力学与结构课件幻灯片T9

第9章

建筑力学的计算机软件简介

目录.ppt理论力学问题求解器简介材料力学问题求解器简介结构力学问题求解器本章内容

教学要求：了解理论力学求解器、材料力学求解器和结构力学求解器的功能和基本操作方法，学会利用这些软件求解相应的结构计算问题。常用的建筑力学的计算机软件基本上涉及三大力学，包括理论力学问题求解器、材料力学问题求解器以及结构力学问题求解器，本章将分别对它们做简要的介绍和举例说明。本节介绍的理论力学问题求解器由上海交通大学工程力学系研制，该求解器包括运动学分析、动力学分析以及静力学分析三部分。下面讲述理论力学问题求解器的菜单。理论力学问题求解器简介1.文件运动学、静力学、动力学部分的文件扩展名分别为*.xyy、*.xh、*.hxh。2.系统参数(1)物体(静力学/运动学/动力学)。(2)铰(静力学/运动学/动力学)，如图9.1所示。(3)铰参数修改(静力学/运动学/动力学)。图9.1铰3.图形操作(1)图形单位(静力学/运动学/动力学)，可以选择千米，米，分米，厘米(默认)，毫米，如图9.2所示。理论力学问题求解器简介图9.2图形单位(2)图幅定义(静力学/运动学/动力学)，整个绘图区域的大小。程序默认为1600×1600。(3)原点定义(静力学/运动学/动力学)，定义绘图区域的基点(原点)坐标x与y。这个值是关于屏幕坐标系，以屏幕左上角为(0,0)，向右为x轴正向，向下为y轴正向。(4)图形放大，缩小，还原(静力学/运动学/动力学)，控制图形大小，以获得最佳视觉效果。4.仿真计算(1)参数设定(静力学/运动学/动力学)。单击“仿真计算”菜单中的“参数设定”项，将弹出“计算参数”对话框。在“计算参数”对话框中需要输入计算精度，计算步长，计算起始时刻，计算终止时刻。(2)自由度分析(静力学/运动学/动力学)。单击“仿真计算”菜单中的“自由度分析”项，将弹出“消息”框告知系统自由度，单击“确认”按钮后将弹出“初始条件”对话框，在运动学分析程序中，这时需要输入的参数有驱动铰号或物体号，初始角速度，初始角加速度。在动力学分析与静力学分析程序中，“初始条件”对话框需要输入的参数有物体号、坐标选择、初始位置及速度输入。(3)构型数据恢复(静力学/运动学/动力学)。由于输入时必然有误差,整个系统的初始位置不一定准确,该程序能够在自由度分析过程中自动进行准确装配。但如果输入误差太大，可能会装配失败或位置错位。这个菜单命令就是用来使系统恢复装配前姿态的。(4)计算/平衡位置分析(静力学/运动学/动力学)。根据输入数据进行计算。(5)运动数据输出(运动学/动力学)。将指定物体的计算结果以数值形式输出。在“静力学分析”程序中没有此项。理论力学问题求解器简介(6)动画仿真(运动学/动力学)。用动画图形来演示系统的运动情况。(7)平衡位置构型(静力学)。在绘图板区域输出系统平衡时的整体构型。此项仅在静力学分析程序中有。用“构型数据恢复”菜单命令可以恢复系统输入时的构型。(8)运动曲线输出(运动学/动力学)。用坐标图来演示的单一物体运动学输出数据。(9)运动数据输出(运动学/动力学)。用二维表将物体的选定运动数据计算结果以数值表形式输出。(10)理想约束力曲线(运动学/动力学)。用坐标图来演示系统的约束力情况。(11)理想约束力数据(静力学/运动学/动力学)。用二维表将某个约束力结果以数值形式汇总输出。理论力学问题求解器简介材料力学问题求解器简介本节介绍的材料力学问题求解器由清华大学研制。该求解器采用独特的人机交互输入方式，避免了填写繁琐的数据文件，而且可以分别就杆件的截面几何性质、弯曲强度、弯曲切应力、等强度简支梁、梁的位移、应力状态、组合受力、超静定梁、超静定桁架、超静定刚架、压杆稳定以及疲劳强度等问题进行分类考虑。求解器有详细的中文菜单目录指导用户操作，并提供了丰富的图形输入功能，有效地帮助输入与计算。一、模块功能简介1.截面几何性质(1)弯曲强度：本模块由3个子块组成——“强度校核”、“截面设计”、“许用载荷”。(2)弯曲切应力：本模块用于多种截面简支梁在各种载荷作用下的最大切应力强度校核，可同时绘制剪力图和横截面上的切应力分布图。