结构力学——位移法
结构力学中的位移法

QBA
23
QBA 1.5iB 0.75i 6
QDC MDC
QCD
QCD
3i 42
(4)解位移法方程
10iB 1.5i 4 0...........(1) 6iB 3.75i 24 0........(2)
B
0.737 i
7.58 i
(5)弯矩图
MAB= -13.896 kN·m
由于原结构没有附加刚臂:因此附加约束上的附加内力应等于0,按此可列出 求解结点位移的基本方程。
3
1 2 i 3 4 5
B
B
P
B
A i
Ai ,li
B
B
ui
Ni
ui sini
i B
B
选择 基本 未知
物N理i 条件ElAi i ui
ui sini
变形条件
Ni
EAi li
sin i
Ni
EAi li
l
3ql 2 16
§8-5 有侧移刚架复的习计角算变位移方程中的杆端剪力:
M
AB
3i l
QmAABB
33llii1qA6l3i 3l q2i8l2Q51qAF6Bl2
C
MQBCAD
3i l
3ql2
QBA16
3i l
A
3i l2
QBFA
B
D
i1
q
i
i
A
C
x 0 QBA QDC 0
其中
C 9.
8
D
M图 (kN m)
1.7
17
E
4.89 F
无侧移刚架位移法分析小结
1、有几个未知结点位移就应建立几个平衡方程;
位移法结构力学知识点概念讲解

位移法结构力学知识点概念讲解位移法是结构力学中常用的一种分析方法,通过计算结构的位移来求解结构的内力、应力和变形等问题。
它的基本思想是建立结构的位移与应力之间的关系,并利用位移方程和边界条件,求解结构的位移分布,进而获得结构内力、应力和变形等信息。
1.位移概念:结构的位移是指结构中各点相对于参考点的位置变化量。
通常用向量形式表示,位移向量包含所有结构节点的位移分量。
位移分量包括两个方向的位移:横向位移和纵向位移。
横向位移是结构在水平方向上的位置变化,纵向位移是结构在垂直方向上的位置变化。
2.位移分布方程:位移分布方程是描述结构位移与应力之间关系的基本方程。
根据结构的力学特性和边界条件,可以建立位移方程。
一般情况下,位移方程包含多个线性方程,通过求解这些方程组,可以得到结构的位移分布。
常用的位移分布方程包括静平衡方程、变形方程和边界条件等。
3.静平衡方程:静平衡方程是结构力学中最基本的方程之一,它描述结构受力平衡的条件。
根据牛顿第二定律,结构的受力和位移之间存在其中一种关系。
通过建立结构受力平衡的方程,可以获得结构的位移分布。
4.变形方程:变形方程是位移法分析中的重要概念,它用来描述结构的变形与应力之间的关系。
根据结构力学理论,结构受到外力作用时,会发生形变,形成内力和应力。
通过建立变形方程,可以求解结构内力和应力分布。
5.边界条件:边界条件是位移法中必须考虑的条件,它是解决位移方程的关键因素。
边界条件主要包括结构的支座约束条件和结构受力边界条件。
支座约束条件指明结构的一些节点固定或受到特定的位移限制,受力边界条件指明结构的一些部分受到特定的外力或力矩作用。
6.内力和应力计算:通过求解结构的位移分布,可以计算得到结构的内力和应力。
内力是指结构中各点所受的力的大小和方向,包括轴力、剪力和弯矩等。
应力是指结构内部各点处的应力大小和方向,包括正应力和剪应力等。
7.变形计算:位移法可以用来计算结构的变形情况,包括横向变形和纵向变形。
结构力学第8章位移法

