結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器(使用指南)

1、結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器(使用指南) 結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器(SM Solver of Windows)是一個(gè)關(guān)于結(jié)構(gòu)力學(xué)分析計(jì)算的計(jì)算機(jī)軟件,其功能包括求解平面桿件結(jié)構(gòu)(體系)的幾何組成、靜定和超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、位移,影響線、自由振動(dòng)的自振頻率和振型,以及彈性穩(wěn)定等結(jié)構(gòu)力學(xué)課程中所涉及的絕大部分問(wèn)題.對(duì)幾何可變體系可作靜態(tài)或動(dòng)態(tài)顯示機(jī)構(gòu)模態(tài);能繪制結(jié)構(gòu)內(nèi)力圖和位移圖;能靜態(tài)或動(dòng)態(tài)顯示結(jié)構(gòu)自由振動(dòng)的各階振型和彈性穩(wěn)定分析的失穩(wěn)模態(tài);能繪制結(jié)構(gòu)的影響線圖. 該軟件的版本為V1.5.清華大學(xué)土木系研制.高教出版社發(fā)行.一.運(yùn)行環(huán)境 Windows 98/NT. 8M內(nèi)存. 2M硬盤空間.二.裝機(jī)與運(yùn)行 將軟件光盤置

2、入光驅(qū),在Windows環(huán)境下運(yùn)行光盤上的SMsetup.exe,然后按提示操作 即可完成裝機(jī).裝機(jī)完成后,桌面上將出現(xiàn)一個(gè)名為"求解器"的圖標(biāo).雙擊桌面上的 "求解器"圖標(biāo),再單擊軟件的封面,便可使用該求解器.三.輸入數(shù)椐 先對(duì)結(jié)構(gòu)的結(jié)點(diǎn)及單元進(jìn)行編碼,然后按以下諸項(xiàng)輸入數(shù)椐: 1.結(jié)點(diǎn)定義 N,Nn,x,y Nn-結(jié)點(diǎn)編碼; x-結(jié)點(diǎn)的x 坐標(biāo); y-結(jié)點(diǎn)的y 坐標(biāo). 結(jié)構(gòu)整體坐標(biāo)系為xoy,一般取結(jié)構(gòu)左下支座結(jié)點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)(0,0). 2.結(jié)點(diǎn)生成(即成批輸入結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)) NGEN,Ngen,Nincr,N1,N2,N12incr,Dx,DY Nge

3、n-結(jié)點(diǎn)生成的次數(shù); Nincr-每次生成的結(jié)點(diǎn)碼增量; N1、N2-基礎(chǔ)結(jié)點(diǎn)范圍; N12incr-基礎(chǔ)結(jié)點(diǎn)的編碼增量; Dx,DY-生成結(jié)點(diǎn)的x ,y坐標(biāo)增量. 3.單元定義 E，N1,N2,DOF11,DOF12,DOF13,DOF21,DOF22,DOF23 N1,N2-單元兩端的結(jié)點(diǎn)碼; 以下連接方式:1為連接,0為不連接; DOF11,DOF12-分別為單元在桿端1處的x、y方向自由度的連接方式, 缺省值=1; DOF13-單元在桿端1處的轉(zhuǎn)角方向自由度的連接方式,缺省值=0; DOF21,DOF22-分別為單元在桿端2處的x、y方向自由度的連接方式, 缺省值=1; DOF23-單

4、元在桿端2處的轉(zhuǎn)角方向自由度的連接方式,缺省值=0. 4.單元生成(即成批輸入單元兩端的連接方式) EGEN,Ngen,E1,E2,Nincr Egen-生成次數(shù); E1,E2-基礎(chǔ)單元范圍; Nincr-生成中單元兩端點(diǎn)對(duì)應(yīng)的結(jié)點(diǎn)碼增量. 5.支座約束定義 NSUPT,Sn,Stype,Sdir,Sdisx,Sdisy,SdisR Sn-支座的結(jié)點(diǎn)碼; Stype-支座類型碼; Sdir-支座方向,以圖示方向?yàn)榱?繞結(jié)點(diǎn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)為正; Sdisx-x方向的支座位移,缺省值=0; Sdisy-y方向的支座位移,缺省值=0; SdisR-轉(zhuǎn)角方向的支座位移,缺省值=0. 以上(1)(6)為支座

