结构力学实验指导书1

实验指导书---《结构力学》编者XX1平面结构的输入一个平面结构体系主要有结点定义、单元定义、约束定义。欲输入一个结构体系，首先建立一个新文件，然后输入命令。在求解器中输入命令有两种方法：利用“命令”菜单中的子菜单，打开相应的对话框，在对话框中根据提示和选项输入命令；在命令中直接键入命令行。第二种方法要求用户对命令格式相当熟悉，因此下面主要介绍如何应用“命令”菜单输入平面结构体系。1.结点的输入和定义打开“命令”菜单下的子菜单“结点”在结点对话框中输入单元码及坐标，单击“应用”在观览器中显示结点将命令自然写在文档上利用上述步骤，连续输入所需的结点,完成输入后,单击“关闭”按钮，关闭结点对话框。2.单元的定义打开“命令”菜单下的子菜单“单元”选择单元端点的连接方式，单击“应用”在观览器中显示单元将命令自然写在文档上利用上述步骤，连续输入所需的单元,完成输入后,单击“关闭”按钮，关闭单元对话框。若要预览；可以单击“预览”。修改时可以修改命令。3.结点支座的定义打开“命令”菜单下的子菜单“位移约束”选择结点码、支座类型等，单击“应用”在观览器中显示支座将命令自动写在文档上利用上述步骤，连续输入所需的结点支座,完成输入后，单击“关闭”按钮，关闭支座约束对话框。若要预览，可以单击“预览”。修改时可以修改命令。最后形成所需的平面几何体系。下面讨论如何利用求解器进行几何组成分析。2用求解器求解几何构造分析对于几何构造分析，求解器具有两种求解功能。1.自动求解打开“求解”菜单下的“几何组成”显示几何组成分析结果静态显示利用自动求解：可以判断几何可变还是几何不变；对于可变体系，给出体系的自由度，指出是常变体系还是瞬变体系，并静态或动画显示机构运动模态；若体系有多余的约束，给出多余约束的数目。2.智能求解打开“求解”菜单下的“几何构造”，显示几何组成分析对平面体系图形话框3．用求解器计算结构的影响线利用《结构力学求解器》可以求解任意结构的任意单元中任意截面的内力影响线，单位荷载可以是单位竖向力、水平力、单位力矩；内力可以是弯矩、剪力或轴力。1.利用编辑器选择或录入一静定结构。如图4－1图4－12.输入影响线求解参数在编辑器中打开“命令”下拉菜单中的“其他控制参数”的“影响线”(图4－2a)，此时显示“影响线求解参数”对话框图4－2b，在对话框中按需要选择：单位荷载的类型和方向、欲求影响线截面内力的位置、类型。单击“应用”按钮，然后单击“关闭”按钮，退出对话框。图4－2a图4－2b3.求解单击编辑器中“求解”下拉菜单中的“影响线”(图4－3a)，在影响线显示器中有影响线数据，当选则“结构”、“单元”时，在浏览器中将显示相应的影响线(图4－4b)。图4－3a图4－3b4、用求解器进行位移计算在输入一个静定结构后，为了求解结构的位移，只要输入结构的各杆件的材料性质和温度变化就能够计算结构的位移，下面讨论如何输入材料性质和温度改变。1.输入材料的性质在“编辑器”中依次选择菜单“命令”、“材料性质”(图6-14a)，则显示材料性质对话框(图6-14b)，从中选择材料相同的单元范围，再输入所需的杆件刚度性质，均布质量、极限弯矩可以空缺，然后单击“应用”，直至各杆件定义完毕，最后单击“关闭”，完成输入，即可进行位移计算。图6-14a图6-14b2.输入温度改变在“编辑器”中依次选择菜单“命令”、“温度改变”(图6-15a)，则显示温度改变对话框(图6-15b)，从中选择温度改变相同的单元范围，再根据提示选择所需的各项参数，然后单击“应用”，直至各杆件定义完毕，最后单击“关闭”，完成输入，即可进行位移计算。图6-15a图6-15b5．用求解器进行力法计算利用求解器可以求解一般平面超静定结构的位移和内力。在利用求解器求解超静定结构的内力和位移时，只要输入一超静定结构，同时由于超静定结构的内力与刚度有关，故应输入各个杆件的材料性质(EI,EA)，然后可直接应用求解器中的命令进行计算。当然利用求解器也可以练习力法，具体做法是：1.输入一超静定结构（手工输入）。2.根据情况选择一基本体系，基本体系可以是静定结构，也可以是超静定结构（手工输入基本体系）。3.列力法方程（手工列方程）。4.