结构力学第8章位移法位移法是结构力学中一种常用的分析方法。
它基于结构物由刚性构件组成的假设,通过计算结构在外力作用下产生的位移和变形,进而推导出结构的反力和应力分布。
位移法的基本思想是将结构的局部位移组合成整体位移,通过建立位移和反力之间的关系,解决结构的力学问题。
位移法的分析步骤通常包括以下几个方面:1.建立结构的整体位移函数。
位移函数是位移法分析的基础,通过解结构的运动方程建立结构的位移与自由度之间的关系。
2.应用边界条件。
根据边界条件,确定结构的支座的位移和转角值。
支座的位移和转角值可以由结构的约束条件和外力产生的位移计算得出。
3.构建位移方程组。
将结构的整体位移函数带入到结构的平衡方程中,得到位移方程组。
位移方程组是未知反力系数的线性方程组。
4.解位移方程组。
通过解位移方程组,求解未知反力系数。
可以使用高斯消元法、克拉默法则或矩阵方法等解方程的方法求解。
5.求解反力和应力分布。
通过已知的位移和未知的反力系数,可以计算出结构的反力和应力分布。
这些反力和应力分布可以进一步用于结构的设计和评估。
位移法的优点是适用范围广泛,适合复杂结构的分析。
它可以处理线性和非线性的结构,包括静力学和动力学的分析。
同时,位移法具有较高的精度和准确度,在结构的分析和设计中得到广泛应用。
然而,位移法也存在一些限制。
首先,位移法假设结构是刚性的,忽略了结构的变形和位移过程中的非线性效应。
其次,位移法需要建立适当的位移函数,对于复杂结构来说,这是一个复杂和困难的任务。
此外,位移法在处理大变形和非线性结构时可能会遭遇困难。
综上所述,位移法是结构力学中一种重要的分析方法。
它通过计算结构的位移和变形,推导出结构的反力和应力分布,为结构的设计和评估提供基础。
然而,位移法也存在一些限制,需要在具体的分析问题中谨慎应用。
结构力学I第7章 位移法

2015-12-21
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LOGO §7-2单跨超静定梁的形常数与载常数
2015-12-21
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LOGO
§7-3 位移法解无侧移刚架
如果刚架的各结点只有角位移而没有线位移,这种刚架 称为无侧移刚架。
位移法计算:
为什么不选结点C?
取结点角位移 ������������ 作为基本位置量。 C为支座结点!
6i 6i
/ /
l l
2015-12-21
A
=
1 3i
M
AB
1 6i
M
BA
l
M BA =0
B
=
1 6i
M
AB
+
1 3i
M
BA
l
M AB 3iA 3i / l
B 0
FQAB FQBA 0
M AB M BA
第七章 位移法
结构力学 I
浙江大学海洋学院 Tel : Email:
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§7-1 位移法基本概念
位移法是计算超静定结构的基本方法之一。
P
力法计算太困难了!
用力法计算,9个未知量 如果用位移法计算, 1个基本未知量
1个什么样的基本未知量?
Page 2
LOGO
§7-1位移法基本概念
一、位移法的提出(Displacement Method)
Page 20
LOGO §7-2单跨超静定梁的形常数与载常数
用位移法进行结构分析的基础是杆件分析。位移法的基 本结构为以下三种单跨超静定梁:
位移法结构力学知识点概念讲解

位移法结构力学知识点概念讲解1.结构位移:结构在受力作用下会发生形变,而位移描述了结构各点之间的距离变化。
位移可以分为水平位移和竖向位移,用于表示结构在水平和竖直方向的变形情况。
2.自由度:结构的自由度是指结构中可以自由变动的独立变量的个数。
自由度越多,结构描述和计算的精度越高。
常见的自由度有平动自由度和转动自由度,平动自由度用于描述结构的水平位移,而转动自由度用于描述结构的转动变形。
3.约束条件:结构中存在的各种约束条件限制了结构的自由度。
约束条件是指结构中一些部分的位移受到限制,不能随意变动。
常见的约束条件有支座和铰链等,它们可以限制结构的平动和转动自由度。
4.单元:位移法将结构划分为若干个单元,每个单元由一组节点和单元内部的位移函数组成。
节点是指结构中的一些特定点,单元内部的位移函数用于描述该单元内部各处的位移情况。
6.节点位移:节点位移是指结构中各个节点的位移,它通过节点的约束条件和单元的位移函数之间的关系得到。
节点位移是位移法计算的核心内容,通过计算节点位移可以得到结构的变形和位移分布。
7.应变:结构在荷载作用下会发生应变,应变描述了结构内部各点的变形情况。
应变是位移的导数,可以通过位移的一阶导数来表示。
应变的计算是位移法中重要的步骤之一8.应力:结构在荷载作用下会发生应力,应力描述了结构各点的受力情况。
应力是力和单位面积的比值,可以通过应变和材料的本构关系得到。
应力的计算是位移法中重要的步骤之一通过以上的概念和知识点,位移法可以对不同类型的结构进行分析和计算。
它是结构力学中常用的方法之一,通过假设结构的位移函数和节点之间的位移关系,得到了结构的变形和位移的近似解。
在实际工程中,位移法广泛应用于桥梁、建筑物和各种结构的设计和分析中,具有重要的理论和实践意义。
结构力学——位移法

