工学天津大学结构力学课件

天津大学结构力学课件课程简介1结构力学概述介绍结构力学的基本概念、原理和应用，为后续学习打下基础。2课程目标培养学生理解结构受力、变形、稳定性等基本规律的能力，并掌握结构分析的基本方法。3课程内容涵盖静力学、材料力学、结构分析等内容，重点讲解结构的受力、变形和稳定性分析。内容大纲力学基础知识力的概念力矩的概念平衡条件结构分析方法静定结构分析超静定结构分析矩阵分析方法结构材料钢材混凝土木材力学基本概念力力是物体之间的相互作用，可以使物体发生运动状态或形状的改变。运动运动是指物体在空间中的位置随时间变化的过程。运动可以是直线运动、曲线运动或旋转运动。平衡当物体处于静止状态或匀速直线运动状态时，物体处于平衡状态，合力为零。功功是力在物体运动方向上作用的距离，它表示力对物体所做的功。应力分析1应力定义作用在物体内部的相互作用力2应力类型正应力、剪应力3应力计算力与面积之比4应力分布均匀分布、集中分布应变分析定义和概念应变是材料在受力作用下产生的变形程度，描述了物体形状和尺寸的变化。应变类型常见的应变类型包括正应变（拉伸或压缩）和切应变（剪切变形）。应变测量可以通过应变仪等设备测量应变，为结构分析提供关键数据。应力-应变关系1弹性阶段材料在加载时表现出线性弹性行为，应力与应变成正比。2屈服阶段材料开始发生永久变形，应力不再与应变成正比。3强化阶段材料继续承受负荷，但变形速率增加，应力-应变曲线出现弯曲。4颈缩阶段材料的横截面开始收缩，应力下降，最终发生断裂。材料力学性质强度材料抵抗破坏的能力。弹性材料在外力作用下发生变形，当外力去除后能恢复原状的能力。塑性材料在外力作用下发生塑性变形，当外力去除后不能恢复原状的能力。单轴拉压应力1拉应力拉伸力导致构件横截面上产生拉应力。2压应力压缩力导致构件横截面上产生压应力。轴向受力构件1定义承受轴向拉力或压力2分析方法应力、应变、位移3应用场景桥梁、建筑物、机械横截面受剪力1剪应力材料内部抵抗变形趋势的内力2剪力作用在横截面上3剪切变形横截面发生相对滑动探讨薄壁构件薄壁构件是指壁厚远小于其其他尺寸的构件，例如飞机机身、汽车车身等。由于薄壁构件的形状复杂、截面变化大，使得其力学行为更加复杂，需要考虑薄壁构件的弯曲、剪切、扭转等多种变形形式，以及相应的应力分布和稳定性问题。弯曲应力分析1弯曲应力定义当构件受到外力作用而发生弯曲变形时，构件内部产生的应力称为弯曲应力。2弯曲应力计算弯曲应力可以通过弯矩和截面几何形状计算，公式为：σ=M/Z，其中Z为截面模量。3弯曲应力分布弯曲应力在截面上呈线性分布，最大值出现在离中性轴最远的位置。材料变形弹性变形在应力去除后恢复到原始形状的变形。这种变形是可逆的，且材料能够承受一定程度的弹性变形而不会造成永久性损伤。塑性变形在应力去除后无法恢复到原始形状的变形。这种变形是不可逆的，材料会发生永久性形状改变。塑性变形通常发生在材料达到屈服强度之后。断裂材料由于应力超过其强度而发生破坏。断裂通常发生在材料达到抗拉强度之后，会导致结构失效。剪力-弯矩图绘制剪力图剪力图表示结构中每个截面上剪力的变化情况。弯矩图弯矩图表示结构中每个截面上弯矩的变化情况。绘制方法剪力-弯矩图可通过平衡方程或积分法绘制。应用绘制剪力-弯矩图有助于理解结构的内力分布。结构稳定性分析屈曲结构在承受荷载时，可能发生突然的变形，导致失去承载能力，这种现象被称为屈曲。稳定性结构的稳定性是指结构在承受荷载时，能够保持其原有形状的能力。影响因素结构的几何形状、材料性能、边界条件和荷载类型都会影响结构的稳定性。结构冗余性分析静定结构静定结构是指结构中所有未知力都可以用平衡方程求解的结构。它们通常更简单，但可能缺乏冗余性。超静定结构超静定结构是指结构中未知力多于平衡方程的结构。它们更复杂，但具有更高的冗余性，可以承受更大的荷载。