利用求解器计算位移的功能，计算各项系数（求解器自动计算）。5.求出多余未知力（收手工计算）。思考：为什么基本体系可以选择超静定结构？6．矩阵位移法中的程序应用基本信息的输入在使用矩阵位移法解题时，我们首先要进行结构的离散化，这一步需要手工完成的。对用结点将结构进行划分所得到的单元集合体，按一定顺序对结点、单元分别加以编号。接着用数字描述结点左边、单元材料和截面特性以及支承信息和荷载信息等等，为矩阵位移法的分析，计算程序提供信息，需要向程序提供的资料有以下几类：（1）几何形状及材料特性资料：包括结点个数、坐标位置、单元数、单元编码，单元的截面性质和单元的弹性模量。（2）结构的约束情况资料：包括约束数和约束所在的结点和方向。（3）荷载情况资料：包括结点荷载和非结点荷载对于结点荷载需要输入荷载作用结点、方向和大小；对于非结点荷载需要输入荷载作用单元号，荷载类型，作用位置，大小和方向。2．刚度矩阵：包括单元刚度矩阵和总的刚度矩阵。3．边界条件的处理：可单独开辟列宽为4的矩阵存储由关结点的约束信息，其中第一列存放结点编号，其余三列存放利用0、1开关控制结点各方向的约束情况。比如用1代表有约束，那么对于结点编号为10的固定支座其约束信息就可以资料化为10，1，1，1；而固定铰支座可以表示为10，1，1，0。4．非结点荷载的等效：5．建立求解刚度方程：刚度方程中的未知量是结点的位移，刚度方程是一个多元的线性方程组｛P｝＝［K］｛Δ｝，它的解法很多，常见的有高斯消元法、矩阵分解法等，这些方法的程序都容易实现。6．计算杆端力。下面以下图为例求解所示刚架内力的数据输入和结果输出。3，5，1，1“单元数、结点数、特殊点数、结点荷载数目、非结点荷载数目”0.0，0.0，4.0，0.0，0.0，4.0，0.0，4.0，4.0，4.0“各结点坐标（按结点编号顺序输入）”1，3，0.312E＋07，0.416E＋05，4，5，0.312E＋07，0.416E＋05，2，5，0.312E＋07，0.416E＋07“各单元定义，包括单元两端结点编号、的值（按单元编号顺序输入）”1，1，1，1，2，1，1，1，4，3，3，0“结束信息（1代表有约束，0代表无约束）”4.1，30.0“结点荷载信息”结果输出：NE=3NJ=5NS=3NPJ=1NPF=1NODALPOINTCOORDINATESNODEXY1.0000.000024.0000.00003.00004.00004.00004.000054.00004.0000ELEMENTDATANUMBERNODE-INODE-JEAEI113.312000E+07.416000E+05245.312000E+07.416000E+05325.312000E+07.416000E+05SPECISLNODALPOINTDATANUMBERXXYYZZ111121113330NODALPOINTLOADDATANODEPX—PY—PZ4.130.0000NO—NODALPOINTLOADDATANUMBERCLASSPANGELOAD1.1.4.000—20.000DISPLACEMENTSOFNODESELEMENTNUMBERVSATA1.000000E+00.000000E+00.000000E+002.000000E+00.000000E+00.000000E+003.941212E－02.1999732E－04.288852E－024.941212E－02.199973E－04－.989866E－035.935873E－02－.941212E－04.200973E－02ELEMENTTHRUSE/SHEAR/MOMENTELEMENTNUMBERTHRUSESHERAMOMENT1N1=－15.5979Q1=68.3536M1=－113.4146N1=15.5979Q2=11.6464M2=.00002N1=41.6464Q1=－15.5979M1=.0000N1=－41.6464Q2=15.5979M2=62.39153N1=15.5979Q1=41.6464M1=－104.1939N1=－15.5979Q2=－41.6464M2=－62.3915