结构力学——位移法结构力学,位移法结构力学是研究物体受到外力作用时的变形和应力分布规律的学科。
在结构力学中,位移法是一种常用的分析方法,用于解决结构受力变形问题。
位移法是建立在位移场的基础上,通过求解物体的位移场,再根据位移场得到应力场、应变场以及应力分布等信息,从而获得结构的受力变形情况。
位移法的基本原理是微分方程的解析方法。
在位移法中,首先需要确定结构的几何形状、边界条件和外力情况,然后通过应变能原理或变分原理等方法建立物体的弯曲方程或应变能方程。
接下来,在确定了适当的位移函数形式后,将其代入方程中,通过求解微分方程来得到物体的位移场。
在位移法中,常用的位移函数形式包括简单弯曲、直角坐标、梯形分段等。
根据结构问题的具体条件,选择合适的位移函数形式,是位移法分析的一个重要步骤。
在求解位移函数时,通常要满足边界条件和界面连续条件。
边界条件是指结构边界上位移和应力的已知条件,界面连续条件是指相邻物体的位移和应力在界面上连续的条件。
求解位移场后,可以根据位移场求出应变场。
应变场是位移场的导数,反映了物体各点的拉伸和压缩程度。
通过求解应变场,可以进一步求解应力场。
应力场是应变场的导数,反映了物体各点的强度和应力分布情况。
由于应力是物体受力的重要指标,因此通过求解应力场,可以分析出物体受力分布情况,评估结构的强度和稳定性。
位移法在结构力学中具有重要的应用价值。
通过求解位移场,可以全面了解结构受力变形情况,为结构的设计和施工提供依据。
位移法不仅能够分析简单的结构问题,还可以扩展应用到更复杂的结构问题中,如悬索桥、拱桥和空间柱等。
位移法不仅适用于线性问题,还可以应用于非线性问题,如大变形、大位移和材料非线性等。
总之,位移法是结构力学中一种常用的分析方法,通过求解物体的位移场,可以获得结构的应力和变形情况。
位移法不仅能够分析简单的结构问题,还可以应用于复杂的结构问题。
通过位移法的研究,可以更全面地了解结构的受力变形情况,为结构的设计和施工提供依据。
结构力学中的位移法

结构力学中的位移法
位移法是基于以下假设的:结构单元之间的约束全部通过边界条件来
体现,结构中的材料是线弹性材料,结构中的每个单元之间是相互独立和
互不干扰的。
位移法的基本思想是首先假设结构的位移场,然后利用位移场的表达
式和边界条件,推导出结构的应力、应变和位移等信息。
具体步骤如下:
1.确定结构的约束条件:根据结构的平衡条件,确定结构各部分之间
的约束关系。
一般包括边界条件和连接条件等。
2.建立位移场:通过将结构的变形分解为一系列位移函数的线性组合,建立位移场。
常用的位移函数包括常数、线性函数、二次函数等。
3.推导位移场的表达式:利用结构的几何关系和材料的力学性质,根
据平衡条件和应力-应变关系,推导出位移场的表达式。
4.边界条件和连接条件:利用结构的边界条件和连接条件,确定位移
场中的待定系数。
5.应力和应变的计算:利用位移场的表达式和应力-应变关系,计算
结构中各点的应力和应变。
6.变形和位移的计算:利用位移场的表达式,计算结构中各点的变形
和位移。
7.校核:通过校核位移场的可行性和合理性,验证所得结果的准确性。
位移法的优点是可以处理各种复杂的边界条件和载荷情况,适用于各
种不规则结构。
但是位移法也存在一些局限性,如要求解一些复杂结构时,可能需要大量的计算和繁琐的推导过程。
总之,位移法是结构力学中一种重要的解决结构问题的方法,通过确定结构的位移场来分析结构的力学性能,具有广泛的应用前景。
在实际工程中,位移法被广泛运用于结构设计和分析中,是一种非常有效的结构分析方法。
结构力学位移法的计算

