其多余未知力(图5—1c)。

又如图5—1b所示的加劲梁,可认为其中的BD杆是多余约束,其多余为FBy未知力为该杆的轴力F(图5—d)。

超静定结构在去掉多余约束后,就变成为静定结构。

N常见的超静定结构类型有:超静定梁(图5—2),超静定刚架(图5—3),超静定桁架(图5—4),超静定拱(图5—5),超静定组合结构(图5—6)和铰接排架(图5—7)等。

超静定结构最基本的计算方法有两种,即力法和位移法,此外还有各种派生出来的方法,如力矩分配法就是由位移法派生出来的一种方法。

这些计算方法将在本章和以下两章中分别介绍。

§5—2 力法的基本概念在掌握静定结构内力和位移计算的基础上,下面来寻求分析超静定结构的方法。

先举一个简单的例子加以阐明。

设有图5—8a 所示一端固定另一端铰支的梁,它是具有一个多余约束的超静定结构。

如果以右支座链杆作为多余约束,则去掉该约束后,得到一个静定结构,该静定结构称为力法的基本结构。

在基本结构上,若以多余未知力代替所去约束的作用,并将原有荷载q 作用上去,则得到如图5—8b 所示的同时受荷载和多余未知力作用的体系。

该体系称为力法的基本体系。

在基本体系上的原有荷载是已知的,而多余力是未知的。

因此,只要能设法先求出多余未知力,则原结构的计算问题即可在静定的基本体系上来解决。

超静定结构的内力

超静定结构的内力
通过对大型机械设备的超静定结构进行优化 设计,提高设备的运行效率和安全性,降低 能耗和维护成本。
06 超静定结构的应用与发展趋势
CHAPTER
应用领域
桥梁工程
建筑工程
超静定结构在桥梁设计中应 用广泛,如斜拉桥、拱桥等, 能够提供更高的承载能力和
稳定性。
超静定结构在高层建筑、大 跨度结构等建筑工程中具有 重要应用,能够增强结构的
优化设计方法
数学模型法
有限元法
遗传算法
建立超静定结构的数学模型, 包括受力分析、位移分析、 稳定性分析等,以便进行优 化设计。
利用有限元分析软件对超静 定结构进行离散化分析,得 到结构的内力和位移等结果, 为优化设计提供依据。
采用遗传算法等智能优化算 法对超静定结构进行优化设 计,寻找最优解或近似最优 解。
超静定结构的内力
目录
CONTENTS
• 超静定结构的基本概念 • 超静定结构的内力分析方法 • 超静定结构的内力计算 • 超静定结构的稳定性分析 • 超静定结构的优化设计 • 超静定结构的应用与发展趋势
01 超静定结构的基本概念
CHAPTER
定义与特点
定义
超静定结构是指具有多余约束的结构, 即结构的自由度小于其独立刚体的自 由度。
抗震性能和承载能力。
机械工程
航空航天工程
超静定结构在机械设计中用 于制造高强度、高刚度的零 部件,提高机械设备的稳定
性和可靠性。
超静定结构在航空航天领域 的应用,如飞机机身、火箭 发动机壳体等,能够提供更
高的结构强度和稳定性。
发展趋势
优化设计
随着计算机技术的发展,超静定结构的优化设计成为研究 热点,旨在寻求更轻量化、高效的结构形式。

超静定结构-力法基本原理ppt课件

超静定结构-力法基本原理ppt课件

解除约束转 基本结构承受荷 化成静定的 载和多余未知力
基本体系受力、变形解法已知
精选课件
4
力法的基本思路
用已掌握的方法,分析单个基本未 知力作用下的受力和变形
位移包含基本未知力Xi
同样方法分析 “荷载”下的 受力、变形
为消除基本结构与原结构差别,建立位移协调条件
11121P 1 由此可解得基本未知力,从 21222P 2 精选而课件解决受力变形分析问题 5
结论:对计算结果除需进行力的校核外, 还必需进行位移的校核。
FP (×Fpa)
AxE 11Ia223 2838 FPa2E 11I[1 2838 FPa223a
1 21 85 8 FPa2a 3F 精1 选P课a件6 3]0
链 举 31 例
2. 力法解超静定结构举例
例 1. 求解图示两端固支梁。
力法基本思路小结
根据结构组成分析,正确判断多于约束个 数——超静定次数。
解除多余约束,转化为静定的基本结构。 多余约束代以多余未知力——基本未知力。
分析基本结构在单位基本未知力和外界因 素作用下的位移,建立位移协调条件——力 法典型方程。
从典型方程解得基本未知力,由叠加原理
获得结构内力。超静定结构分析通过转化为
(6) 解方程求未知力 X i
精选课件
26
(7)根据叠加原理作超静定结构的内力图
M M iXiM PFNFNiXiFNP
i
i
FQ i FQiXiFQP
(8) 任取一基本结构,求超静定结构的位移
例如求 K 截面竖向 FP 位移:
K (×Fpa)
精选课件
27
KyE 11Ia826 5838 FPa2E 11I[1 2(838 FPa1 85 8 FPa)

