2016《结构概念分析与ANSYS实现》考试题A卷

2016《结构概念分析及ANSYS程序实现》考试题（A卷）

姓名; 学号;

一、多项选择题（每题3分，共15分）

1. 为分析某冷弯薄壁型钢构件的弹塑性局部失稳问题，可以采用如下哪些单元：（）

A）BEAM3 B）BEAM188 C）SHELL63 D）SHELL181 E）SOLID65

2. 某简支钢梁跨度为6m，支座为两端固定铰，已知梁截面高度60mm，梁上承受均布线荷载，材料始终处于弹性状态，采用BEAM3单元模拟；以下表述正确的是：（）

A）钢梁的剪切变形相对于弯曲变形可以忽略不计；B）钢梁的剪切变形相对于弯曲变形不能忽略不计；

C）打开几何大变形的开关，比不打开几何大变形开关时，计算得到的跨中挠度更大；

D）打开几何大变形的开关，比不打开几何大变形开关时，计算得到的跨中挠度更小；

3. 某K6凯威特型单层球面网壳，跨度为30m，矢高为5m，杆件采用圆钢管，节点采用焊接球节点；为分析网壳的弹性临界荷载，采用BEAM188建立模型；以下叙述正确的是：（）

A）为了考虑单根杆件的弯曲失稳，在建模时需将杆件分为多段；

B）打开BEAM188的翘曲自由度开关对计算结果影响较大；

C）打开BEAM188的高阶形函数开关，比关闭这个开关，计算得到的临界荷载更小；

D）打开BEAM188的高阶形函数开关，比关闭这个开关，计算得到的临界荷载更大；

4. 如图所示的某四边简支矩形薄钢板，两加载边承受面

内均匀压力，两非加载边的面内约束情况有2种，一种为面内不能自由移动（即结构I）；一种为面内可以自由移动（即结构II）；以下叙述正确的是：（）

A）对于结构I，第1阶屈曲模态为1个半波失稳；

B）对于结构I，第1阶屈曲模态为2个半波失稳；

C）对于结构II，第1阶屈曲模态为1个半波失稳；

D）对于结构II，第1阶屈曲模态为2个半波失稳；

E）结构I的屈曲荷载低于结构II的屈曲荷载，结构I的极限承载力低于结构II的极限承载力；

5. 开孔钢板承受均匀拉力，材料为Q235，采用理想弹塑性模型BKIN模拟本构

关系，采用实体单元SOLID186模拟钢板，以下叙述正确的是：（）

A）净截面上的平均应力σy达到235MPa时，结构达到极限承载力；

B）毛截面上的平均应力σy达到235MPa时，结构达到极限承载力；

C）孔边的网格划分越密，孔边应力集中系数越接近于理论值；

D）当结构达到极限承载力时，孔边应力σy等于235MPa；

E）当结构达到极限承载力时，孔边应力σy大于235MPa；二、简答题（每题5分，共25分）

1. 如下图所示的结构，各二力杆的轴向刚度EA为无穷大，二力杆之间采用转动弹簧连接，转动弹簧的刚度为k，定义3个自由度x1、x2和x3，试写出结构的弹性刚度矩阵和应力刚度矩阵（5分）；

2. 如下图所示的两结构，实线代表结构的初始位形，虚线代表荷载P施加完成后的位置，在整个荷载施加过程中结构始终维持平衡，试问：荷载施加完成后，荷载P所做的功是否相同？结构中储存的应变能是否相同？在同一张图中画出两结构的荷载位移曲线。（5分）；

结构A 结构B

3. 如下图所示承受水平拉力和竖向荷载的高强钢索，材料为线弹性；采用如下2种加载路径进行加载：A）先施加H，再施加q；B）施加0.5H，再施加q，再施加0.5H。试画出：1）水平力H和水平位移Ux之间的荷载位移曲线；2）竖向荷载q和跨中竖向挠度之间的关系曲线（5分）；

4. 如下图所示的某3层框架，可简化为葫芦串模型，已知其层间剪切刚度分别为k1、k2、k3，各层质量分别为m1、m2、m3；为抗震需要，各层均设置了阻尼器，其阻尼为c1、c2、c3；设自由度为x1、x2、x3；试写出结构的刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵。（5分）；

5. 如图所示的2跨钢梁，采用整体吊装的施工方法，其施工步骤如下：第1阶段，分别按2跨简支梁吊装钢梁，并施加5.0kN/m 的恒载；第2阶段：在变形完成的基础上，中间支座处的钢梁连续起来；第3阶段：再施加5.0kN/m 的活荷载。试画出各阶段钢梁的弯矩图。（5分）

三、上机操作考题（共60分） 【3.1】线弹性结构的静力分析（30分）

已知条件：图1所示为某平面钢框架结构的简图，结构为单跨两层，跨度9m ，层高6m ；柱脚刚接，梁柱刚接；梁截面尺寸为H800×250×8×16，柱截面尺寸为H350×250×10×16；梁柱的腹板均位于框架平面内。材质均为Q235B ，其弹性模量为2.06×105MPa ，屈服强度为235MPa ；泊松比为0.3；不考虑结构自重。横梁上均布荷载为50 kN/m ，层间水平荷载分别为20kN 和40kN （如图2）。

要求：采用Beam188单元建立计算模型，单元划分数量应满足计算精度要求；钢材的本构关系按各向同性线弹性材料考虑；模型建立在xy 平面内。编写命令流，取名为Pro1.mac 。

提示：应约束平面外自由度。

填空： 结构的顶部侧移为：Ux= mm ；（精确小数点后2位，到10分）

底层梁跨中的最大正弯矩为：Mz= kN*m ；（10分）

底层梁跨中的最大挠度为：Uy= mm ；（精确小数点后2位，10分）

图1：框架结构示意图

图2：框架结构荷载图

图3：半刚接框架示意图 图4：框架结构的质量

【3.2】结构的整体稳定分析（20分）

已知条件：第1题中的结构，荷载条件均不变，求结构的整体稳定系数。 要求：在第1题的基础上继续求解，编写命令流，取名为Pro2.mac 。

提示：采用屈曲分析求解结构的线性整体稳定系数；采用静力分析求解考虑几何非线性和材料非线性的整体稳定系数。求解非线性稳定系数时，无需施加初始缺陷。材料非线性按理想弹塑性材料考虑。 填空： 1）结构第1阶线性稳定系数为： ；（精确到小数点后3位，10分）

2）同时考虑几何非线性和材料非线性，结构的整体稳定系数为： ；（10分）

【3.3】半刚接框架的整体稳定分析（5分）

已知条件：第3.2题中的结构，若梁柱节点之间为半刚接，已知顶层梁柱间的节点刚度为k1=1000N*m/rad ，底层梁柱间的节点刚度为k2=1000N*m/rad 。

要求：在第3.2题的基础上继续求解，编写命令流，取名为Pro3.mac 。转动弹簧采用Combin14模拟。 填空：结构第1阶线性稳定系数为： ；（精确到小数点后3位，5分）

【3.4】结构的自振特性（5分）

已知条件：第3.1题中的结构，已知结构质量分布如图4所示。 要求：在第1题的基础上编写命令流，取名为Pro4.mac 。 提示：进行模态分析，梁柱单元的采用集中质量假定。

填空： 结构第1阶自振频率为：f = Hz ；（精确到小数点后3位，5分）