《定性结构力学》课件VIP

定性结构力学定性结构力学是一个重要的工程力学分支，侧重于结构在不同载荷条件下的行为分析。通过定性分析，我们可以理解结构的稳定性、强度和刚度，进而设计出安全可靠的结构。WD绪论引言结构力学是建筑、桥梁、机械等领域的重要基础学科。它是研究各种结构在载荷作用下的变形、强度、稳定性和振动等力学问题，以及结构设计和建造的基本理论和方法。发展历史结构力学的发展历史悠久，其理论和方法不断完善和发展，为现代工程建设提供了坚实的理论基础。重要性结构力学在现代社会中扮演着不可或缺的角色，它为各种工程结构的设计、建造和维护提供科学依据，保证结构安全性和可靠性。1.1基本概念1结构结构是指由多个相互连接的构件组成的整体，用于承载外力并维持形状。2力学力学是研究物体运动和受力情况的学科，它包括静力学、动力学、材料力学等分支。3定性结构力学定性结构力学是研究结构受力后的变形和破坏特征，主要利用力学原理对结构进行定性的分析和判断。4结构力学分析结构力学分析是通过力学计算和分析来评估结构的承载能力、稳定性和变形情况，为结构设计提供依据。1.2研究内容和方法定量分析利用数学模型和计算机模拟来分析结构的受力和变形情况，得出定量的结果。定性分析通过观察、比较和推理来分析结构的性能，得出定性的结论。实验验证通过实验验证定量分析和定性分析的结论，确保结构的安全性。1.3学习目标掌握定性结构力学的基本概念理解定性结构力学的核心思想和基本原理，包括结构的几何特征、材料特性和受力情况等。学习定性结构力学的分析方法掌握定性结构力学的基本分析方法，例如力平衡、几何关系和材料性质分析，并能应用这些方法对简单结构进行定性分析。2.静力学基础静力学是力学的一个分支，研究物体在力的作用下保持静止或匀速直线运动时的平衡条件。静力学是结构力学的基础，其基本原理和方法在结构设计和分析中广泛应用。2.1力的概念重力地球对物体施加的吸引力，使物体向下坠落。推力施加在物体表面上的力，使物体发生位移。拉力施加在绳索或物体上，使其产生拉伸变形。支持力物体受到支撑，使物体保持静止或运动状态。2.2受力分析1识别物体确定结构的组成部分。2确定作用力识别所有作用在物体上的力。3绘制受力图将所有力表示在物体上。4简化模型使用理想化模型简化分析。受力分析是结构力学中的重要步骤，通过它可以确定物体所受的合力。受力分析需要识别物体上的所有力，包括外力和内力。外力是作用于物体外部的力，内力是物体内部产生的力。2.3力的平衡力的平衡是指物体在多个力的作用下保持静止或匀速直线运动的状态。在静力学中，力的平衡是一个重要的概念，它用来分析物体的受力情况，并判断物体是否处于平衡状态。1合力为零作用在物体上的所有力的矢量和为零。2力矩平衡作用在物体上的所有力的力矩之和为零。3静止或匀速直线运动物体处于静止状态或匀速直线运动状态。力的平衡状态是物体保持静止或匀速直线运动的必要条件，也是分析和解决静力学问题的基础。通过对力的平衡条件的分析，可以判断物体是否处于平衡状态，并进一步求解物体所受到的各种力的大小和方向。3.几何学基础几何学是结构力学的重要基础之一，它为结构的形状、尺寸和位置提供了描述和分析方法。几何学基础可以帮助我们理解力和位移之间的关系，以及结构的形变和稳定性。3.1向量与坐标系矢量表示用箭头表示大小和方向，便于理解和计算。坐标系选择根据结构特点选择合适的坐标系，方便分析和求解。线性代数基础掌握向量运算、矩阵运算和线性方程组等基础知识。3.2应变与位移应变应变是指材料在受到外力作用时发生的形变程度。它反映了物体形变的大小，通常用应变率来表示。应变率是物体形变后的尺寸与原始尺寸之比。位移位移是指物体在受到外力作用后，其质心或参考点在空间位置上的变化。位移描述了物体形变后的位置变化，通常用向量来表示。3.3应变-位移关系11.几何关系应变描述了材料的变形程度，位移则表示物体各点的运动情况。22.应变-位移公式该公式将应变与位移建立起数学联系，用于分析结构的变形和应力状态。33.应用应变-位移关系在结构力学分析中至关重要，用于预测结构的变形情况并评估其安全性和稳定性。