(3)等强度简支梁：本模块用于等强度简支梁的设计。(4)梁的位移：“等截面梁”可计算各种支承静定梁在集中力、集中力偶和均布力作用下的挠度和转角，同时显示弯曲变形图。2.应力状态(1)组合受力：本模块由3个子块组成——“弯扭组合”(圆轴)、“斜弯曲”和“偏心拉压”。(2)超静定梁：本模块用于求解多跨(两个支座之间称为一跨)超静定连续梁在各种载荷作用下的弯矩图，也可用于绘制静定梁的弯矩图。(3)超静定桁架：本模块用于求解静定和超静定桁架杆内力。使用本程序前，需对桁架的各杆以及各杆的两端点(节点)加以编号。(4)超静定刚架：本模块用于求解平面静定和超静定刚架的弯矩图。使用本程序前，需对刚架的各杆以及多杆的两端点(节点)加以编号。(5)压杆稳定：本模块由3个子块组成——“临界力计算”、“稳定校核”、“截面设计”：“临界力计算”——可计算各种支承压杆的临界力。对于弹性范围采用欧拉公式；对于弹塑性失稳采用直线公式。“稳定校核”——采用安全因数法，即工作安全因数大于许用安全因数。“截面设计”——采用试算法。材料力学问题求解器简介二、操作实例例【例9.1】进行等强强度简支支梁设计计，设计计条件见见如下操操作步骤骤。操作步骤骤：(1)单单击““等强度度简支梁梁”，如如图9.3所示示，进入入后单击击“等强强度简支支梁设计计”，如如图9.4所示示。材料力学学问题求求解器简简介图9.3等强度简简支梁图9.4等强度简简支梁设设计(2)单单击““梁的类类型”，，这里只只有简支支梁可供供选择，，输入““梁的长长度”5000mm，，如图9.5所所示。图9.5梁的类型型(3)单击“截截面类型型”，有有矩形和和圆形可可供选择择，这里里选择矩矩形，输输入“截截面参数数”，宽宽度定为为200mm，如图9.6所示。图9.6截面类型型(4)单击“材材料参数数”，输输入材料料的许用用应力为为25MPa，如图9.7所示。图9.7材料参数数材料力学学问题求求解器简简介(5)单单击““载荷信信息”，，输入荷荷载，有有多个荷荷载的可可以分别别“添加加”上去去，一定定记得最最后要单单击“应应用”按按钮，这这里设简简支梁受受满跨均均布荷载载作用，，均布荷荷载的集集度为20kN/m，，如图9.8所所示。图9.8载荷信息息(6)全部输入入完毕以以后，单单击“设设计”按按钮，得得出结果果，如图图9.9所示。(7)最后还可可以对该该数据进进行保存存，单击击“保存存”按钮钮，指定定相应的的路径即即可。图9.8载荷信息息材料力学学问题求求解器简简介【例9.2】偏心拉压压时的应应力计算算。操作步骤骤：(1)首首先进进入“偏偏心拉压压”，如如图9.10所所示。(2)选选择““截面类类型”，，输入““截面参参数”，，如图9.11所示。。图9.10偏心拉压压图9.11截面类型型(3)输入“载载荷信息息”，如如图9.12所示。图9.12载荷信息息材料力学学问题求求解器简简介(4)单单击““计算””按钮，，得出结结果，如如图9.13所所示。图9.13计算(5)最后还可可以单击击“保存存”按钮钮，对该该题中的的数据进进行保存存。材料力学学问题求求解器简简介结构力学学问题求求解器本节介绍绍的结构构力学问问题求解解器(SMSolver)由清华大大学土木木系结构构力学教教研室研研制。该该求解器器包括““编辑器器”与““观览器器”两部部分。求求解器的的主要功功能包括括自动求求解功能能、智能能求解功功能以及及一些辅辅助功能能。此外外，求解解时能够够做到图图形与对对象编辑辑相互对对应，非非常直观观。一、程序功能能简介与与计算步步骤SMSolver是结构力力学辅助助分析计计算的通通用程序序，其主主要功能能如下：：1.自动求解解功能(1)平面体系系的几何何组成分分析，对对于可变变体系可可静态或或动画显显示机构构模态。(2)平面静定定结构和和超静定定结构的的内力计计算和位位移计算算，并绘绘制内力力图和位位移图。(3)平面结构构的自由由振动和和弹性稳稳定分析析，计算算前若干干阶频率率和屈曲曲荷载，，并静态态或动画画显示各各阶振型型和失稳稳模态。(4)平面结构构的极限限分析，，求解极极限荷载载，并可可静态或或动画显显示单向向机构运运动模态态。(5)平面结构构的影响响线分析析，并绘绘制影响响线图。2.