结构力学求解器(使用指南)

1、结构力学求解器(使用指南) 结构力学求解器(SM Solver of Windows)是一个关于结构力学分析计算的计算机软件,其功能包括求解平面杆件结构(体系)的几何组成、静定和超静定结构的内力、位移,影响线、自由振动的自振频率和振型,以及弹性稳定等结构力学课程中所涉及的绝大部分问题.对几何可变体系可作静态或动态显示机构模态;能绘制结构内力图和位移图;能静态或动态显示结构自由振动的各阶振型和弹性稳定分析的失稳模态;能绘制结构的影响线图. 该软件的版本为V1.5.清华大学土木系研制.高教出版社发行.一.运行环境 Windows 98/NT. 8M内存. 2M硬盘空间.二.装机与运行 将软件光盘置

2、入光驱,在Windows环境下运行光盘上的SMsetup.exe,然后按提示操作 即可完成装机.装机完成后,桌面上将出现一个名为求解器的图标.双击桌面上的 求解器图标,再单击软件的封面,便可使用该求解器.三.输入数椐 先对结构的结点及单元进行编码,然后按以下诸项输入数椐: 1.结点定义 N,Nn,x,y Nn-结点编码; x-结点的x 坐标; y-结点的y 坐标. 结构整体坐标系为xoy,一般取结构左下支座结点为坐标原点(0,0). 2.结点生成(即成批输入结点坐标) NGEN,Ngen,Nincr,N1,N2,N12incr,Dx,DY Ngen-结点生成的次数; Nincr-每次生成的结点

3、码增量; N1、N2-基础结点范围; N12incr-基础结点的编码增量; Dx,DY-生成结点的x ,y坐标增量. 3.单元定义 E，N1,N2,DOF11,DOF12,DOF13,DOF21,DOF22,DOF23 N1,N2-单元两端的结点码; 以下连接方式:1为连接,0为不连接; DOF11,DOF12-分别为单元在杆端1处的x、y方向自由度的连接方式, 缺省值=1; DOF13-单元在杆端1处的转角方向自由度的连接方式,缺省值=0; DOF21,DOF22-分别为单元在杆端2处的x、y方向自由度的连接方式, 缺省值=1; DOF23-单元在杆端2处的转角方向自由度的连接方式,缺省值=

4、0. 4.单元生成(即成批输入单元两端的连接方式) EGEN,Ngen,E1,E2,Nincr Egen-生成次数; E1,E2-基础单元范围; Nincr-生成中单元两端点对应的结点码增量. 5.支座约束定义 NSUPT,Sn,Stype,Sdir,Sdisx,Sdisy,SdisR Sn-支座的结点码; Stype-支座类型码; Sdir-支座方向,以图示方向为零,绕结点逆时针旋转为正; Sdisx-x方向的支座位移,缺省值=0; Sdisy-y方向的支座位移,缺省值=0; SdisR-转角方向的支座位移,缺省值=0. 以上(1)(6)为支座类型码. 6.单元材料性质 ECHAR,Elem

5、Start,ElemEnd,EA,EI,m ElemStart-单元起始码; ElemEnd-单元终止码; EA,EI-分别为单元的抗拉和抗弯刚度; m-单元的均布质量(kg/m). 7.结点荷载 NLOAD,Ln,Ltype,Lsize,Ldir Ln-荷载作用的结点码; Ltype-荷载类型; Ltype=1(-1),集中荷载,指向(背离)结点; Ltype=2(-2),逆时(顺时)针方向的集中力矩; Lsize-荷载大小(kn,kn-m); Ldir-荷载方向(度),仅当Ltype=1或-1时入,缺省值=0 . 说明:竖向集中力,作用在结点上方时,取 =-90 ,反之,取 =90 ; 水

6、平集中力,作用在结点左方时,取 =0 ,反之,取 =180 . 8.单元荷载 ELOAD,Ln,Ltype,Lsize1,Lpos1Lpos2,Ldir Ln-荷载作用的单元码; Ltype-荷载类型; Ltype=1(-1),集中荷载,指向(背离)单元; Ltype=2(2),逆时(顺时)针方向的集中力矩; Ltype=3(-3),均布荷载,指向(背离)单元; Lsize1-荷载大小; Lpos1-荷载起点至单元杆端1的距离与单元杆长的比值,缺省值=0; Lpos2-荷载终点至单元杆端1的距离与单元杆长的比值,缺省值=1; (仅对均布荷载输入Lpos2) Ldir-荷载方向(度),仅当Lty

7、pe=1,3或-1,-3时输入,缺省值=0. (注:按局部坐标系定义,其角度以逆时针方向为正) 9.频率计算参数 FREQ,Nfreq,FreqStart,Tol Nfreq-欲求的频率数目; FreqStart-频率起始阶数; Tol-精度误差限,如0.0005. 10.影响线参数 IL,LoadDOF,En,pos,Fdof LoadDOF-单位荷载的方向(整体坐标系):1为水平,2为竖直,3为转角; En-单元码; pos-单元上截面位置:距杆端1的距离与杆长的比值; Fdof-欲求影响线的内力自由度(局部坐标系),1为轴力,2为剪力, 3为弯矩. 说明: 1.计算结构的内力和位移时,仅