结构力学位移法的计算一、结构力学位移法的基本原理结构力学位移法基于结构静力学原理,通过分析结构的受力平衡、变形和刚度等特性,计算结构的位移。
其基本原理是建立结构的数学模型,利用力学等效原理将外力转化为内力,进而计算出结构的位移。
其求解过程通常通过数学公式和计算软件来实现。
二、结构力学位移法的计算步骤1.确定结构的边界条件和约束条件。
边界条件指结构在边界上受到的力或位移约束。
约束条件指固定点、支座的位置以及其他限制。
边界条件和约束条件对结构的位移计算具有重要影响。
2.建立结构的数学模型。
数学模型是结构力学位移法的核心,可以通过数学方程或矩阵形式来表示。
常用的模型有刚度矩阵法和有限元法。
刚度矩阵法适用于简单结构,而有限元法适用于复杂结构。
3.计算结构的刚度矩阵。
刚度矩阵描述了结构的刚度特性,可以通过结构的几何和材料性质来计算。
刚度矩阵的计算通常包括杆件的刚度以及节点刚度的组装。
4.应用边界条件和约束条件。
根据结构的边界条件和约束条件,将其转化为数学方程或矩阵形式,然后应用到结构的刚度矩阵上。
一般通过修正刚度矩阵或施加位移限制来实现。
5.求解结构的位移。
通过求解修正后的刚度矩阵和边界条件所构成的方程组,可以得到结构的位移。
通常使用数值方法,如高斯消元法、LU 分解法或迭代法。
6.分析与验证结果。
计算得到的结构位移可用于分析结构的变形、挠度、应力等参数。
还可以与设计要求进行对比和验证,以评估结构的可靠性和稳定性。
三、结构力学位移法的应用1.建筑结构设计。
在建筑结构设计中,利用结构力学位移法可以分析和优化建筑物的静力学特性,确保其稳定性和可靠性。
2.桥梁工程。
结构力学位移法可用于桥梁的设计和分析,帮助工程师评估桥梁的变形、位移和受力状况。
3.航天器设计。
在航天器设计中,结构力学位移法可用于分析航天器的振动、变形和稳定性,确保其在太空中的安全运行。
4.机械工程。
结构力学位移法也可以应用于机械结构的设计和分析,例如汽车、飞机和机器人等。
结构力学位移法

结构力学位移法结构力学是研究结构物的力学性能和变形规律的科学,位移法是结构力学中常用的一种分析方法。
它通过计算结构物各个节点的位移,进而求解出结构物的应力、应变等力学参数。
下面将详细介绍位移法的原理和应用。
一、位移法的原理位移法是一种基于力的平衡方程和位移的相关性质来计算结构物响应的方法。
它的基本原理是通过建立结构物的整体刚度方程,解这个方程得到各节点的位移,再根据位移计算出相应节点上的应力和应变。
在应用位移法时,首先需要确定结构物的受力状态,即施加在结构物上的外力和边界条件。
然后,根据结构物的几何约束条件和材料特性,建立结构物的整体刚度方程。
这个方程是一个描述结构物节点位移与受力关系的方程,通常表示为[K]{D}={F},其中[K]是结构物的刚度矩阵,{D}是节点位移矩阵,{F}是节点受力矩阵。
解刚度方程可以得到节点位移矩阵{D},再通过位移与应力或应变的关系,计算出各个节点上的应力和应变。
常用的位移与应力或应变的关系包括伯努利梁理论、平面假设等。
最后,根据应力或应变条件,判断结构物的安全性和稳定性。
二、位移法的应用位移法广泛应用于各种结构物的力学分析和设计中,特别是对于复杂结构和非线性问题的分析更具优势。
1.梁和框架的分析对于梁和框架结构,可以根据位移法计算出节点上的位移、弯矩、剪力和轴力等力学参数。
通过对结构物的力学性能的准确分析,可以进行合理的结构设计和优化。
2.刚架和刚构的计算在刚架和刚构的计算中,位移法可以用来求解节点刚度,从而得到结构物的受力分布和变形情况。
这对于评估结构物的稳定性和刚度有重要意义。
3.非线性问题的分析位移法还可以应用于非线性结构的分析,如软土地基的承载力计算、非线性材料的应力分析等。
在这些情况下,结构物的刚度和应力等参数会随着受力状态的变化而发生变化,需要通过迭代的方法来求解。
4.动力分析位移法也可以用于结构物的动力分析。
动力分析主要研究结构物在动态载荷下的响应和振动特性。
结构力学:位移法