智能求解解功能(1)平面体系系的几何何构造分分析：按按三刚片片法则求求解，给给出求解解步骤。。(2)平面桁架架的截面面法：找找出使指指定杆为为截面单单杆的所所有截面面。(3)平面静定定组合结结构智能能求解：：给出求求解步骤骤。结构力学学辅助分分析计算算的通用用程序的的计算步步骤如下下所述：：(1)在“命命令””菜单单中选选择问问题定定义，，确定定开始始一个个新问问题，，并输输入问问题标标题。。(2)在“命命令””菜单单中输输入有有关结结点坐坐标、、单元元组成成、单单元有有关参参数、、载荷荷参数数及支支座参参数。。(3)可在““命令令”菜菜单选选择变变量定定义。。(4)在“求求解””菜单单中设设置求求解路路径(一般不不用设设置，，采用用默认认值即即可)。(5)在“求求解””菜单单中选选择几几何组组成、、内力力计算算或位位移计计算等等命令令，可可进行行分析析计算算。(6)若欲观观看结结构图图，可可在““查看看”菜菜单中中选择择“观观览器器”命命令。。(7)若欲保保存文文档，，可在在“文文件””菜单单中选选择““保存存”或或“另另存为为”命命令将将该文文件保保存。。(8)若欲对对存在在磁盘盘文件件中的的某设设计做做修改改，可可在““文件件”菜菜单中中选择择“打打开””命令令将该该文件件调入入，然然后可可仿照照上述述步骤骤对设设计参参数进进行修修改更更新。。结构力力学问问题求求解器器二、SMSolver通用程程序的的命令令文档档编辑辑器简简介命令文文档编编辑器器包括括菜单单命令令和工工具栏栏，其其中菜菜单命命令包包括““文件件”菜菜单、、“编编辑””菜单单、““查看看”菜菜单、、“命命令””菜单单、““求解解”菜菜单、、“窗窗口””菜单单以及及“帮帮助””菜单单；在在应用用程序序窗口口上端端，菜菜单栏栏之下下，可可使鼠鼠标更更为方方便地地使用用SMSolver许多工工具。。为隐隐藏或或显示示工具具栏，，可从从“查查看””菜单单上选选择““工具具栏””命令令。三、操作实实例【例9.3】以一个个2跨跨2层层的一一榀框框架计计算为为例来来说明明SMSolver的的操作作方法法。该该框架架的左左跨为为8m，右右跨为为6m，层层高均均为4m，，横梁梁上作作用均均布荷荷载，，大小小为1kN/m，如如图9.14所所示。。图9.14框架结结构结构力力学问问题求求解器器操作步步骤(1)首首先双双击““SMSolver.exe””文件件，然然后双双击看看到的的界面面即可可进入入操作作，这这时屏屏幕上上显示示出了了“编编辑器器”和和“观观览器器”，，“编编辑器器”用用来进进行基基本操操作，，“观观览器器”主主要用用于显显示操操作后后的图图形结结果。。(2)单单击““编辑辑器””中的的“命命令””菜单单，进进行结结点的的定义义，即即输入入各结结点的的坐标标，单单击““应用用”以以后在在“观观览器器”中中会有有显示示，输输入完完成以以后单单击““关闭闭”按按钮，，如图图9.15所所示。。图9.15结点定定义结构力力学问问题求求解器器(3)定义单单元，，根据据已有有的结结点编编号将将单元元用相相应的的连接接方式式连接接起来来，连连接方方式有有铰接接、刚刚接、、自由由等多多种选选择，，这里里所有有的单单元连连接方方式均均为刚刚接，，如图图9.16所示。。图9.16单元定定义(4)定定义约约束条条件，，如图图9.17所示示。图9.17位移约约束结构力力学问问题求求解器器(5)定义荷荷载，，有多多种荷荷载可可供选选择，，本例例中为为均布布荷载载，如如图9.18所示。。图9.18荷载条条件(6)定义材材料性性质，，如图图9.19所示。。图9.17位移约约束结构力力学问问题求求解器器(7)单击““编辑辑器””中的的“求求解””菜单单，单单击““几何何构造造分析析”，，马上上得到到分析析结果果为有有12个多余余约束束的几几何不不变体体系，，如图图9.20所示。。图9.20几何构构造分分析结构力力学问问题求求解器器(8)在“求求解””菜单单中，，单击击“内内力计计算””，即即可得得出任任一横横截面面的轴轴力、、剪力力和弯弯矩，，要显显示内内力图图，则则在““内力力显示示”中中选择择“结结构””(整体显显示)或“单单元””(分单元元显