结构动力学教学大纲

结构动力学教学大纲课程名称：结构动力学课程编码：A1144学分：2总学时：32适用专业：土木工程先修课程：高等数学、理论力学、材料力学、结构力学一、课程的性质、目的与任务本课程为土木工程专业的必修课程。课程包括矩阵位移法、结构动力计算和结构塑性分析三个部分，课程任务是使学生掌握矩阵位移法、结构动力计算和极限荷载的基本概念、原理与计算方法；通过实践教学掌握结构动力实验基本技能，为学习后续专业课程、从事专业工作以及进一步研究打下一定的基础。二、教学基本要求了解：矩阵位移法的思路、单元刚度矩阵的特性，结构动力学的基本特点，结构动力自由度，阻尼对振动的影响，多自由度体系主振型的正交性，塑性分析及极限弯矩的概念，塑性铰、极限状态及极限荷载的基本概念，比例加载时判定极限荷载的一般定理理解：建立局部坐标系中和整体坐标系中的单元刚度矩阵方法，形成结构整体刚度矩阵的集成法，等效节点荷载向量确定方法，单自由度系统自由振动，单自由度体系的强迫振动，多自由度体系的自由振动。连续梁结构的极限荷载计算的基本原理与方法掌握：应熟练掌握矩阵位移法基本方程和连续梁的矩阵位移法计算。动力学运动微分方程，单自由度体系的自振频率计算和简谐荷载下的强迫振动计算，2个自由度体系的振动频率和振型计算，阻尼比的计算。熟练应用机动法和试算法计算超静定梁的极限荷载综合运用所学知识分析和解决问题的能力；三、教学内容第1章矩阵位移法6学时本章教学目标：讲解矩阵位移法的解题思路和步骤，矩阵位移法与位移法的联系区别，单元刚度矩阵的特性及元素的物理概念，单元定位向量的概念，掌握内矩阵位移法基本方程和连续梁的矩阵位移法计算。本章教学基本要求：了解：矩阵位移法的解题思路和步骤，矩阵位移法与位移法的联系区别，单元刚度矩阵的特性及元素的物理概念，单元定位向量的概念；理解：建立局部坐标系中和整体坐标系中的单元刚度矩阵方法，形成结构整体刚度矩阵的集成法，等效节点荷载向量确定方法；掌握：矩阵位移法基本方程和连续梁的矩阵位移法计算。本章教学重点：矩阵位移法基本方程。本章教学难点：结构整体刚度矩阵的集成法，等效节点荷载向量确定方法、连续梁的矩阵位移法计算。本章教学内容：第一节概述1学时（一）矩阵位移法与位移法的联系（二）矩阵位移法分析的基本步骤第二节局部坐标系下的单元刚度矩阵1学时（一）单元和结点的划分，单元杆端力和杆端位移的表示方法（二）单元杆端力和杆端位移之间的关系（三）单元刚度矩阵及单元刚度矩阵的性质第三节整体坐标系下的单元刚度矩阵1学时（一）单元坐标转换矩阵（二）整体坐标系下的单元刚度矩阵第四节结构整体刚度矩阵和等效结点荷载2学时（一）结点位移分量的统一编号，单元定位向量（二）利用刚度集成法形成结构整体刚度矩阵，结构整体刚度矩阵的性质第五节连续梁和简单刚架的计算步骤和算例1学时第2章结构动力计算18学时本章教学目标：了解：动力计算的特点，单自由度体系在一般荷载作用下的计算，振型叠加法，计算自振频率的近似计算方法；掌握动力自由度的判别方法，单自由度、有限自由度体系运动方程的建立方法，单自由度、有限自由度体系动力特性计算，单自由度、有限自由度体系在简谐荷载作用下的内力、位移计算，阻尼对振动的影响。本章教学基本要求：了解：结构动力学的基本特点，结构动力自由度的概念，阻尼对振动的影响，多自由度体系主振型的正交性，近似法求自振频率。理解：单自由度系统自由振动，单自由度体系的强迫振动，多自由度体系的自由振动，多自由度系统振动的振型叠加方法，求自振频率的近似方法，自由度系统振动的振型叠加方法。掌握：动力学运动微分方程，单自由度体系的自振频率计算和简谐荷载下的强迫振动计算，2个自由度体系的振动频率和振型计算，阻尼比的计算。