A
B
C
D
B
C
B
A
B C
A
B
C
B C
D
E
9
2.结点线位移未知量△
用附加链杆的方法确定结点线位移未知量△。
从两个不动点(无线位移的点)引出的两根 无轴向变形的杆件,其交点无线位移。
若一个结构需附加n根链杆才能使所有内部 结点成为不动点(无线位移),则该结构线位 移未知量的数目就是n。
不动点如右图示: A
1. 两端固定梁 q
ql2 12 A
ql2 24 l
ql2 12
B
FPl 8 A
Fp FPl 8 B
FPl 8
l/2 l/2
M
F AB
M
F BA
ql 2 12
M
F AB
M
F BA
Fpl 8
20
2. 一端固定、一端辊轴支座的梁
ql2 8
A
q
ql2 16
l
3FPl 16
Fp
BA
B
5FPl 32
l/2 l/2
A
EI
B
A
M AB 4iA M BA 2iA
A
i
B
A
l B
M AB 2iB M BA 4iB
MAB EI
A
MBA
B
A
l B
A
i B B
MAB
A
MBA
iB
M AB
M BA
6i l
14
由上图可得:
M AB
4i A
2iB
6i l
M BA
2i A
4i B
6i l
结构力学 位移法

A EI B EI C 16kN 2kN/m
6m
EI
D
3m
6m
基本结构 基本方程:k11 △1+F1P=0 F1P
24 18
解:基本未知量:△1=θB, k11 4i 3i i
12
2i
△1= 1; M 图 MP图
k11
4i
3i i 2i
F1P
A B
F2P 16kN.m
C 8kN.m
F1P
6kN.m B 4kN.m 4kN.m
F2P
C 16kN.m
F1P = 2kN.m
F1P = -12kN.m
四、解题步骤(以一个基本未知量为例)
⑴确定基本未知量△1、基本结构、基本方程; ⑵令△1=1,画基本结构的弯矩 M 1 图,由结点或截面平衡方 程得系数k11; ⑶画基本结构荷载下的弯矩MP图,由结点或截面平衡方程得 常数项F1P; ⑷将系数k11 和常数项F1P 代入基本方程k11 △1 + F1P =0,求 解基本未知量△1 ;
⑴ 基本方程中系数kij的确定 系数kij为第j号位移△j=1,第i号附加约束的约束反力,也就 是结构的刚度系数。由结点或截面的平衡方程确定之。 附加约束的约束反力kij的正负规定与结点位移△j的正负规定 相同,刚臂的约束反力(约束力偶)kij以顺时针转为正,链杆的约 束反力kij以使杆顺时针转为正。 位移法中规定:杆端弯矩也以顺时针转为正。
△ Dx
D
△ Ex
E
△1=θ
F
F
P
△Fx
F A
θ
△2= △Dx= △Ex
△ Gx
G
F
《结构力学》第八章-位移法

(5) 按叠加法绘制最后弯矩图。
18
例 8—1 图示刚架的支座A产生了水平位移a、竖向位移b=4a
及转角=a/L,试绘其弯矩图。
L
解:基本未知量 Z 1(结点C转角); C EI
B C Z1
B
基本结构如图示;
2EI
建立位移法典型方程: r11Z1+R1△=0
A Z1
基本结构 A
为计算系数和自由项,作
链为了杆能数简,捷即地为确定原出结结构构的的独独立立线线位
(b)
移位移数数目目(见,可图以b)。
11
2.位移法的基本结构
用位移法计算超静定结构时,每一根杆件都视为一根单跨超静
定梁。因此,位移法的基本结构就是把每一根杆件都暂时变为一根
单跨超静定梁(或可定杆件)。通常 的做法是,在每个刚结点上假想 1
构在荷载等外因和各结点位移共同作用下,各附加联系上的反力矩
或反力均应等于零的条件,建立位移法的基本方程。
(3) 绘出基本结构在各单位结点位移作用下的弯矩图和荷载作
用下(或支座位移、温度变化等其它外因作用下)的弯矩图,由平衡
条件求出各系数和自由项。
(4) 结算典型方程,求出作为基本未知量的各结点位移。
正。
B
B
B′
X2
X3
M1图
1
M
图
2
7
将以上系数和自由项代入典型方程,可解得 X1=
X2=
令
称为杆件的线刚度。此外,用MAB代替X1,用
MBA代替X2,上式可写成
MAB= 4iA+2i B- MBA= 4i B +2i A-
(8—1)
是此两端固定的梁在荷载、温度变化等外因作用下的杆
结构力学 位移法