5、類型碼. 6.單元材料性質(zhì) ECHAR,ElemStart,ElemEnd,EA,EI,m ElemStart-單元起始碼; ElemEnd-單元終止碼; EA,EI-分別為單元的抗拉和抗彎剛度; m-單元的均布質(zhì)量(kg/m). 7.結(jié)點(diǎn)荷載 NLOAD,Ln,Ltype,Lsize,Ldir Ln-荷載作用的結(jié)點(diǎn)碼; Ltype-荷載類型; Ltype=1(-1),集中荷載,指向(背離)結(jié)點(diǎn); Ltype=2(-2),逆時(shí)(順時(shí))針?lè)较虻募辛? Lsize-荷載大小(kn,kn-m); Ldir-荷載方向(度),僅當(dāng)Ltype=1或-1時(shí)入,缺省值=0 . 說(shuō)明:豎向集中力,作用在結(jié)點(diǎn)

6、上方時(shí),取 =-90 ,反之,取 =90 ; 水平集中力,作用在結(jié)點(diǎn)左方時(shí),取 =0 ,反之,取 =180 . 8.單元荷載 ELOAD,Ln,Ltype,Lsize1,Lpos1Lpos2,Ldir Ln-荷載作用的單元碼; Ltype-荷載類型; Ltype=1(-1),集中荷載,指向(背離)單元; Ltype=2(2),逆時(shí)(順時(shí))針?lè)较虻募辛? Ltype=3(-3),均布荷載,指向(背離)單元; Lsize1-荷載大小; Lpos1-荷載起點(diǎn)至單元桿端1的距離與單元桿長(zhǎng)的比值,缺省值=0; Lpos2-荷載終點(diǎn)至單元桿端1的距離與單元桿長(zhǎng)的比值,缺省值=1; (僅對(duì)均布荷載輸入L

7、pos2) Ldir-荷載方向(度),僅當(dāng)Ltype=1,3或-1,-3時(shí)輸入,缺省值=0. (注:按局部坐標(biāo)系定義,其角度以逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎? 9.頻率計(jì)算參數(shù) FREQ,Nfreq,FreqStart,Tol Nfreq-欲求的頻率數(shù)目; FreqStart-頻率起始階數(shù); Tol-精度誤差限,如0.0005. 10.影響線參數(shù) IL,LoadDOF,En,pos,Fdof LoadDOF-單位荷載的方向(整體坐標(biāo)系):1為水平,2為豎直,3為轉(zhuǎn)角; En-單元碼; pos-單元上截面位置:距桿端1的距離與桿長(zhǎng)的比值; Fdof-欲求影響線的內(nèi)力自由度(局部坐標(biāo)系),1為軸力,2為剪力, 3

8、為彎矩. 說(shuō)明: 1.計(jì)算結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移時(shí),僅輸入1(或及2),3(或及4),5,6,7,8 項(xiàng); 2.當(dāng)單元的抗拉剛度(EA)或抗彎剛度(EI)為無(wú)窮大時(shí),則分別填-1; 3.當(dāng)斜桿單元作用沿水平線的均布荷載時(shí),需按合力相等的原則,變換成 沿桿軸線分布的均布荷載輸入,荷載類型碼仍為3(見(jiàn)例5). 四.上機(jī)操作步驟 1.雙擊桌面上的"求解器"圖標(biāo),再單擊"求解器"的封面進(jìn)入使用狀態(tài); 2.鍵入數(shù)椐文件名(如TITLE,XXXX),逐行輸入數(shù)椐(也可用命令方式輸入); 3.將數(shù)椐文件存盤 單擊桌面上方的"文件",在文件菜單中點(diǎn)&quo

9、t;保存"或"另存為",鍵入文件名, 點(diǎn)"確定" 4.再單擊"文件",在文件菜單中點(diǎn)"退出" 5.見(jiàn)提示"?此命令將結(jié)束本次SM Solver!" 點(diǎn)"取消"或'確定",重新進(jìn)入SM Solver; 6.單擊"文件",在文件菜單中點(diǎn)"打開(kāi)" 7.點(diǎn)所要運(yùn)行的數(shù)椐文件名,并單擊"確定" 8.單擊桌面下方的"觀覽器"圖標(biāo),(桌面上顯示結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖的形狀),并單 擊"

10、;最大化"按鈕,將圖形放大; 9.單擊桌面上方的"標(biāo)注",在"標(biāo)注"菜單中點(diǎn)所要顯示的參數(shù); (如無(wú)誤,則進(jìn)行下一步,若有誤,則進(jìn)行修改) 10.單擊"觀覽器"圖標(biāo),點(diǎn)桌面上方的"求解" 11.在"求解"菜單中,點(diǎn)所要計(jì)算的內(nèi)容(如內(nèi)力計(jì)算、位移計(jì)算等),即可顯 示計(jì)算結(jié)果(如各桿桿端的內(nèi)力或位移,對(duì)照結(jié)構(gòu)的單元編號(hào)或結(jié)點(diǎn)編號(hào)閱讀); 12.單擊所要顯示的內(nèi)力類型(軸力、剪力、彎矩)及顯示對(duì)象(如"結(jié)構(gòu)"或"單元"); 13.單擊"觀覽