本章教学重点：动力学运动微分方程，单自由度体系的自振频率计算本章教学难点：简谐荷载下的强迫振动计算，2个自由度体系的振动频率和振型计算。本章教学内容：第1节概述1学时（一）结构动力计算的特点，动力荷载的分类（二）动力自由度第2节单自由度体系自由振动5学时（一）按平衡条件建立运动方程—刚度法（二）柔度法建立单自由度体系的运动方程（三）自由振动运动方程的求解，位移、速度、加速度和惯性力的变化规律第3节单自由度体系的强迫振动4学时（一）简谐荷载（二）一般动荷载第4节阻尼对振动的影响1学时（一）阻尼的定义，有阻尼的自由振动（二）有阻尼的强迫振动第5节多自由度体系的自由振动3学时（一）用刚度法和柔度法计算多自由度体系的自振频率和振型（二）主振型的正交性第6节多自由度体系在简谐荷载作用下的强迫振动2学时（一）刚度法、柔度法（二）振型叠加法计算多自由度体系在一般荷载作用下的强迫振动（三）近似法计算自振频率第3章结构的极限荷载6学时本章教学目标：通过本章学习，掌握按极限荷载进行结构设计的方法。要求理解极限荷载、极限弯矩、塑性铰、破坏机构等概念；理解比例加载时判定极限荷载的定理；掌握用静力法和机动法计算静定结构、连续梁和简单超静定刚架的极限荷载。本章教学基本要求：了解塑性分析及极限弯矩的概念，塑性铰、极限状态及极限荷载的基本概念，比例加载时判定极限荷载的一般定理。理解连续梁结构的极限荷载计算的基本原理与方法。掌握应用机动法和试算法计算超静定梁的极限承载力。本章教学重点：连续梁结构的极限荷载计算的基本原理与方法。本章教学难点：塑性铰、机动法计算超静定梁的极限承载力。本章教学内容：第1节概述1学时（一）塑性分析的意义（二）弹性分析与塑性分析的比较，理想弹塑性材料的应力—应变关系（三）极限弯矩、塑性铰和静定结构的极限荷载第2节极限弯矩、塑性铰、静定结构的极限荷载计算2学时第3节超静定梁的极限荷载3学时（一）用静力法计算超静定梁的极限荷载（二）用机动法计算超静定梁的极限荷载（三）用静力法和机动法计算比例加截时判定极限荷载的一般定理四、课程的其它教学环节1、实验的目的与任务结构力学实验是结构力学理论课的一个重要环节。它占有结构力学理论课一定比例的时数，所面对的学生均为工科系列学生，他们将来要在水利工程、土木建筑等方面发挥作用，施展才能。通过本实验，首先学生可以加深理论课的认识，起到理论―实践―再理论的良形循环。本实验加强学生对基本理论理解的目的。再者学生亲自动手工操作，培养学生具有较强的实际动手能力，敏锐的观察能力，独力思考问题与解决问题的能力，对实验成果的统计与分析能力，通过从单一验证到综合设计型的训练，培养学生掌握主要仪器设备和方法，具有独立完成主要专业实验及独立设计实验方案的能立。给他们提供了充分发挥智慧和才能的空间。2、实验的基本要求（1）要求学生加深理论的认识，将理论所学的结论和定律在实验室得到验证，从而进一步巩固和掌握理论知识。（2）学生首先到实验室预约试验时间，实验教师布置试验项目，告诉学生要预习的内容。（3）学生按仪器设备台套数进行分组，自己动手，大家配合，分工合作，完成实验。实验结束后，要求学生签到，操作签字。3、实验项目与学时分配序号实验项目内容提要学时实验性质备注演示验证设计综合必做选做1机械振动系统固有频率的测量了解共振前后李萨如图形的变化规律和特点,学会用共振相位判别法测量机械振动系统固有频率1※※2单自由度系统自由衰减振动及固有频率和阻尼比的测量了解单自由度自由衰减振动的概念,用示波器记录单自由度系统自由衰减振动波形1※※五、本课程对毕业要求的贡献本课程对《建筑结构抗震》等课程的学习起到重要基础作用，对本科毕业设计中的地震作用计