8、输入1(或及2),3(或及4),5,6,7,8 项; 2.当单元的抗拉刚度(EA)或抗弯刚度(EI)为无穷大时,则分别填-1; 3.当斜杆单元作用沿水平线的均布荷载时,需按合力相等的原则,变换成 沿杆轴线分布的均布荷载输入,荷载类型码仍为3(见例5). 四.上机操作步骤 1.双击桌面上的求解器图标,再单击求解器的封面进入使用状态; 2.键入数椐文件名(如TITLE,XXXX),逐行输入数椐(也可用命令方式输入); 3.将数椐文件存盘 单击桌面上方的文件,在文件菜单中点保存或另存为,键入文件名, 点确定; 4.再单击文件,在文件菜单中点退出; 5.见提示?此命令将结束本次SM Solver! 点

9、取消或确定,重新进入SM Solver; 6.单击文件,在文件菜单中点打开; 7.点所要运行的数椐文件名,并单击确定; 8.单击桌面下方的观览器图标,(桌面上显示结构计算简图的形状),并单 击最大化按钮,将图形放大; 9.单击桌面上方的标注,在标注菜单中点所要显示的参数; (如无误,则进行下一步,若有误,则进行修改) 10.单击观览器图标,点桌面上方的求解; 11.在求解菜单中,点所要计算的内容(如内力计算、位移计算等),即可显 示计算结果(如各杆杆端的内力或位移,对照结构的单元编号或结点编号阅读); 12.单击所要显示的内力类型(轴力、剪力、弯矩)及显示对象(如结构或单元); 13.单击观览

10、器图标,则显示出内力图或位移图; 14.重复单击观览器图标,即可选定和显示不同的内力图; 15.逐层单击标题栏右边的关闭按钮,当显示:此命令将结束本次SM Solver的 运行或提示结力求解器!Overflow时,则点确定退出.五.计算例题 例1 求图示刚架的内力.各杆的 EA=3.12X10 KN, EI=4.16X10 KN-M. TITLE,AAA-1 N,1,0,0 N,2,4,0 N,3,0,4 N,4,4,4 E,1,3,1,1,1,1,1,0 E,3,4,1,1,0,1,1,1 E,4,2,1,1,1,1,1,1 NSUPT,1,6,0,0,0,0 NSUPT,2,6,0,0,0

11、,0 ECHAR,1,3,3.12E+06,4.16E+04 NLOAD,3,1,30,0 ELOAD,1,3,20,0,1,90 例2 求图示组合结构的内力.设各杆的 EA = EI = 1. TITLE,AAA-2N,1,0,0 NSUPT,1,2,-90,0,0N,2,2,0 NSUPT,5,1,0,0N,3,4,0 ECHAR,1,9,1,1N,4,6,0 ELOAD,1,3,1,0,1,90N,5,8,0 ELOAD,2,3,1,0,1,90N,6,2,-2 ELOAD,3,3,1,0,1,90N,7,6,-2 ELOAD,4,3,1,0,1,90 E,1,2,1,1,0,1,1,1

12、E,2,3,1,1,1,1,1,0E,3,4,1,1,0,1,1,1E,4,5,1,1,1,1,1,0E,6,7,1,1,0,1,1,0E,6,2,1,1,0,1,1,0E,7,4,1,1,0,1,1,0E,6,1,1,1,0,1,1,0E,7,5,1,1,0,1,1,0 例3.求图示桁架各杆的轴力. TITLE,AAA-3 N,1,1,0 NGEN,4,1,1,1,1,1,0 NGEN,1,5,1,5,1,0,1 E,1,2,1,1,0,1,1,0 EGEN,3,1,1,1 EGEN,1,1,4,5 E,6,1,1,1,0,1,1,0 EGEN,4,9,9,1 E,1,7,1,1,0,1,1

13、,0 E,1,8,1,1,0,1,1,0 E,8,5,1,1,0,1,1,0 E,5,9,1,1,0,1,1,0 NSUPT,1,2,-90,0,0 NSUPT,5,1,0,0 NLOAD,8,1,1,-90 NLOAD,9,-1,2,-90 (注:此题系静定结构,其内力与材料性质无关,故可不输入ECHAR项) 例4.求图示桁架的轴力. 提示:支座约束和结点荷载信息为 NSUPT,1,2,-90,0,0 NSUPT,2,1,0,0 NLOAD,7,1,8,-90 NLOAD,8,1,4,180 NLOAD,5,1,4,180 例5.求图示三铰刚架的内力. 提示:支座约束及斜杆单元的荷载信息为

14、NSUPT,1,2,-90,0,0 NSUPT,2,2,0,0,0 ELOAD,2,3,9.48682596,0,1,71.565 注:将沿水平线均布荷载(q)变换成沿杆轴线的均布荷载(q ) 即q =qcos =10X6 / 40 = 9.48682596 例6.求图示刚架的内力.设EI=1. TITLE,AAA-6 N,1,0,0 N,2,4,0 N,3,8,0 N,4,4,-4 E,1,2,1,1,1,1,1,1 E,2,3,1,1,1,1,0,1 E,4,2,1,1,0,1,1,1 NSUPT,1,6,-90,0,0,0 NSUPT,3,5,0,0,0 NSUPT,4,4,90,0,0

