清华结构力学求解器用法

2结构力学求解器(SMSolverforWindows)是一个面向教师、学生以及工程技术人员的计算机辅助分析计算软(课)件，其求解内容包括了二维平面结构(体系)的几何组成、静定、超静定、位移、内力、影响线、自由振动、弹性稳定、极限荷载等经典结构力学课程中所涉及的一系列问题，全部采用精确算法给出精确解答。一、版本区别目前有两个版本：学生版和专业版。学生版(V1.5)解题规模有如下限制：几何组成、静力分析、影响线、截面法等问题最多80个单元；自由振动、弹性稳定和极限分析最多40个单元。专业版解题规模无此限制，只受机器的内外存空间大小的限制。3二、程序功能平面体系的几何组成分析，对于可变体系可静态或动画显示机构模态；平面静定结构和超静定结构的内力计算和位移计算，并绘制内力图和位移图；平面结构的自由振动和弹性稳定分析，计算前若干阶频率和屈曲荷载，并静态或动画显示各阶振型和失稳模态；平面结构的极限分析，求解极限荷载，并可静态或动画显示单向机构运动模态；平面结构的影响线分析，并绘制影响线图。⒈自动求解功能4⒉智能求解功能平面体系的几何构造分析：按两刚片或三刚片法则求解，给出求解步骤；平面桁架的截面法：找出使指定杆成为截面单杆的所有截面；平面静定组合结构的求解：按三种模式以文字形式或图文形式给出求解步骤。⒊其它辅助功能强大的命令文档编辑及文件读写功能；二维结构的图形显示；分析求解结果的数值显示、图形显示和动画显示。5三、预装题目子目录Prob2下含有《结构力学教程》(龙驭球、包世华主编，高等教育出版社出版，1988)一书中各章节中绝大多数习题题目，分别在子目录chp1,chp2,...之中。预装题目可以作为输入示范，同时可免除学生和教师大量的输入工作。四、装机运行⒈将软件安装到硬盘上在Win95/98环境运行光盘上的SMSetup.exe。然后按提示操作即可完成装机。⒉启动运行6双击桌面上的SMSolver图标，再单击程序的封面，便可使用求解器了。五、V1.5版的新增功能⒈安装完善了安装程序,对于Win95/98可以自动在桌面上安装图标。⒉求解功能组合结构：智能求解模式增添了平面“静定组合结构”的求解，按三种模式(所有杆件内力、作弯矩图需要的内力、指定杆件的内力)以文本或图文形式给出解题步骤。四精度求解：可选用四精度实型数(约28位)求解，结果更精确、可更好地模拟无穷大刚度。7几何构造检验：v1.0版中求解时先进行几何构造检验，此版本中可设为否，以提高求解速度。求解速度提高：求解速度提高3-4倍，一个10跨20层的刚架的基频和相应的振型计算(学生版不行)，达到0.1%的精度，在PII333上只用0.5秒。求解规模加倍：求解问题对单元数的限制比v1.0版放松了一倍。⒊修改功能中文关键词：为了方便对输入命令的修改，添加了中文关键词选项(“查看”菜单下)，并将其设为默认方式，即用对话框输入的命令默认为中文关键词。8“修改”工具钮：将光标置于要查看或修改的命令行，单击“修改”工具钮，即可返回到输入该命令的对话框，重现各个参数值。若不修改，单击“关闭”；若有修改，单击“应用”即可。注：这两个功能极大地方便了对命令的修改，几乎没有必要再去记命令格式。⒋显示功能定制编码：可在结点码和单元码的位置显示用户定制的文本。尺寸线：用户可以在指定位置(按整体坐标)进行水平、竖直和任意斜方向的尺寸线的标注。标注文本的字体风格和大小均可调。9加文本：用户可以通过输入命令在观览器的指定位置(按整体坐标)显示文本，字体风格和大小可调。⒌显示改进隔离体：截面法的隔离体的显示更加突出醒目，增强可视化效果。支座位移：可以显示支座位移，并可以调整位移幅值(按“加大幅值”或“减小幅值”按钮)。弹簧支承：线位移的弹簧支承可以显示了。刚性单元：刚度无穷大单元可以加粗显示，线条粗细可调。内力图：内力图显示作了改进，如：若内力在一个单元上为常数，则将其值标在中间；轴力图用两种颜色区分拉力和压力。