《結構力學期末復習》課件

《結構力學期末復習》本PPT課件旨在幫助學生系統(tǒng)復習結構力學課程內容，涵蓋重要知識點和解題技巧，為期末考試做好充分準備。導言結構力學是土木工程、機械工程等專業(yè)的重要基礎課程。它研究結構在荷載作用下的受力情況和變形規(guī)律。結構力學是連接理論與實踐的橋梁，應用廣泛。它為結構設計、分析和建造提供理論依據。本課程學習目標掌握結構力學的基本概念和基本理論深入理解結構力學的基本概念和基本理論，為后續(xù)課程打下堅實的基礎。培養(yǎng)分析和解決結構力學問題的能力掌握結構力學問題的分析方法和解決思路，能夠獨立完成結構力學問題的分析和計算。熟練運用結構力學相關軟件掌握常用的結構力學分析軟件，能夠進行結構力學模型的建立和分析。將結構力學知識應用于實際工程將所學知識應用到實際工程項目中，解決實際問題，提高工程實踐能力。課程知識概要力學基礎力學原理，力學定律，力學模型，靜力學和動力學的基本概念和公式。結構力學靜定結構和超靜定結構的分析方法，結構的內力、位移和穩(wěn)定性分析，結構的計算方法和設計方法。材料力學材料的力學性能，應力、應變和強度理論，材料的失效模式和分析方法。一維力系的分類力系類型力的作用點、作用方向以及力的大小。力的合成與分解將多個力合成為一個合力，或者將一個合力分解為多個分力。力的平衡條件當作用于物體上的所有力的合力為零時，物體處于平衡狀態(tài)。力偶一對大小相等、方向相反、作用線平行且不相交的力。一維力系的基本模型和基本公式1集中力力作用在一點，例如懸掛物體的重力。2分布力力作用在一定長度上，例如均勻分布的壓力。3力矩力對某點產生的轉動效應。4平衡條件合力為零，合力矩為零。平面骨架結構的受力分析建立力學模型將實際結構抽象為理想模型，例如桿件、節(jié)點等。忽略實際結構中的一些細微因素，如材料的非線性、節(jié)點的剛性等。確定約束條件根據結構的實際支撐情況，確定結構的約束條件，例如固定約束、鉸接約束、滑動約束等。繪制受力圖將作用于結構的外部載荷，以及約束的反作用力，清晰地畫在結構的簡化模型上，標明力的方向和大小。進行平衡分析根據力的平衡原理，建立平衡方程，求解結構中各個桿件的內力，包括軸力、剪力、彎矩等。平面骨架結構的變形計算1位移法求解節(jié)點位移2力法求解結構內力3剛度法矩陣方法平面骨架結構的變形計算主要涉及位移法、力法和剛度法三種方法。位移法通過求解節(jié)點位移來確定結構的變形。力法通過求解結構內力來確定結構的變形。剛度法是矩陣方法，可以用于求解結構的位移和內力。平面骨架結構的內力計算1截面內力平面骨架結構的內力是指作用在結構截面上的力，包括軸力、剪力和彎矩。2內力計算方法常用的內力計算方法包括截面法、節(jié)點法和能量法，根據結構的具體情況選擇合適的計算方法。3影響因素內力的大小和分布受結構的幾何形狀、材料特性、荷載類型和大小的影響。平面骨架結構的設計方法1荷載分析確定結構所受的外部荷載類型和大小2材料選擇根據結構的功能要求和環(huán)境條件選擇合適的材料3結構設計根據荷載分析和材料選擇結果設計結構的形狀、尺寸和連接方式4強度驗算對結構的強度、剛度和穩(wěn)定性進行驗算，確保結構的安全性5施工圖繪制根據設計結果繪制施工圖，為施工提供詳細的技術指導平面骨架結構的設計方法主要包括荷載分析、材料選擇、結構設計、強度驗算和施工圖繪制五個步驟靜定結構的位移計算1基本概念位移是指結構在荷載作用下發(fā)生的形狀改變。2位移計算方法虛擬功原理、力法、位移法等。3計算步驟確定結構的支座約束、荷載情況、材料性質。4應用評估結構的變形，驗證結構的安全性。