《广州大学结构力学》课件

广州大学结构力学课程本课程介绍结构力学的基本概念、基本理论和基本方法。涵盖静力学、材料力学和结构力学等内容。课程简介课程名称《广州大学结构力学》课程性质专业必修课，理论与实践相结合。教学目标培养学生掌握结构力学基础理论，解决实际工程问题。教学内容涵盖静力学、材料力学、结构分析、结构设计等方面。课程目标11.理论知识掌握结构力学基础理论，建立结构分析的基本概念和方法。22.实际应用将理论知识应用于实际工程问题，学习解决结构设计和分析问题。33.培养能力培养学生分析问题、解决问题的能力，以及独立思考和团队合作的能力。44.拓展视野了解结构力学在现代工程中的应用，拓展学生对结构力学的认识和兴趣。主要内容概述材料性质与单轴受力课程首先讲解结构力学的基础知识，包括材料的力学性质和单轴受力分析。静定结构介绍静定结构的基本概念和分析方法，包括内力计算、挠度计算和设计。超静定结构深入探讨超静定结构的分析方法，如力法、位移法和矩阵法等。其他结构讲解框架结构、板结构、壳体结构等的分析方法，并介绍结构的稳定性、极限状态设计法、抗震设计等内容。材料性质与单轴受力材料的力学性质了解材料的应力-应变关系，如弹性模量、泊松比等，是进行结构设计的重要基础。应力与应变应力是指材料内部单位面积上所受的力，应变是指材料在外力作用下的形变程度。单轴受力单轴受力是指材料只受到一个方向的力，例如拉伸、压缩或剪切。强度与屈服材料的强度是指材料承受的最大应力，屈服是指材料发生永久变形时的应力。轴力与跨度计算轴力是结构中杆件承受的拉伸或压缩力。跨度是指结构中两支撑点之间的距离。1结构的稳定性轴力会影响结构的稳定性，跨度越大，结构越容易发生弯曲或失稳。2材料的强度材料的强度会影响杆件所能承受的轴力。强度越高，杆件能承受的轴力越大。3杆件的截面尺寸杆件的截面尺寸也会影响轴力。截面积越大，杆件能承受的轴力越大。轴力与跨度计算是结构力学中的基础知识，理解这两个概念对于设计和分析结构至关重要。弯矩与剪力分布1梁的弯曲外力引起梁的弯曲变形，产生弯矩2剪力外力引起梁的剪切变形，产生剪力3分布规律弯矩和剪力沿梁轴线呈特定分布弯矩和剪力分布是结构力学中的重要概念，通过分析弯矩和剪力分布，可以了解结构的受力情况，以及结构的强度和刚度。结构的支座固定支座固定支座限制了结构的水平和垂直位移，以及转动。这是一种常见的支座类型，适用于需要固定位置的结构。铰支座铰支座只限制了结构的垂直位移，但不限制转动。它们通常用于桥梁、框架和桁架等结构中，以允许结构在受到荷载时弯曲和变形。滑动支座滑动支座限制了结构的垂直位移，但允许结构水平移动。它们通常用于桥梁和大型建筑物，以适应热胀冷缩和地震等因素。弹性支座弹性支座使用弹簧或其他弹性材料来支持结构。它们可以吸收荷载，并减少结构的振动和噪声。它们通常用于桥梁、建筑物和机器等结构中。静定结构的内力计算1平衡方程利用平衡方程，建立结构受力关系。2截面法截断结构，分析截面上的内力。3力矩法根据力矩平衡，计算弯矩和剪力。静定结构的挠度计算计算方法求解挠度的常见方法包括叠加法和虚功原理。叠加法利用已知的基本解，而虚功原理则基于能量原理。影响因素挠度受到荷载、材料性质、结构几何形状和支座条件等因素影响。重要性挠度计算对于保证结构的安全性和功能至关重要，避免过大的变形。静定结构的设计安全性能结构应能承受设计荷载，确保安全性和耐久性。经济性结构设计应合理，避免材料浪费，降低成本。美观性结构设计应符合审美要求，营造良好的视觉效果。施工可行性结构设计应考虑施工工艺，确保施工顺利进行。超静定结构的分析1结构的力学模型建立准确的结构模型2基本方程的推导引入约束条件进行求解3位移协调方程考虑结构的变形和位移4力平衡方程满足结构的力平衡5解算结构的内力确定超静定结构的内力分布超静定结构是指结构的约束条件超过静定结构所需的最小约束数。超静定结构的分析方法是通过引入位移协调方程和力平衡方程来求解结构的内力。框架结构的分析1结构分析方法力学模型构建有限元法应用2内力计算轴力、剪力、弯矩节点荷载分配3变形计算位移、转角结构稳定性4优化设计材料选型截面尺寸框架结构分析涉及力学模型构建、内力计算、变形计算和优化设计等步骤。通过分析框架结构的受力状态和变形情况，工程师可以确定框架结构的承载能力和安全性，并进行优化设计。板的受力分析1集中荷载集中荷载是指作用在板的某一点上的力，例如建筑物的柱子对板的压力。2分布荷载分布荷载是指作用在板上的面积上的力，例如屋顶的雪荷载或地板上的重物。3力矩荷载力矩荷载是指作用在板上的转动力，例如风荷载或地震荷载。板的挠度计算理论方法利用弹性力学中的板理论，可以推导出板的挠度公式。