10温度标注：对于温度改变，在杆件两侧标注出温度值。设置选项：在观览器中“设置”菜单下，单击“选项”打开“设置选项”对话框，其中有多种显示选项，如标注字体大小、变形曲线的粗细和直线段数等。六、符号约定整体坐标：(x,y)，其中的转角或弯矩以x向y转为正；局部坐标：x从单元的端点1指向端点2；y坐标从x坐标按右手准则转90度获得；所有与位移有关的量均按整体坐标(x,y)输入和给出；结点荷载方向按整体坐标定义，与整体坐标同向为正；单元荷载方向按局部坐标定义，其正方向为局部坐标的反方向；11弯矩图画在杆件受拉一边，局部坐标y轴的反方向取为正号；剪力正方向同局部坐标y轴正方向；轴力受拉为正；角度按度取值；七、求解器的使用⒈编辑器的菜单结构及使用(数据文件的编辑及求解)⒉观览器的菜单结构及使用(二维结构的图形显示)12⒊编辑器的常用按钮及相应功能新建：新建一个空文档。打开：打开一个已有的文档，SMSolver显示“打开”对话框，在其中可以打开所要文件。保存：以当前文件名保存活动文档。如果文档未命名，将显示“另存为”对话框。修改：调用对话框以修改当前光标所在的命令行。剪切：从文档中删除选定的正文，并将其存到剪贴板上。复制：复制所选正文并存到剪贴板上。粘贴：把剪贴板内容插入在插入点处。13复原：取消上一次所做的编辑。观览器：显示结构图观览器。前一问题：显示文档中当前问题前面的一个问题。下一问题：显示文档中当前问题后面的一个问题。⒋观览器的常用按钮及相应功能缩放比例选择框：通过选择不同的显示比例，用户可将整个图形按比例地放大或缩小。缺省的缩放比例是100%，此时整个图形刚好充满观览器。光标位置显示框：当鼠标停留在观览器的图形显示区域中时，此框显示出当前鼠标位置的在整体坐标系中的坐标值(左边是x坐标，右边是y坐标)。通过移动鼠标，用户可以不必查询编辑器中的命令文本而直接得到各结点的坐标值。14加大幅值：增加内力图或位移图等的显示幅度，而结构图大小和外观不变。减小幅值：减小内力图或位移图等的显示幅度，而结构图大小和外观不变。单步显示：观览器一次只读取编辑器中活动文档的一条命令，并相应地加以显示。单步显示钮按下后，工具栏的最右方将出现一个“停止单步显示”按钮，可用于中断单步显示。连续显示：观览器的缺省状态，此时观览器随时根据编辑器中的活动文档的命令行绘出最新的图形。暂停显示：此时观览器被“冻结”，不再对编辑器中活动文档的命令改变发生反应。停止单步显示：用于中断单步显示。15⒌定义问题有关参数的步骤①问题定义：确定新问题开始，输入新问题标题，通过对话框选择方式也可以结束当前问题；②变量定义：对某些常用的数值、表达式，可直接将其定义为变量，以方便输入和以后修改；③结点定义：结点的生成有三种方式，即结点定义、结点生成和结点填充；④单元生成：单元的生成有两种方式，即单元定义和单元生成；⑤位移约束：提供结构的位移约束条件；⑥荷载条件：提供结构的荷载状况；⑦材料性质：输入单元的刚度值和极限弯矩值等；16⑧温度改变：若单元有温度变化，输入温度荷载；⑨其它参数：求解下列四种情况时需要。自振频率：求解自由振动时需要；临界荷载：求解弹性稳定时需要；极限荷载：求解极限荷载时需要；影响线：求解影响线时需要。⒍问题的求解在“求解”菜单中选择几何组成、内力计算或位移计算等命令，可进行分析计算；在“求解”菜单中选择截面法、几何构造或组合结构命令，可给出按这三种方法进行求解的基本步骤；17若想观看结构图、内力图及变形图等，可在“查看”菜单中选择“观览器”命令进行查看。⒎求解器用法举例以《结构力学教程》上册课后习题为例进行讲解：(1)第142页题3-8(d)；(2)第148页题3-20(a)；(3)第229页题5-4。Theend.Thankyou.Goodbye!18编辑器的“文件”菜单包括如下几项：新建、打开、关闭、保存、另存为、打印、退出、“退出”下方的文件名。编辑器的文件菜单和编辑菜单提供了各种常见的文件及编辑操作，这些菜单的使用方法和一般的Windows应用程序完全一样，这里就不详细介绍了。