靜定結構的內力計算1基本公式力矩平衡2截面法隔離結構部分3桿件內力軸力、剪力、彎矩靜定結構內力計算的核心是應用力矩平衡原理和截面法，計算出桿件的內力，包括軸力、剪力、彎矩。通過分析各桿件的內力分布，可以評估結構的受力情況，進而確定結構的設計參數(shù)。超靜定結構的位移計算1位移計算方法超靜定結構的位移計算通常采用虛擬功原理，該方法利用虛功與實功之間的關系，建立位移與外力之間的關系。2虛擬功原理虛擬功原理表明，結構在外力作用下所做的功等于結構的內力與位移的積。3計算步驟首先，引入虛擬力，然后計算結構的虛擬功，最后將虛擬功與實際功相等，得到位移的表達式。超靜定結構的內力計算結構體系超靜定結構是指結構的約束條件多于剛體平衡方程數(shù)，無法僅通過平衡方程確定結構的內力。力法力法是一種常用的方法，通過引入多余約束力和相應的位移方程，求解結構的內力。位移法位移法基于位移協(xié)調方程，通過建立結構的剛度矩陣和荷載矩陣，求解節(jié)點位移，進而計算結構的內力。矩陣方法矩陣方法采用矩陣運算來進行結構分析，可以有效地處理復雜結構，并適用于計算機編程。梁板結構的計算方法1簡化模型梁板結構的計算方法需要對實際結構進行簡化，例如假設板為薄板，忽略板的厚度，并將梁視為線彈性體。2有限元法有限元法是常用的計算方法，將梁板結構劃分成若干個單元，并建立單元的剛度矩陣，通過求解聯(lián)立方程組得到結構的位移和內力。3分析軟件使用專門的軟件，例如ANSYS、SAP2000等，可以方便地進行梁板結構的分析和計算，并得到結構的應力、應變、位移等結果。板殼結構的計算方法薄板理論假設板的厚度遠小于其平面尺寸，并假設材料是線彈性的，可使用薄板理論進行計算。薄板理論主要包括平面應力狀態(tài)分析、彎曲分析和振動分析。有限元法將板殼結構離散為有限個單元，并使用數(shù)值方法求解每個單元的節(jié)點位移和內力，從而得到整個結構的應力應變分布。有限元法是一種常用的數(shù)值方法，可以解決復雜形狀和邊界條件下的板殼結構問題。數(shù)值模擬軟件目前，有多種專門用于板殼結構分析的數(shù)值模擬軟件，例如ANSYS、ABAQUS和NASTRAN等。這些軟件可以幫助工程師快速準確地計算板殼結構的應力應變，并進行結構優(yōu)化設計。力的組成與平衡條件力的合成與分解多個力作用于物體，可以合成一個合力，反之，一個力也可以分解為多個分力。平衡條件物體處于平衡狀態(tài)，是指物體靜止或勻速直線運動，其合力為零。平衡方程根據平衡條件，可以列出平衡方程，求解未知力或力矩。應力與應變的關系1應力定義為物體內部單位面積上所受的力。2應變定義為物體由于外力作用而產生的變形程度。3關系應力與應變之間存在著一定的函數(shù)關系，被稱為材料的本構關系。4影響因素材料的本構關系會受到材料性質、溫度、應力狀態(tài)等因素的影響。材料的受力特性彈性材料在載荷作用下發(fā)生變形，當載荷去除后能恢復原狀的性質。塑性材料在載荷作用下發(fā)生變形，當載荷去除后不能完全恢復原狀的性質。延展性材料在拉伸載荷作用下能承受較大變形而不發(fā)生斷裂的性質。強度材料抵抗破壞的能力，用材料所能承受的最大應力表示。截面的內力特性彎矩彎矩是力偶對截面的作用，引起截面發(fā)生彎曲變形。彎矩的大小取決于力偶的大小和作用點到截面中心的距離。剪力剪力是沿截面方向的作用力，引起截面發(fā)生剪切變形。剪力的大小取決于作用力的方向和大小，以及截面的形狀和尺寸。平面應力狀態(tài)下的應力分析平面應力狀態(tài)是指物體內部一點處的應力只存在于一個平面內，并且與該平面垂直的方向上應力為零。平面應力狀態(tài)是結構力學中常見的應力狀態(tài)，例如薄板、薄殼等結構。