超静定结构

超静定结构

A
2)几何方程——变形协调方程:
l3 l2
l1
A2
A1
A3
y
F
FN3 FN1
FN2
aa
A
x
l1 l2 L3 cosa
3)物理关系
FN1L1 FN 3L3 cosa
E1 A1 E3 A3
4)联解方程得:
FN1

FN 2

E1A1F cos2 a 2E1A1 cos3 a E3 A3
解:一次超静定问题
取支座 B 截面上的相对转 动约束为多余约束。
A
基本静定系为在 B 支座截 面上安置铰的静定梁
多余反力为分别作用于简
支梁 AB 和 BC 的 B 端处
的一对弯矩 MB 。
变形相容条件为,简支
梁 AB 的 B 截面转角和
A
BC 梁 B 截面的转角相等
B B
20 kN/m
FB

3 8
ql
按平衡方程求出
FA

5 8
ql
M
A

1 8
ql 2
A
B
B
FB
B
wBq
wBFB
B
FB
例6-10 梁 A C 如图所示, 梁的 A 端用一钢杆 AD 与梁 AC 铰接, 在梁受荷载作 用前, 杆 AD 内没有内力, 已知梁和杆用同样的钢材制成, 材料的弹性模量为 E, 钢 梁横截面的惯性矩为 I, 拉杆横截面的面积为 A, 试求钢杆 AD 内的拉力 FN。
B
30 kN
C D
4m
20kN/m
B
3m
MB
2m 30 kN
C D