B
3 2l
3i M AB l 3i FQAB FQBA 2 l
B 不独立,可不作为基本未知量
故,其杆端弯矩和杆端剪力为
3、远端滑动( B FQAB FQBA 0 ) 如图(e)所示,由弯曲杆件的刚度方程,并令
B FQAB FQBA 0
基本线位移未知量2个 (a) (b)
三、基本方程举例
(a) (b)
3
2 1
基本未知量:3个刚结点D、E、F 增加3根支座链杆 对应于θ 三个刚结点,分别建立其力矩平衡条件
3个角位移
D , E , F
(c)
3个线位移 1 , 2 , 3
D、θ E、θ F3个角位移,应截取D、E、F
QAB= QBA
θ =1
B
4i
1
2i
6i
1 2i
l
6i
3i
l
6i
0
l
l2
A A
θ =1
B B
3i
3i
l
1 θ =1
B
3i
i
l
0
l2
A
-i
0
四、常用荷载情况下的固端弯矩和固端剪力
1、两端固定梁 ①
P A l/ 2 l/ 2
B
M
F AB
Pl / 8
F FQAB P / 2 F FQBA P / 2
平衡方程
M AG M AB M AD 0 M BA M BC 0
基本方程
所以,该刚架利用位移法计算时的基本未知量为 A和 B 。
根据铰结点C的力矩为零的条件,可以把 C 表示成 A B 的函数关系式, 与
结构力学——位移法

15
75 105 180
45 180
135 45
165
135
M(kN m)
第四节 用位移法求解某些特殊问题
4支座变位问题
Z1
Z2
i3
i1
i2
如左图刚架体系所示,发生支座变位
1 ,2 , ,求该体系在支座变位
情况下所产生的弯矩图
Z3
在 Z1 1 作用下所产生的弯矩图
1
2i3
3i1 4i3
2
M1
1 L
1、两端固支
M AB
4iA
2iB
6i
AB L
M
f A
6i
AB L
M
f BA
q B
EI
B AB
M BA
Q BA
QAB
MAB
MBA L
QfAB
6iA L
6iB L
12
i L2
AB
QfAB
QBA
MAB
MBA L
QfBA
6iA L
6iB L
12
i L2
AB
QfBA
结构力学
第三章 位移法
一、等直杆的转角位移方程 二、按基本结构建立典型方程 三、按节点和截面平衡条件建立位移法方程 四、用位移法求解某些特殊问题
第一节 等直杆的转角位移方程
P
一.等直杆的转角位移方程
A MAB
已知AB杆,杆端位移为
A
A B AB
下面根据杆端约束情况来确定等
QAB
直杆的转角位移方程
qL
L 2
MEB 0
M BE
Q BE
qL
QBE qL
《结构力学》第八章 位移法