数值方法有限元方法是一种常用的数值方法，可用于求解复杂形状板的挠度。实验方法通过实物模型或试验板，可以测量板的挠度，验证理论计算或数值模拟结果。板的设计材料选择根据板的荷载类型和使用环境选择合适的材料，如钢筋混凝土、钢板、木板等。厚度确定根据板的跨度、荷载、材料强度等因素确定板的厚度，确保其承载能力和刚度要求。钢筋布置根据板的受力情况，合理布置钢筋，确保板的强度和抗裂能力，并考虑施工的可行性。支座设计确保板的支座能承受板的荷载，并避免支座发生沉降或倾斜。壳体结构的分析壳体结构是一种重要的结构形式，其应用广泛，例如体育场馆、地下隧道、储罐等。1基本概念定义、分类、特点2力学分析薄壳理论、有限元方法3常见类型球壳、圆筒壳、双曲抛物壳4应用实例建筑、交通、能源本节重点介绍壳体结构的基本概念、力学分析方法、常见类型以及应用实例。杆件构件的稳定性失稳形态杆件在轴向压力作用下失去稳定性，发生弯曲变形，称为失稳。临界荷载导致杆件失稳的最小轴向压力，称为临界荷载。稳定性设计结构设计中，要保证构件在荷载作用下保持稳定，防止失稳发生。限界状态设计法承载能力极限状态结构抵抗荷载的能力与荷载本身的效应相比较，确保结构不会发生破坏正常使用极限状态结构在使用过程中保持正常功能，满足各种使用要求，例如变形、振动等耐久性极限状态结构在规定的使用年限内保持结构的完整性，避免由于腐蚀、疲劳等因素引起的失效荷载组合与承载力荷载组合是指将结构在使用过程中可能出现的各种荷载进行组合，以确定结构在各种工况下所承受的荷载大小。承载力是指结构在荷载作用下所能承受的最大荷载，是结构安全的重要指标。荷载组合与承载力计算是结构设计的重要环节，需要根据相关规范和标准进行计算，并考虑各种不确定因素的影响，确保结构在使用过程中安全可靠。永久荷载可变荷载风荷载地震荷载结构抗震设计地震荷载分析地震作用于结构的力，会造成结构变形和振动。地震荷载分析旨在确定地震作用下结构的受力情况。抗震设计原则强度要求延性要求耗能要求抗震设计方法根据结构类型和地震烈度，选择合适的抗震设计方法，确保结构在遭遇地震时能够安全可靠。有限元分析方法11.离散化将连续的结构或物体离散为有限个单元，每个单元具有特定的节点和形状函数。22.建立方程基于材料性质和边界条件，建立每个单元的平衡方程，形成整体的线性方程组。33.求解方程采用数值方法，如高斯消元法或迭代法，求解线性方程组，得到每个节点的位移和应力值。44.结果后处理将计算结果进行可视化，并对结果进行分析，以了解结构的受力情况和变形情况。数值模拟实例分析本节课将通过实际工程案例，讲解数值模拟在结构力学中的应用。例如，桥梁结构设计中，使用有限元分析软件模拟桥梁在不同荷载作用下的受力情况，计算应力、变形和稳定性，优化桥梁结构设计。模型试验方法模型试验方法模拟实际结构的受力行为和变形特征，进行验证和分析。设备与材料使用比例缩小的模型，模拟实际结构的材料和几何形状。数据分析通过测量模型的变形、应力等参数，分析结构的受力特性和安全性能。竞赛作品设计实践1项目选题选题要符合竞赛规则，与课程内容相关。2方案设计运用结构力学知识进行设计，保证结构安全可靠。3模型制作制作精美的模型，展示设计方案。4竞赛答辩清晰简洁地展示设计理念和技术方案。竞赛作品设计实践环节旨在培养学生将理论知识应用于实践的能力，锻炼团队合作能力，提高学生的创新设计能力。结构设计实例分享分享一些真实的结构设计案例，展示各种类型的结构，例如桥梁、建筑、体育场馆等。探讨设计中遇到的挑战和解决方案，例如抗震设计、荷载计算、材料选择等。案例讨论与总结案例讨论分享真实案例，探讨设计思路和优化方案。分析问题剖析案例中遇到的挑战，总结经验教训。总结回顾回顾课程核心内容，提升理解和应用能力。考核方式与成绩评定课堂参与课堂提问和讨论积极参与，展现学习态度和理解能力。作业完成按时完成课程布置的作业，并进行批改和反馈，检验学习效果。考试成绩期末考试考察理论知识和实际应用能力，占总成绩比例较高。综合评分综合课堂表现、作业成绩和考试成绩，进行综合评定。参考资料推荐11.结构力学推荐使用《结构力学》教材作为主要参考，该教材涵盖了课程的核心内容，并提供大量的例题和习题。22.相关专业书籍建议查阅其他相关专业的书籍，例如《弹性力学》、《有限元方法》等，以拓宽对结构力学的理解。33.网络资源可利用网络搜索引擎查找相关资料，包括学术论文、教学视频、软件教程等，以辅助学习。44.广州大学图书馆广州大学图书馆拥有丰富的馆藏资源，可查阅与结构力学相关的书籍、期刊、数据库等，进一步深化学习。课程师资简介教授王教授是广州大学土木工程学院的资深教授，拥有丰富的教学和科研经验。他在结构力学领域有深入的研究，发表了多篇学术论文，并获得了多个奖项。讲师李讲师是