1應力張量描述應力狀態(tài)的數(shù)學工具2應力圓圖形化表示應力狀態(tài)3應力主方向最大和最小應力方向4應力集中幾何形狀改變導致的應力變化了解平面應力狀態(tài)下的應力分析方法，可以幫助我們更好地理解結構的受力情況，進而進行更精確的結構設計和安全評估。平面應變狀態(tài)下的應力分析1定義平面應變狀態(tài)指的是物體中只有兩個方向存在應變2假設假設物體在第三個方向上的應變?yōu)榱?分析方法利用應力-應變關系和平衡方程4應用場景用于薄板、薄殼等結構的應力分析平面應變狀態(tài)是結構力學中重要的概念它可以幫助我們更好地理解和分析薄板、薄殼等結構的受力情況從而進行更精準的設計和計算軸對稱應力狀態(tài)下的應力分析定義軸對稱應力狀態(tài)是指在物體中，應力分布關于一個軸線對稱。例如，圓柱體受軸向拉伸或壓縮時，應力分布關于軸線對稱。應力分量軸對稱應力狀態(tài)下，應力分量只有徑向應力（σr）和軸向應力（σz）。切向應力（τrz）為零。分析方法軸對稱應力狀態(tài)下的應力分析可以使用極坐標系進行，并利用平衡方程和相容方程求解應力分量。應用軸對稱應力狀態(tài)的分析應用廣泛，例如壓力容器、管道、軸類零件等的設計與計算。三維應力狀態(tài)下的應力分析1應力張量描述三維空間內任意一點的應力狀態(tài)2應力分量每個應力張量包含六個獨立的應力分量3應力分析應用平衡方程和材料本構關系三維應力狀態(tài)是指物體內任意一點都存在著三個方向上的應力。此類問題通常更加復雜，需要使用應力張量來描述。應力張量是一個包含六個獨立分量的矩陣，每個分量分別代表三個方向上的正應力和三個方向上的剪應力。材料的殘余應力分析金屬材料的殘余應力金屬材料在制造過程中，由于熱處理、機械加工、焊接等工藝會產生殘余應力。殘余應力對材料的性能和結構的可靠性影響重大。結構殘余應力的影響殘余應力會導致結構的強度、剛度和穩(wěn)定性降低，甚至會導致結構的斷裂和失效。殘余應力分析方法X射線衍射法聲發(fā)射法電測法疲勞破壞與斷裂分析循環(huán)載荷疲勞破壞是結構在反復交變的載荷作用下產生的斷裂現(xiàn)象。材料在交變載荷作用下會發(fā)生累積損傷，最終導致失效。疲勞破壞通常發(fā)生在應力集中部位，如孔洞、缺口等。應力幅值疲勞破壞的發(fā)生與應力幅值密切相關，應力幅值越高，疲勞壽命越短。材料的疲勞強度是指材料在一定應力幅值下所能承受的循環(huán)次數(shù)。斷裂韌性斷裂韌性是指材料抵抗裂紋擴展的能力，斷裂韌性越高，材料越不容易斷裂。斷裂韌性測試可以用于評估材料的抗裂紋擴展能力。疲勞壽命疲勞壽命是指材料在一定應力幅值下所能承受的循環(huán)次數(shù)，疲勞壽命預測是疲勞設計的重要內容。疲勞壽命預測模型可以用于估計材料的疲勞壽命。應力集中現(xiàn)象與分析1應力集中結構中存在幾何突變，如孔洞、缺口等，會使應力集中，導致局部應力顯著增大。2影響因素應力集中的程度受結構形狀、尺寸、載荷類型和材料性質的影響。3分析方法常用的分析方法包括理論分析、數(shù)值模擬和實驗測試，可以幫助工程師預測應力集中現(xiàn)象。4危害應力集中會加速結構的疲勞損傷和脆性斷裂，導致結構強度降低和失效風險增加。結構安全性與可靠性分析安全裕度安全裕度是指設計強度與實際荷載之間的差距。它體現(xiàn)了結構抵抗意外荷載或設計誤差的能力。安全裕度應根據結構類型、材料特性、使用環(huán)境和風險水平等因素進行確定?？煽慷确治隹煽慷确治鍪且环N概率方法，用于評估結構在特定時間內滿足性能要求的可能性?？煽慷确治隹紤]了荷載、材料強度、幾何尺寸、施工質量和環(huán)境條件等不確定因素。本課程主要考點回顧力系力系的分類、力的平衡、力系的簡化平面骨架結構受力分析、內力計算、變形計算、設計方法