工學天津大學結構力學課件

天津大學結構力學課件課程簡介1結構力學概述介紹結構力學的基本概念、原理和應用，為后續(xù)學習打下基礎。2課程目標培養(yǎng)學生理解結構受力、變形、穩(wěn)定性等基本規(guī)律的能力，并掌握結構分析的基本方法。3課程內容涵蓋靜力學、材料力學、結構分析等內容，重點講解結構的受力、變形和穩(wěn)定性分析。內容大綱力學基礎知識力的概念力矩的概念平衡條件結構分析方法靜定結構分析超靜定結構分析矩陣分析方法結構材料鋼材混凝土木材力學基本概念力力是物體之間的相互作用，可以使物體發(fā)生運動狀態(tài)或形狀的改變。運動運動是指物體在空間中的位置隨時間變化的過程。運動可以是直線運動、曲線運動或旋轉運動。平衡當物體處于靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)時，物體處于平衡狀態(tài)，合力為零。功功是力在物體運動方向上作用的距離，它表示力對物體所做的功。應力分析1應力定義作用在物體內部的相互作用力2應力類型正應力、剪應力3應力計算力與面積之比4應力分布均勻分布、集中分布應變分析定義和概念應變是材料在受力作用下產生的變形程度，描述了物體形狀和尺寸的變化。應變類型常見的應變類型包括正應變（拉伸或壓縮）和切應變（剪切變形）。應變測量可以通過應變儀等設備測量應變，為結構分析提供關鍵數(shù)據(jù)。應力-應變關系1彈性階段材料在加載時表現(xiàn)出線性彈性行為，應力與應變成正比。2屈服階段材料開始發(fā)生永久變形，應力不再與應變成正比。3強化階段材料繼續(xù)承受負荷，但變形速率增加，應力-應變曲線出現(xiàn)彎曲。4頸縮階段材料的橫截面開始收縮，應力下降，最終發(fā)生斷裂。材料力學性質強度材料抵抗破壞的能力。彈性材料在外力作用下發(fā)生變形，當外力去除后能恢復原狀的能力。塑性材料在外力作用下發(fā)生塑性變形，當外力去除后不能恢復原狀的能力。單軸拉壓應力1拉應力拉伸力導致構件橫截面上產生拉應力。2壓應力壓縮力導致構件橫截面上產生壓應力。軸向受力構件1定義承受軸向拉力或壓力2分析方法應力、應變、位移3應用場景橋梁、建筑物、機械橫截面受剪力1剪應力材料內部抵抗變形趨勢的內力2剪力作用在橫截面上3剪切變形橫截面發(fā)生相對滑動探討薄壁構件薄壁構件是指壁厚遠小于其其他尺寸的構件，例如飛機機身、汽車車身等。由于薄壁構件的形狀復雜、截面變化大，使得其力學行為更加復雜，需要考慮薄壁構件的彎曲、剪切、扭轉等多種變形形式，以及相應的應力分布和穩(wěn)定性問題。彎曲應力分析1彎曲應力定義當構件受到外力作用而發(fā)生彎曲變形時，構件內部產生的應力稱為彎曲應力。2彎曲應力計算彎曲應力可以通過彎矩和截面幾何形狀計算，公式為：σ=M/Z，其中Z為截面模量。3彎曲應力分布彎曲應力在截面上呈線性分布，最大值出現(xiàn)在離中性軸最遠的位置。材料變形彈性變形在應力去除后恢復到原始形狀的變形。這種變形是可逆的，且材料能夠承受一定程度的彈性變形而不會造成永久性損傷。塑性變形在應力去除后無法恢復到原始形狀的變形。這種變形是不可逆的，材料會發(fā)生永久性形狀改變。塑性變形通常發(fā)生在材料達到屈服強度之后。斷裂材料由于應力超過其強度而發(fā)生破壞。斷裂通常發(fā)生在材料達到抗拉強度之后，會導致結構失效。剪力-彎矩圖繪制剪力圖剪力圖表示結構中每個截面上剪力的變化情況。彎矩圖彎矩圖表示結構中每個截面上彎矩的變化情況。繪制方法剪力-彎矩圖可通過平衡方程或積分法繪制。應用繪制剪力-彎矩圖有助于理解結構的內力分布。結構穩(wěn)定性分析屈曲結構在承受荷載時，可能發(fā)生突然的變形，導致失去承載能力，這種現(xiàn)象被稱為屈曲。