11、器"圖標(biāo),則顯示出內(nèi)力圖或位移圖; 14.重復(fù)單擊"觀覽器"圖標(biāo),即可選定和顯示不同的內(nèi)力圖; 15.逐層單擊標(biāo)題欄右邊的"關(guān)閉"按鈕,當(dāng)顯示:"此命令將結(jié)束本次SM Solver的 運(yùn)行"或提示"結(jié)力求解器!Overflow"時(shí),則點(diǎn)"確定"退出.五.計(jì)算例題 例1 求圖示剛架的內(nèi)力.各桿的 EA=3.12X10 KN, EI=4.16X10 KN-M. TITLE,AAA-1 N,1,0,0 N,2,4,0 N,3,0,4 N,4,4,4 E,1,3,1,1,1,1,1,0 E,3

12、,4,1,1,0,1,1,1 E,4,2,1,1,1,1,1,1 NSUPT,1,6,0,0,0,0 NSUPT,2,6,0,0,0,0 ECHAR,1,3,3.12E+06,4.16E+04 NLOAD,3,1,30,0 ELOAD,1,3,20,0,1,90 例2 求圖示組合結(jié)構(gòu)的內(nèi)力.設(shè)各桿的 EA = EI = 1. TITLE,AAA-2N,1,0,0 NSUPT,1,2,-90,0,0N,2,2,0 NSUPT,5,1,0,0N,3,4,0 ECHAR,1,9,1,1N,4,6,0 ELOAD,1,3,1,0,1,90N,5,8,0 ELOAD,2,3,1,0,1,90N,6,2,

13、-2 ELOAD,3,3,1,0,1,90N,7,6,-2 ELOAD,4,3,1,0,1,90 E,1,2,1,1,0,1,1,1E,2,3,1,1,1,1,1,0E,3,4,1,1,0,1,1,1E,4,5,1,1,1,1,1,0E,6,7,1,1,0,1,1,0E,6,2,1,1,0,1,1,0E,7,4,1,1,0,1,1,0E,6,1,1,1,0,1,1,0E,7,5,1,1,0,1,1,0 例3.求圖示桁架各桿的軸力. TITLE,AAA-3 N,1,1,0 NGEN,4,1,1,1,1,1,0 NGEN,1,5,1,5,1,0,1 E,1,2,1,1,0,1,1,0 EGEN,3

14、,1,1,1 EGEN,1,1,4,5 E,6,1,1,1,0,1,1,0 EGEN,4,9,9,1 E,1,7,1,1,0,1,1,0 E,1,8,1,1,0,1,1,0 E,8,5,1,1,0,1,1,0 E,5,9,1,1,0,1,1,0 NSUPT,1,2,-90,0,0 NSUPT,5,1,0,0 NLOAD,8,1,1,-90 NLOAD,9,-1,2,-90 (注:此題系靜定結(jié)構(gòu),其內(nèi)力與材料性質(zhì)無(wú)關(guān),故可不輸入ECHAR項(xiàng)) 例4.求圖示桁架的軸力. 提示:支座約束和結(jié)點(diǎn)荷載信息為 NSUPT,1,2,-90,0,0 NSUPT,2,1,0,0 NLOAD,7,1,8,-90

15、NLOAD,8,1,4,180 NLOAD,5,1,4,180 例5.求圖示三鉸剛架的內(nèi)力. 提示:支座約束及斜桿單元的荷載信息為 NSUPT,1,2,-90,0,0 NSUPT,2,2,0,0,0 ELOAD,2,3,9.48682596,0,1,71.565 注:將沿水平線均布荷載(q)變換成沿桿軸線的均布荷載(q ) 即q =qcos =10X6 / 40 = 9.48682596 例6.求圖示剛架的內(nèi)力.設(shè)EI=1. TITLE,AAA-6 N,1,0,0 N,2,4,0 N,3,8,0 N,4,4,-4 E,1,2,1,1,1,1,1,1 E,2,3,1,1,1,1,0,1 E,4,

16、2,1,1,0,1,1,1 NSUPT,1,6,-90,0,0,0 NSUPT,3,5,0,0,0 NSUPT,4,4,90,0,0 ECHAR,1,1,-1,1 ECHAR,2,2,-1,2 ECHAR,3,3,-1,1 ELOAD,1,3,30,0,1,90 ELOAD,2,1,50,0.5,90 (注:取EA= ,填-1) 例7.求圖示梁的內(nèi)力和位移 .EI=5X10 KN-M .TITLE,AAA-7N,1,0,0N,2,6,0N,3,7.5,0E,1,2,1,1,0,1,1,1E,2,3,1,1,1,0,0,0NSUPT,1,3,0,0NSUPT,2,1,0,0ECHAR,1 2 -