超静定结构总论

超静定结构总论

分区混合法
12 FP 144 X 1 6Z 2 0 EI EI 6 X 1 2 EIZ 2 4 FP 0
4 X 1 FP 27 14 FP Z2 9 EI
M M1 X1 M 2 Z2 M P
分区混合法
4 混合分区的典型方程
X P 0 R r r Z P 0
预应力——典型例子
支座简图与弹性支撑概念
弹性支撑概念的应用 (1)当结构中某部分承受荷载时,可把这部分从结构 中分割出来,看成一个具有弹性支撑的结构,而把相邻 部分看成弹性支座。 ■刚架
* M A SA A
* M B SB B
支座简图和弹性支撑概念
■直墙式隧道衬砌
支座简图和弹性支撑概念
位移法求解:
r11Z1 R1P 0
45i r11 7 3ql 2 R1P 56
2
Z Z
基本结构
1 R1P r11 ql 120i
M1图
3i
r11
24 i 7
M M1Z1 M P
ql 2 ql 2 8 14 R1P
MP图
M图
分区混合法
1分区混合的基本未知量 和基本体系 多余约束少、结点位移多的部分 ——用力法分析(a区) ; 多余约束力多、结点位移少的部分 ——区用位移法分析(b) 。 实际结构 2 混合分区的基本方程 ——变形协调条件和平衡条件
广义基本结构、广义单元和子结构的应用
4 例题 已知:EI=常数。 求:连续梁内力。
力法求解: 11 X1 1P 0
M1图
5l ql 3 11 1P 8EI 16 EI 1P ql 2 X1 11 10
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§2.6 Element equivalent nodal load vector
Local: P = − F
e E Fe
Global: PEe = − F Fe
5(I) - 14
§3 Global analysis
§3.1 Joint equil. eqs.
(as in S.D.) Note: • a joint disp. => a equil. eq. • constrained disp. => no equil. eq.
No. of global disp. = No. of joint equil. eqs E-Location vector (>0) = Global equil. eq. numbers
5(I) - 15
§3.2 Joint disp. conforming
• Number global joint disp.; form global joint disp. vector ∆ • Form global equil. eqs. K∆ = P
5(I) - 2
More examples:
real,target :: a,b real,pointer:: p,q a = 3.14 b = 2.0 p => a ! p = a = 3.14 q => b ! q = b = 2.0 q = p ! ( q pointing to b ) = ( p pointing to a ) !i.e. all = 3.14
e 6×6
F 1 k11 k12 Δ1 F1 F + F = Blocked F 2 k21 k22 Δ2 F2
5(I) - 10
e
e
e
e
Element stiffness matrix:
EA EA 0 0 − l l 12 EI 6 EI 0 0 3 2 l l 4 EI 0 6 EI 0 2 l l ke = EA l 0 对称 0 0 − 12 EI l3 6 EI − 2 l 0 12 EI l3 6 EI − 2 l 0 6 EI 2 l 2 EI l 0 6 EI − 2 l 4 EI l
5(I) - 4
§1 Introduction
Features of S.I. structures:
• •
needs stiffness, material properties disp. conforming + static equil.
Prog. Approach — stiffness/disp. method • can be used for both S.D. and S.I. structures • disp. and internal forces are given same time
(1)
e FX = s eΔ + FXFe
e
(2)
Substitute (2) into (1):
F =h
e
e
e e 6×3 3×6
e
s Δ +h F
e 6×3
Fe
e
Fe X
+F
e p
(3) F =k Δ +F {E-end forces}=[E-stiffness]{E-end disp.}+{Fixed end forces}
F =h F +F
e X e e e p
e
e
FN1 M1 M 2
e
0 − q l 2 0 + 0 q l − 2 0
e
(1)
{E-end forces} = [equil.]{E-internal} + {load}
i —— direction; j —— cause
5(I) - 12
§2.5 Global coordinate transformation
( x, y)
e
α
( x, y )
e e T e
Local
T
TT F
Fe T
Global
Fe
F =T F ⇒ F =T F
=T F
Δ = T Δe ⇒ Δe = T TΔ
5(I) - 3
5. 5. Statically Statically Indeterminate Indeterminate Structure Structure
§1 Introduction §2 Element analysis §3 Global analysis §4 Storage of variable band matrix §5 Decomposition of stiffness matrix §6 Illustrative examples
F = s Δ + FXFe
e X e e
(2)
{E-unknown forces} = [stiffness]{E-end disp.} + {Fixed end forces}
5(I) - 9
§2.4 Element stiffness eq.
We know:
F = h FXe + F p
e e e
e
e
∴ F e = T T F e = T T k eΔe + T T F Fe
= T T k eTΔe + T T F Fe = k eΔe + F Fe
ke = T T k e T, F Fe = T T F Fe
5(I) - 13
Properties of element stiffness matrix
F90 a feature a week
! pointer
Pointer is an attribute of a variable, and can be used to point to variables of the same data type; A pointed target must have target or pointer attribute a pointer is a nickname or a title real,target :: a,b,EDisp(6) !can be pointed real,pointer :: p1,p2 ! title: 班长、课代表 !p1,p2 are pointers, can point real data real,pointer :: G(:) ! 先进集体 !G is a pointer, can point to 1D real array
e
Fixed-end force vector:
0 ql − 22 − q l 12 = 0 ql − 2 ql 2 12
e
F Fe
5(I) - 11
Physical meaning of stiffness coefficients
近4, 远2, 线负6
5(I) - 8
Matrix form:
u1 EA − EA 0 0 0 0 υ 0 l 1 l F EI EI EI EI N1 θ 1 ql 2 0 − 6 2 2 + − M1 = 0 6 2 4 u2 12 l l l l 2 M 2 EI EI EI EI υ 0 6 2 2 0 − 6 2 4 2 ql l l l l 12 θ 2
5(I) - 5
§2 Element analysis
§E-internal force equil. (review)
e.g. uniform load M2 F N1 M1 FN1 Equil.
q
Fx 2
qFx1l来自Fy 2M2M1
Fy1
M1 + M 2 ql − − l 2 M1 + M 2 ql − l 2
Expand the i-row (no loading):
F = k Δ + k Δ +!+ k Δ +!
If let: 0
e i
e i
e i1
e 1
e i2
e 2
e ij
e j
0
e i
1
1 Δ = 0
i= j i≠ j
F =k
e ij
k =
e ij
Force along the i-th direction due to the the j-th unit disp.
5(I) - 1
• Pointer is a “title”, the above declaration established several “titles”, but not yet given to any variables, and hence are all pointing to null (no memory used). a = 3.0 p1 => a ! p1 pointing to a ! title p1 is given to a,the data of a has two names: fixed name a and a floating name p1; either one can be used (p1 — 班长, a — John) a = 4.0 ! a is 4.0, p1 is also 4.0 p1 => b ! 班长 is changed to s.b. else G => EDisp ! 先进集体 is issued !EDisp(:) and G(:) have same length, same effect using G or using EDisp
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