位移未知数确定举例
位移未知数确定举例
位移未知数确定举例
位移未知数确定举例
位移未知数确定练习
na 5 nl 2
na 2 nl 2
位移未知数确定练习
na 3 nl 4
na 0 nl 1
位移未知数确定练习
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位移未知数确定练习
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基本思路
两种解法对比:
典型方程法和力法一样,直接对结构按统 一格式处理。最终结果由迭加得到。
平衡方程法对每杆列转角位移方程,视具 体问题建平衡方程。位移法方程概念清楚, 杆端力在求得位移后代转角位移方程直接可 得。
位移法方程:
两法最终方程都是平衡方程。整理后形式 均为:
K R 0
典型方程法基本概念
有一(A 点
转角,设为
).
位移法第一种基本思路
利用转角位移 方程可得:
M AD M
M AC
3i
ql 2 8
M AB
4i
FP l 8
M AE
i
FP l 2
在此基础上,由图示结点平衡得 M 0
第一种基本思路
位移法思路(平衡方程法)
以某些结点的位移为基本未知量 将结构拆成若干具有已知力-位移(转角-位移) 关系的单跨梁集合 分析各单跨梁在外因和结点位移共同作用下 的受力 将单跨梁拼装成整体 用平衡条件消除整体和原结构的差别,建立 和位移个数相等的方程 求出基本未知量后,由单跨梁力-位移关系可 得原结构受力
超静定单跨梁的力法结果(3) 载
载 载
1
超静定单跨梁的力法结果(4) 载 形 形 载
超静定单跨梁的力法结果(5) 载 载 载
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结论: 刚架(不带斜杆的)一个结点一个转角,一层一个侧移。
例5 :
A B C B D
例6:
A
有两个刚结点B、C,由于 忽略轴向变形及B、C点的约 束,B、C点的竖向、水平位 移均为零,因此该结构的未 知量为: B C
桁架杆件要考虑轴向变形。因此每个 结点有两个线位移。该结构的未知量为:
D C
超静定结构计算
满足基本假设的几何不变体系在一定外因作用下 内力和位移的物理关系是一一对应的;力满足平衡条 件;位移满足协调条件。
当以多余未知力为基本未知量作为突破口时采取 的方法就是力法;当以某些结点位移作为基本未知量 作为突破口时采取的方法就是位移法。 超静定结构计算的总原则:欲求超静定结构先取一 个基本体系,然后让基本体系在受力方面和变形方 面与原结构完全一样。
EA EA 2 FNDA FNDC L 2L 2
杆端力与杆端 位移的关系
由结点平衡:
NDB NDA D Fp NDC
Y 0
2 2 FNDB FNDC FNDA FP 2 2 EA(2 2) FP 2L
建立力的 平衡方程
2 PL 由方程解得: (2 2) EA
3、确定系数与自由项
1 l 2 l l 11 EI 2 3 3EI 3i 1 l 2 l l 22 EI 2 3 3EI 3i
EI 令 i l
1 l 1 l l 12 21 EI 2 3 6 EI 6i
1C
l
2C
l
4、解方程,求杆端弯矩
1 1 X1 X 2 A 3i 6i l
1 1 X 1 X 2 B 6i 3i l
M AB X 1 4i A 2i B 6i l M AB X 2 2i A 4i B 6i l M AB M BA 6i 6i 12i FS AB FS BA A B 2 l l l l
3i
l
B
B
6i
l2
l
A
A
θ=1
3i
1
0
B
3i
l
0
3i
l2
A
B
i
-i
0
由荷载求固端反力
固端弯矩与固端剪力:不同杆件在荷载作用下的杆 端弯矩和杆端剪力。因为它们是只与荷载形式有关 的常数,故又称为载常数
注:1)可在载常数表中查到,(此表由力法计算得到)
2)三类杆件:两端固定的梁 一端固定、另一端简支的梁 一端固定、另一端滑动支撑的梁 3)固端弯矩与固端剪力均以顺时针为正。
MAB
B A
MBA
杆端力和杆端位移的正 负规定:
①杆端转角θ A θ B位移 Δ ,都以顺时针为正。 ②杆端弯矩都以顺时针 为正。
、
三次超静定结构,只能用力法求解,需解除三个约束。
1、确定基本体系
2、确定基本方程
11 X1 12 X 2 Δ1C A
21 X1 22 X 2 Δ2C B
● 位移法是以力法作为基础的。 ● 位移法是以结点的位移作为的未知量的。 下面以一个例题来介绍一下位移法的解题思路。
A
45o B 45o C
结点位移与杆端位移分析 BD伸长:
2 DA伸长: 2 DC伸长: 2 2
杆 端 位 移 分 析
D结点有 一向下的 位移 FP
DLeabharlann 由材料力学可知:FNDB
M AB 4i A M BA 2i A 6i l 6i l
(2)远端为活动支座
M AB X 1 4i A 2i B 6i l M AB X 2 2i A 4i B 6i 6i 6i 12i l
(a)
FS AB A B 2 l l l
此滑动端一般指结构内部杆与杆之间的滑动连接 和与基础连接的滑动端。