结构力学实验通过结构力学实验，学生可以验证理论知识，并深入理解结构的行为。常见的实验包括：梁的弯曲实验，柱的压缩实验，板的弯曲实验，桁架的受力实验等。静定结构分析1结构类型静定结构是指结构中所有未知力可以由平衡方程直接求解的结构。2分析方法静定结构分析主要使用平衡方程，力矩平衡方程和力平衡方程来求解未知力。3应用场景静定结构分析广泛应用于各种工程领域，包括桥梁，房屋，塔架等。超静定结构分析1基本概念确定结构体系的静力学计算方法2求解方法力法、位移法等3应用场景多跨梁、框架、拱桥等结构荷载作用分析静荷载长时间作用于结构的荷载，例如建筑物的自重、固定设备的重量等。活荷载随时间变化而变化的荷载，例如人员、家具、车辆等产生的荷载。风荷载风力对建筑物产生的荷载，受风速和建筑物形状影响。地震荷载地震产生的惯性力和冲击力对结构的荷载，受震级和建筑物位置影响。桁架结构分析1桁架简介桁架由一系列直杆组成，通过铰接连接形成三角形单元，用于承受荷载。三角形单元使结构具有刚度，并能有效地将荷载传递到支撑点。2静力分析使用静力学原理来分析桁架结构中的力，包括节点力、杆件力等。静力分析用于确定桁架是否能承受荷载并保持稳定。3力法与位移法力法和位移法是常用的分析桁架结构的方法，力法基于力的平衡，而位移法基于位移和变形的关系。4有限元方法有限元方法是更先进的分析方法，将结构分解为小的单元，并通过数值模拟计算来分析桁架的受力情况。框架结构分析1静力分析结构受力状态2动力分析结构振动3稳定性分析结构整体稳定性薄壁构件分析应力集中薄壁构件在孔洞、尖角等部位容易出现应力集中现象。屈曲失效薄壁构件在承受压力时容易发生屈曲失效，导致强度下降。稳定性分析需要考虑薄壁构件的稳定性，以防止其发生屈曲或失稳。计算方法通常采用有限元方法等数值方法进行薄壁构件的应力分析。交错结构分析定义与类型交错结构是一种以交错方式排列的结构系统，常见于建筑、桥梁和船舶等领域。力学分析分析交错结构的力学行为，包括应力、应变、位移和稳定性。设计与优化根据结构荷载和性能要求，设计和优化交错结构，以确保其安全性和效率。应用案例介绍交错结构在实际工程中的应用案例，如高层建筑、大型桥梁和船体结构。混凝土结构分析1抗压强度混凝土的抗压强度是其最主要的力学性能之一2抗拉强度混凝土的抗拉强度远小于其抗压强度3抗剪强度混凝土的抗剪强度也是其重要的力学性能4弹性模量混凝土的弹性模量反映了其刚度混凝土结构分析是结构力学的重要组成部分，它涉及对混凝土结构的力学行为进行分析和评估。混凝土结构的力学性能包括抗压强度、抗拉强度、抗剪强度和弹性模量等。其中，抗压强度是其最主要的力学性能之一，而抗拉强度和抗剪强度则相对较低。钢结构分析1材料特性钢材具有高强度、韧性、可塑性和良好的焊接性能，使其成为建筑结构的理想选择。2结构设计钢结构设计需要考虑钢材的力学性能、结构形式、荷载条件和施工工艺等因素。3结构分析使用有限元分析等方法对钢结构进行分析，确保其满足安全性和可靠性要求。4施工建造钢结构的施工通常采用工厂预制、现场拼装的方式，提高效率和质量。木结构分析1木材特性强度、刚度、耐久性2结构类型梁、柱、桁架3连接方式榫卯、螺栓、钉子4抗震设计抗震性能评估复合材料结构分析复合材料的种类常见的复合材料包括玻璃纤维增强塑料、碳纤维增强塑料和树脂基复合材料。复合材料的力学性能复合材料的力学性能受材料的种类、纤维的排列方式和基体的性质影响。复合材料结构的分析方法常用分析方法包括有限元分析、层合板理论和损伤力学理论。复合材料结构的应用复合材料广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。结构设计实践1理论到实践将所学理论知识应用于实际结构设计，通过案例分析和实践操作，提升解决实际工程问题的能力。2设计流程与规范学习结构设计流程，掌握相关规范和标准，为工程项目的设计提供专业指导。3软件应用