《结构力学二》开篇导学资料

《结构力学（二）》开篇导学资料

一、课程性质、任务及每部分的特点、知识点之间关系

结构力学(Structural Mechanics)是固体力学的一个分支，它主要研究工程结构受力和传力的规律，以及如何进行结构优化的学科，它是土木工程专业和机械类专业学生必修的学科。结构力学研究的内容包括结构的组成规则，结构在各种效应（外力，温度效应，施工误差及支座变形等）作用下的响应，包括内力（轴力，剪力，弯矩，扭矩）的计算，位移（线位移，角位移）计算，以及结构在动力荷载作用下的动力响应（自振周期，振型）的计算等。结构力学通常有三种分析的方法：能量法，力法，位移法，由位移法衍生出的矩阵位移法后来发展出有限元法，成为利用计算机进行结构计算的理论基础。

本课程的具体任务是：

1、掌握结构静力计算中内容。

2、掌握矩阵位移法的原理和方法，并能熟练地用矩阵位移法进行连续梁、刚架计算。

3、掌握体系运动方程建立的方法，熟练地掌握结构动力特性的计算以及在简谐荷载作用下结构的动力反应计算。

4、掌握两类稳定问题的基本概念，熟练掌握确定临界荷载的静力法和能量法。

5、掌握极限荷载、极限弯矩、塑性铰、破坏机构等概念，熟练地运用静力法及机动法计算连续梁及简单刚架的极限荷载。

结构力学中，静力计算和方法的掌握是极其重要的一个环节，是为以后的动力计算和结构分析做铺垫，动力的学习则是本课程的难点，俗话说“工欲善其事，必先利其器”，想要掌握好动力计算和结构分析，必先熟练掌握和运用静力概念。

二、课程的设计思想和基本要求

第一，本课件及教材基本包含了经典结构力学的基本理论和基本方法，以学生为本，强调理论联系实际，注重对结构定性分析的能力培养，力图对基本概念和基本原理说理透彻、思路清晰，符合认识规律，便利教和学。

第二，在内容的取舍方面，既满足宽口径专业的培养目标要求，又为打好基础精选内容，以减轻学生负担，帮助学生理清思路，抓住重点。

第三，从讲解的角度来讲，力求精简内容，重点突出，以学生最为快速理解的方式传授，努力做到与生活相结合，达到学以致用的目的，在教学中尽量避免力学的枯燥讲解方式而做到创新性和先进性，即新体系、新内容、新手段、新思路，既保留了结构力学的学科体系，又有实质性的改革和发展，顺应并符合新世纪教学发展的规律，代表并引领了课程发展的趋势和方向。

三、本课程可以学习到的知识

矩阵位移法，按位移法的基本原理运用矩阵计算内力和位移的方法。是结构矩阵分析方法中的一种，其基本未知数是结点位移，由于矩阵位移法较矩阵力法更适宜编制通用的计算程序，因而得到了更为

广泛的应用。结构动力学，结构动力学是研究工程结构在动载荷作用下的响应和性能的分支学科。动载荷是指随时间而改变的载荷。在动载荷作用下，结构内部的应力、应变及位移也必然是时间的函数。由于涉及时间因素，结构动力学的研究内容一般比结构静力学复杂的多。结构稳定理论，结构稳定理论是研究工程结构稳定性的分支。现代工程中大量使用细长型和薄型结构，如细杆、薄板和薄壳。它们受压时，会在内部应力小于屈服极限的情况下发生失稳(皱损或曲屈)，即结构产生过大的变形，从而降低以至完全丧失承载能力。大变形还会影响结构设计的其他要求，例如影响飞行器的空气动力学性能。结构稳定理论中最重要的内容是确定结构的失稳临界载荷。

本课程结合教学经验和工程实例，力图保持结构力学的基本理论的整体性和关联性，逐步阐述以下内容：

1、结构在静力作用下的内力计算，包括静定结构和超静定结构在外荷载作用下的截面内力和结构位移的分析和计算，即介绍静定结构受力分析中的截面法，区段叠加法；超静定结构：虚功原理、力法、位移法、力矩分配法以及荷载、支座移动、温度变化等外因作用下超静定结构的内力计算。

2、矩阵位移法：局部坐标系和整体坐标系下的单元刚度矩阵和整体刚度矩阵建立，边界条件的引入，荷载的移植。

3、结构动力计算：单自由度体系的自由振动和强迫振动，单自由度体系的自振频率和自振周期的求解，单自由度体系的运动方程的建立，以及用刚度法和柔度法计算多自由度体系的自振频率和振型，

振型叠加法计算强迫振动。

4、结构弹性稳定计算：稳定的概念，用静力法和能量法计算临界荷载，以及讨论直杆的稳定。

5、结构塑性分析与极限荷载：其中包括：极限弯矩、塑性铰、静定结构的极限荷载计算；用静力法、机动法计算超静定梁的极限荷载；机构法、试算法计算简单刚架的极限荷载，以及比例加截时判定极限荷载的一般定理。

四、本课程中平时作业与期末考试

结构力学是一门应用学科，其基本原理和计算方法最终都落实到解决具体问题的，不做一定数量的习题就很难对基本概念和方法有深入理解，也很难培养较好的计算能力。所以在学习过程中，为加深理解和应用，除了学院规定的作业布置以外，还将会留一些具有代表性的课后习题和思考题（选做）。

本课程的期末考试以所学过的教材为基础，考试题型包括：判断题，选择题，填空题和计算题。为督促和鼓励大家学习，平时作业在最后评分中占有一定的比例，考试严格按照教学大纲制定，不超纲，不偏题。

五、可以利用的辅导资料

教材：

《结构力学（土木工程专业专升本系列教材）》张来仪．中国建筑工业出版社．2012年5月

参考资料:

《结构力学》赵更新．中国水利水电出版社．2004年5月

《结构力学》王伟、张金生．武汉大学出版社．2000年12月《结构力学辅导—概念·方法·题解》赵更新．中国水利水电出版社．2001年9月