材料力学基础材料力学是研究材料在各种外力作用下的力学性能和变形规律的一门学科。它为结构力学提供基础理论，分析结构的强度、刚度和稳定性。4.1应力与应变应力材料在外部载荷作用下内部产生的抵抗变形的能力。应变材料在外部载荷作用下发生的变形量与材料原始尺寸的比值。4.2应力-应变关系线性弹性应力与应变呈线性关系，材料在弹性范围内变形，卸除载荷后可恢复原状。非线性弹性应力与应变呈非线性关系，材料在弹性范围内变形，卸除载荷后不能完全恢复原状。塑性材料超过弹性极限，发生永久变形，即使卸除载荷，也无法恢复原状。断裂材料承受的应力超过强度极限，发生断裂。4.3应力计算1应力公式应力定义为作用在物体截面上的力与截面面积的比值。2应力集中当物体存在孔洞、缺口或几何形状变化时，应力会在这些区域集中。3应力分析方法常用的应力分析方法包括有限元分析、解析解法和实验测量。层面力学分析层面力学是定性结构力学的重要组成部分，它关注结构在特定层面上的力学行为。通过对层面的力学分析，我们可以理解结构的整体稳定性，并预测在特定载荷条件下结构的变形和失效模式。5.1有限元理论基本思想将连续的结构划分为有限个单元，并在每个单元上假设简单的节点位移函数。通过建立单元的刚度矩阵和质量矩阵，并进行组装，可以得到整个结构的整体刚度矩阵和质量矩阵。离散化将结构离散化为有限个单元，每个单元可以用有限个节点来描述。每个单元内的位移可以用节点位移来表示，因此可以利用节点位移来求解整个结构的位移场。5.2杆件分析杆件力学杆件是结构中的基本单元，承受轴向拉伸或压缩力的线性元件。应力分析分析杆件在受力下的应力和应变分布，了解杆件的承载能力和失效模式。杆件稳定性研究杆件在荷载作用下的稳定性，防止失稳现象发生。杆件设计根据杆件的受力情况，选取合适的材料和尺寸，确保杆件能够安全可靠地承受荷载。5.3板壳分析11.薄板薄板是指厚度远小于其平面尺寸的平板结构，如飞机机翼、汽车车身等。22.薄壳薄壳是指厚度远小于其曲率半径的曲面结构，如拱桥、储罐等。33.分析方法主要采用有限元法进行分析，可模拟复杂形状、边界条件和载荷。44.典型应用板壳结构广泛应用于建筑、航空航天、机械等领域。动力学分析动力学分析是结构力学的重要组成部分，它研究结构在各种荷载作用下的动态响应。结构的动态响应通常表现为振动，例如房屋在风荷载作用下的摇晃，桥梁在车辆通过时的振动等。6.1动量定理牛顿第二定律动量定理是牛顿第二定律在非恒定质量系统中的推广。动量变化动量是质量和速度的乘积，动量定理指出物体动量的变化等于作用在物体上的合外力的冲量。应用场景动量定理在碰撞、爆炸等问题中得到广泛应用，用于分析物体的运动规律。6.2振动分析自由振动系统在初始扰动下，不受外力的影响，自行振动。强迫振动系统受到外力作用，在外力的持续作用下进行的振动。共振当外力的频率与系统的固有频率相同时，振幅会急剧增大。6.3稳定性分析结构稳定性结构的稳定性是指结构抵抗外部扰动，保持平衡的能力。结构的稳定性与结构的形状、材料和约束条件等因素有关。稳定性分析方法稳定性分析方法主要包括平衡法、能量法和有限元法等。稳定性判据稳定性判据是判断结构是否稳定的标准，常用的稳定性判据包括临界载荷、失稳模态和安全系数等。案例分析通过实例展现定性结构力学的应用。深入理解结构分析流程，提高解决实际问题的能力。7.1例题演示选择例题根据课程内容和学生理解程度，选择适当的例题，如结构受力分析、材料力学应用等。步骤演示通过逐步分解例题，详细讲解定性结构力学分析方法，并展示解题步骤和计算过程。结果解释解释例题结果，并将其与实际工程应用联系起来，帮助学生更好地理解定性结构力学原理。问题解答针对学生提出的问题，进行细致解答，并引导学生思考和讨论，深化理解。7.2典型结构分析1梁承重结构2柱支撑结构3板铺设结构4壳围护结构本部分将对典型结构进行分析，涵盖梁、柱、板、壳等常见结构形式。通过案例分析，深入了解结构力学在实际工程中的应用。典型结构分析本部分展示定性结构力学在实际工程中的应用。通过分析真实案例，加深对理论知识的理解。8.1重点内容回顾定性结构力学基本概念定性结构