q B EI 杆长为:L A EI C
EI BA杆 M BA 4 B L EI M AB 2 B L
3. 建立位移法方程 取B结点,由 M B 0 ,得:
1. 确定未知量
未知量为: B
2. 写出杆端力的表达式 BC杆 M Bc
位移法未知量的确定
● 位移法是以结点的位移作为的未知量的。 ● 结点:指杆件与杆件的交结处,不包括支座结点 ● 杆件:等截面的直杆,不能是折杆或曲杆。 例1: 例2:
● 为了减少未知量,忽略轴向变形,即认为杆件的EA=∞。
B C B C
A
只有一个刚结点B,由于忽 略轴向变形,B结点只有 B
A
B结点有一个转角和水平 位移 B BH
由于MBA=0带入方程(a) 中得
M AB 3i A 3i l
(3)远端为滑动支座
l M AB X 2 2i A 4i B 6i 6i 6i 12i l M AB X 1 4i A 2i B 6i
(a)
FS AB A B 2 l l l
由外荷载单独作用引起的杆端力称为载常数。
单跨超静定梁简图
F M AB
F M BA
F Q AB
F QBA
q
A P a q A A a P B b q B b B
ql 2 12
ql 2 12
ql 2
ql 2
Pab 2 2 l
ql 2 8
Pa 2 b l2
Pa 2 2b Pb2 2a ( 1 ) (1 ) 2 2 l l l l
弯矩的正负规定:绕杆端顺时针旋转为正,逆时 针旋转为负,但对结点与支座,逆时针旋转为正。
剪力与轴力的规定没变。
转角和侧移都是以顺时针为正。
正弯矩:对杆端是顺 时针转的,对结点是 逆时针转的。
下面开始对单跨超静定梁在支座位移及荷载作用 下的杆端弯矩用力法进行逐个求解。
如下图所示,两端固定的杆AB,发生如图所示的支座 位移,求杆AB的杆端弯矩。
(b)
由于 B 0 , FS AB FSBA 0 带入方程(b)中得
1 A l 2
M AB i A
M BA i A
由单位杆端位移引起的杆端力称为形常数。
单跨超静定梁简图 θ=1 MAB MBA QAB= QBA
A A
θ=1
B
4i
1
2i
l
6i l
6i
12i
例3:
B C
例4:
E
A
D
F
有两个刚结点B、C,由于忽略轴向 变形,B、C点的竖向位移为零,B、C 点的水平位移相等,因此该结构的未 知量为:B C BC
D
C
有四个刚结点E、F、D、C,由于忽 略轴向变形,此四点的竖向位移均零, 因此该结构的未知量为:
E F C D EF CD
A
B
位移法
学习内容
1.位移法的基本概念 2.等截面杆件的刚度方程 3.无侧移刚架的内力计算 4.有侧移刚架的内力计算 5.位移法的基本体系 6.对称结构的计算
要求:熟练掌握位移法基本未知量和基本结构的确 定、位移法典型方程的建立及其物理意义、位移法 方程中的系数和自由项的物理意义及其计算、最终 弯矩图的绘制。 熟记一些常用的形常数和载常数。 掌握利用对称性简化计算。 掌握荷载作用下超静定结构的计算, 位移法方程有两种建立方法,写典型方程法和直 接平衡方程法。
位移法方程
把△回代到杆端力的表达式中就可得到各杆的轴力 :
FNDB 2 FP 2 2 FNDA FNDC P 2 2
总结一下位移法解题的步骤: ① 确定结点位移的数量; ② 写出杆端力与杆端位移的关系式; ③ 由结点平衡或截面平衡,建立方程; ④ 解方程,得到结点位移; ⑤ 结点位移回代,得到杆端力。
6i F M AB 4i A 2i B M AB l 6i F M BA 2i A 4i B M BA l 6i 6i 12i F Q AB A B 2 Q AB l l l 6i 6i 12i F QBA A B 2 QBA l l l
C D E CH DV
A
B
A
B
对图示有斜杆的刚架,未知量分析的方法是:对于转角 位移,只需数刚结点,一个刚结点一个转角位移。对于线位 移,首先把所有的刚结点变成铰结点,然后再加链杆,使其 变成无多余约束的几何不变体系,加了几根链杆,就是有几 个线位移。
第二节 等截面直杆的转角位移方程
刚架在均布荷载作用下,产 生如图曲线所示的变形。
● 位移法是计算超静定结构的另一种基本方法。
结构
在外因作用下
内力 产生 变形
内力与变形间存在关系
分析超静定结构时,有两种基本方法:
第一种:
以多余未知力为基本未知量;先求其反力或内力,然 后计算位移——力法。
第二种:
以结点未知位移为基本未知量;先求其位移,然后再 计算内力——位移法。
第一节 位移法的基本概念
此固定端一般指结构内部杆与杆之间的刚结和有 已知支座转角的固定端。
此铰接一般指结构内部杆与杆之间的铰结和与基 础连接的铰支端。
一端固定一端滑动单元杆端弯矩表达式:
F M AB i A M AB F M BA -i A M BA
此固定端一般指结构内部杆与杆之间的刚结和有 已知支座转角的固定端。
几种不同远端支座的刚度方程 (1)远端为固定支座
l M AB X 2 2i A 4i B 6i 6i 6i 12i l M AB X 1 4i A 2i B 6i
(a)
FS AB A B 2 l l l