编辑器的“编辑”菜单包括如下几项：复原、剪切、复制、粘贴、删除、查找、查找下一个、全选、时间/日期。返回19返回编辑器的“查看”菜单包括如下几项：整个文档、单个问题、观览器、中文关键字、工具栏、状态栏、字体。允许用户检查和更改编辑器窗口当前所处的状态。整个文档：当整个文档被选中时，此命令名旁出现一个选中标记。且相应地在编辑器下方的状态栏上最左边显示出“整个文档”。此时活动文档窗中显示整个文档。单个问题：当某一个问题被选中时，此命令名旁出现一个选中标记。且相应地在编辑器下方的状态栏上最左边显示出“问题：n”，n代表当前问题在整个文档中的序号。此时活动文档窗中显示的只是当前的单个问题，而其它问题则被隐藏起来。20观览器：此菜单可以控制观览器窗口的显现和隐藏，具体观览器的使用请参见下章“观览器使用介绍”。中文关键字：由对话框输入的命令行时，选择中文/英文关键字。默认选取中文关键字。返回工具栏：此命令用于显示或隐藏工具栏。工具栏包括了SMSolver中大多数的常用命令按钮，如打开、复制和打印等。当工具栏被显示时，此命令名旁出现一个选中标记。状态栏：显示设计文档的总行数、光标所在行数及列数等信息。字体：使用该命令，可控制编辑器窗体中字符的字体、字形、大小等字符格式。21编辑器的“命令”菜单包括如下几项：问题定义、变量定义、结点、单元、位移约束、荷载条件、材料性质、温度改变、其它参数、尺寸线、文本、修改命令。返回命令菜单中各个子菜单的作用是通过对话框选择的方式来向当前文档中添写各种命令，以输入各种结构体系信息(结点定义，单元定义，支座定义，荷载定义等)问题定义：由于一个文档中可同时存放几个问题，使用该子菜单通过对话框选择的方式既可以结束当前问题，也可以开始一个新问题。变量定义：对某些常用的数值、表达式，可直接将其定义为变量，以方便输入和以后的修改。22结点：提供生成结点的三种方式：结点定义，结点生成和结点填充。单元：提供生成单元的两种方式：单元定义和单元生成。位移约束：提供结构的位移约束条件。荷载条件：提供结构的荷载状况。材料性质：输入单元的刚度值和极限弯矩值等。温度改变：输入各个单元的温度荷载。其它参数：其下又有如下的4个子菜单:自振频率：输入求解自由振动时所需的控制参数临界荷载；输入求解弹性稳定时所需的控制参数极限荷载：输入求解极限荷载时所需的控制参数影响线:输入求解影响线时所需的控制参数返回23尺寸线：输入结构图中的尺寸线标注。文本：输入结构图中的文本标注。修改命令：调用对话框对当前光标所在的命令行进行解释，用户可通过改变参数完成对该行的修改。返回24编辑器的“求解”菜单包括如下几项：路径设置、几何组成、内力计算、位移计算、位移内力、自由振动、弹性稳定、极限荷载、影响线、截面法、几何构造、组合结构。求解菜单中几乎每一个子菜单对应于一个求解功能，且子菜单彼此之间的求解功能都是独立的(即不象在“命令”菜单中，必须先由“结点”子菜单输入结点，才能接着由“单元”子菜单输入单元)。路径设置：修改计算程序的外部路径，一般取默认值即可。几何组成：对所设计的体系进行几何组成分析，并弹出显示分析结果的对话框。返回25内力计算：对所输入的结构进行内力计算，并弹出显示内力计算结果的对话框。位移计算：对所设计的结构进行位移计算，并弹出显示位移计算结果的对话框。位移内力：对所设计的结构既进行内力计算又进行位移计算，并弹出两个对话框，一个显示内力计算结果，另一个显示位移计算结果。自由振动：对所设计的结构计算前若干阶自振频率和振型，弹出显示计算结果的对话框，可动画显示各阶振型。弹性稳定：对所设计的结构计算临界荷载，弹出显示计算结果的对话框，并可显示其失稳模态。返回26极限荷载：对所设计的结构计算极限荷载，弹出显示计算结果的对话框，并可动画显示相应单向破坏机构。影响线：对所设计的结构进行影响线计算，并弹出显示计算结果的对话框。截面法：对所设计的桁架结构进行“单杆截面”