15、 ECHAR,1,1,-1,1 ECHAR,2,2,-1,2 ECHAR,3,3,-1,1 ELOAD,1,3,30,0,1,90 ELOAD,2,1,50,0.5,90 (注:取EA= ,填-1) 例7.求图示梁的内力和位移 .EI=5X10 KN-M .TITLE,AAA-7N,1,0,0N,2,6,0N,3,7.5,0E,1,2,1,1,0,1,1,1E,2,3,1,1,1,0,0,0NSUPT,1,3,0,0NSUPT,2,1,0,0ECHAR,1 2 -1,5E+04ELOAD,2,3,16,0,1,90ELOAD,2,1,20,1,90 例8.求图示铰接排架的内力. EI = 1,

16、 EI = 6 (设横梁的 EI=1,柱子的 EA= ) TITLE,AAA-8 N,1,0,0 NSUPT,1,6,0,0,0,0 N,2,6,0 NSUPT,2,6,0,0,0,0 N,3,16,0 NSUPT,3,6,0,0,0,0 N,4,0,6 ECHAR,1,1,-1,1 N,5,6,6 ECHAR,2,4,-1,6 N,6,6,7 ECHAR,5,6,-1,1 N,7,6,10 ECHAR,7,8,-1,1 N,8,16,10 ELOAD,6,1,20,1/3,90 N,9,16,7 E,1,4,1,1,1,1,1,0 E,2,5,1,1,1,1,1,1 E,3,9,1,1,1,

17、1,1,1 E,5,6,1,1,1,1,1,1 E,6,7,1,1,1,1,1,0 E,9,8,1,1,1,1,1,0 E,4,5,1,1,0,1,1,0 E,7,8,1,1,0,1,1,0 例9.计算图示两层刚架的自振频率和主振型 横梁的均布质量m = m = 15X10 kg/m 柱子的抗弯刚度 EI =1X10 kn.m 设EA = TITLE,AAA-9 N,1,0,0 N,2,4,0 N,3,0,3 N,4,4,3 N,5,0,6 N,6,4,6 E,1,3,1,1,1,1,1,1 E,3,5,1,1,1,1,1,1 E,2,4,1,1,1,1,1,1 E,4,6,1,1,1,1,1

18、,1 E,3,4,1,1,1,1,1,1 E,5,6,1,1,1,1,1,1 NSUPT,1,6,0,0,0,0 NSUPT,2,6,0,0,0,0 ECHAR,1,4,-1,1E+08,1E-08 ECHAR,5,6,-1,-1,1.5E+04 FREQ,2,1,0.0005 (注:柱子的质量不能填0,可填一个很小的数,如10 ) 例10.对图示两跨四层框架结构,分别计算竖向荷载和水平荷载作用下的内力. 各杆的EA、EI值见下表: 框架梁柱计算参数表 截面 弹性模量 惯性矩 EA EI 构件 A=bXh(m ) E(kn/m ) I(m ) (kn) (kn-m ) 底层 0.25xX0.5

19、 3X10 0.521X10 0.375X10 1.563X10 梁 其它层 0.25X0.5 2.8X10 0.521X10 0.350X10 1.459X10 底 边柱 0.4X0.4 3X10 0.213X10 0.480X10 0.639X10 层 中柱 0.45X0.45 3X10 0.342X10 0.608X10 1.026X10 柱 其 边柱 0.4X0.4 2.8X10 0.213X10 0.448X10 0.596X10 它 层 中柱 0.45X0.45 2.8X10 0.342X10 0.567X10 0.958X10 TITLE,AAA-10 N,1,0,0 水平荷载作

20、用 N,2,5.0,0 NLOAD，4,1,8.05,0 N,3,10.0,0 NLOAD,7,1,11.17,0 NGEN,1,3,1,3,1,0,4.5 NLOAD,10,1,15.20,0 NGEN,3,3,4,6,1,0,3 NLOAD,13,1,19.10,0 E,1,4,1,1,1,1,1,1 竖向荷载作用 EGEN,2,1,1,1 ELOAD,13,3,19.30,0,1,9EGEN,3,1,3,3 ELOAD,14,3,19.30,0,1,90 E,4,5,1,1,1,1,1,1 ELOAD,15,3,19.30,0,1,90 E,5,6,1,1,1,1,1,1 ELOAD,16,3,19.30,0,1,90 E,7,8,1,1,1,1,1,1 ELOAD,17,3,19.30,0,1,90 EGEN,2,15,15,3 ELOAD,18,3,19.30,0,1,90 E,8,9,1,1,1,1,1,1 ELOAD,19,3,19.50,0,1,90 EGEN,2,18,18,3 ELOAD,20,3,19.50,0,1,90 NSUPT,1,6,0,0,