17、1,5E+04ELOAD,2,3,16,0,1,90ELOAD,2,1,20,1,90 例8.求圖示鉸接排架的內(nèi)力. EI = 1, EI = 6 (設(shè)橫梁的 EI=1,柱子的 EA= ) TITLE,AAA-8 N,1,0,0 NSUPT,1,6,0,0,0,0 N,2,6,0 NSUPT,2,6,0,0,0,0 N,3,16,0 NSUPT,3,6,0,0,0,0 N,4,0,6 ECHAR,1,1,-1,1 N,5,6,6 ECHAR,2,4,-1,6 N,6,6,7 ECHAR,5,6,-1,1 N,7,6,10 ECHAR,7,8,-1,1 N,8,16,10 ELOAD,6,1,2

18、0,1/3,90 N,9,16,7 E,1,4,1,1,1,1,1,0 E,2,5,1,1,1,1,1,1 E,3,9,1,1,1,1,1,1 E,5,6,1,1,1,1,1,1 E,6,7,1,1,1,1,1,0 E,9,8,1,1,1,1,1,0 E,4,5,1,1,0,1,1,0 E,7,8,1,1,0,1,1,0 例9.計(jì)算圖示兩層剛架的自振頻率和主振型 橫梁的均布質(zhì)量m = m = 15X10 kg/m 柱子的抗彎剛度 EI =1X10 kn.m 設(shè)EA = TITLE,AAA-9 N,1,0,0 N,2,4,0 N,3,0,3 N,4,4,3 N,5,0,6 N,6,4,6 E,1

19、,3,1,1,1,1,1,1 E,3,5,1,1,1,1,1,1 E,2,4,1,1,1,1,1,1 E,4,6,1,1,1,1,1,1 E,3,4,1,1,1,1,1,1 E,5,6,1,1,1,1,1,1 NSUPT,1,6,0,0,0,0 NSUPT,2,6,0,0,0,0 ECHAR,1,4,-1,1E+08,1E-08 ECHAR,5,6,-1,-1,1.5E+04 FREQ,2,1,0.0005 (注:柱子的質(zhì)量不能填0,可填一個(gè)很小的數(shù),如10 ) 例10.對(duì)圖示兩跨四層框架結(jié)構(gòu),分別計(jì)算豎向荷載和水平荷載作用下的內(nèi)力. 各桿的EA、EI值見(jiàn)下表: 框架梁柱計(jì)算參數(shù)表 截面 彈性

20、模量 慣性矩 EA EI 構(gòu)件 A=bXh(m ) E(kn/m ) I(m ) (kn) (kn-m ) 底層 0.25xX0.5 3X10 0.521X10 0.375X10 1.563X10 梁 其它層 0.25X0.5 2.8X10 0.521X10 0.350X10 1.459X10 底 邊柱 0.4X0.4 3X10 0.213X10 0.480X10 0.639X10 層 中柱 0.45X0.45 3X10 0.342X10 0.608X10 1.026X10 柱 其 邊柱 0.4X0.4 2.8X10 0.213X10 0.448X10 0.596X10 它 層 中柱 0.45

21、X0.45 2.8X10 0.342X10 0.567X10 0.958X10 TITLE,AAA-10 N,1,0,0 水平荷載作用 N,2,5.0,0 NLOAD，4,1,8.05,0 N,3,10.0,0 NLOAD,7,1,11.17,0 NGEN,1,3,1,3,1,0,4.5 NLOAD,10,1,15.20,0 NGEN,3,3,4,6,1,0,3 NLOAD,13,1,19.10,0 E,1,4,1,1,1,1,1,1 豎向荷載作用 EGEN,2,1,1,1 ELOAD,13,3,19.30,0,1,9EGEN,3,1,3,3 ELOAD,14,3,19.30,0,1,90 E,4,5,1,1,1,1,1,1 ELOAD,15,3,19.30,0,1,90 E,5,6,1,1,1,1,1,1 ELOAD,16,3,19.30,0,1,90 E,7,8,1,1,1,1,1,1 ELOAD,17,3,19.30,0,1,90 EGEN,2,15,15,3 ELOAD,18,3,19.30,0,1,90 E,8,9,1,1,1,1,1,1 ELOAD,19,3,19.50,0,1,90 EGEN,2,18,18,3 EL