穩(wěn)定性結構的穩(wěn)定性是指結構在承受荷載時，能夠保持其原有形狀的能力。影響因素結構的幾何形狀、材料性能、邊界條件和荷載類型都會影響結構的穩(wěn)定性。結構冗余性分析靜定結構靜定結構是指結構中所有未知力都可以用平衡方程求解的結構。它們通常更簡單，但可能缺乏冗余性。超靜定結構超靜定結構是指結構中未知力多于平衡方程的結構。它們更復雜，但具有更高的冗余性，可以承受更大的荷載。結構力學實驗通過結構力學實驗，學生可以驗證理論知識，并深入理解結構的行為。常見的實驗包括：梁的彎曲實驗，柱的壓縮實驗，板的彎曲實驗，桁架的受力實驗等。靜定結構分析1結構類型靜定結構是指結構中所有未知力可以由平衡方程直接求解的結構。2分析方法靜定結構分析主要使用平衡方程，力矩平衡方程和力平衡方程來求解未知力。3應用場景靜定結構分析廣泛應用于各種工程領域，包括橋梁，房屋，塔架等。超靜定結構分析1基本概念確定結構體系的靜力學計算方法2求解方法力法、位移法等3應用場景多跨梁、框架、拱橋等結構荷載作用分析靜荷載長時間作用于結構的荷載，例如建筑物的自重、固定設備的重量等?；詈奢d隨時間變化而變化的荷載，例如人員、家具、車輛等產生的荷載。風荷載風力對建筑物產生的荷載，受風速和建筑物形狀影響。地震荷載地震產生的慣性力和沖擊力對結構的荷載，受震級和建筑物位置影響。桁架結構分析1桁架簡介桁架由一系列直桿組成，通過鉸接連接形成三角形單元，用于承受荷載。三角形單元使結構具有剛度，并能有效地將荷載傳遞到支撐點。2靜力分析使用靜力學原理來分析桁架結構中的力，包括節(jié)點力、桿件力等。靜力分析用于確定桁架是否能承受荷載并保持穩(wěn)定。3力法與位移法力法和位移法是常用的分析桁架結構的方法，力法基于力的平衡，而位移法基于位移和變形的關系。4有限元方法有限元方法是更先進的分析方法，將結構分解為小的單元，并通過數(shù)值模擬計算來分析桁架的受力情況。框架結構分析1靜力分析結構受力狀態(tài)2動力分析結構振動3穩(wěn)定性分析結構整體穩(wěn)定性薄壁構件分析應力集中薄壁構件在孔洞、尖角等部位容易出現(xiàn)應力集中現(xiàn)象。屈曲失效薄壁構件在承受壓力時容易發(fā)生屈曲失效，導致強度下降。穩(wěn)定性分析需要考慮薄壁構件的穩(wěn)定性，以防止其發(fā)生屈曲或失穩(wěn)。計算方法通常采用有限元方法等數(shù)值方法進行薄壁構件的應力分析。交錯結構分析定義與類型交錯結構是一種以交錯方式排列的結構系統(tǒng)，常見于建筑、橋梁和船舶等領域。力學分析分析交錯結構的力學行為，包括應力、應變、位移和穩(wěn)定性。設計與優(yōu)化根據(jù)結構荷載和性能要求，設計和優(yōu)化交錯結構，以確保其安全性和效率。應用案例介紹交錯結構在實際工程中的應用案例，如高層建筑、大型橋梁和船體結構?；炷两Y構分析1抗壓強度混凝土的抗壓強度是其最主要的力學性能之一2抗拉強度混凝土的抗拉強度遠小于其抗壓強度3抗剪強度混凝土的抗剪強度也是其重要的力學性能4彈性模量混凝土的彈性模量反映了其剛度混凝土結構分析是結構力學的重要組成部分，它涉及對混凝土結構的力學行為進行分析和評估。混凝土結構的力學性能包括抗壓強度、抗拉強度、抗剪強度和彈性模量等。其中，抗壓強度是其最主要的力學性能之一，而抗拉強度和抗剪強度則相對較低。鋼結構分析1材料特性鋼材具有高強度、韌性、可塑性和良好的焊接性能，使其成為建筑結構的理想選擇。2結構設計鋼結構設計需要考慮鋼材的力學性能、結構形式、荷載條件和施工工藝等因素。3結構分析使用有限元分析等方法對鋼結構進行分析，確保其滿足安全性和可靠性要求。4施工建造鋼結構的施工通常采用工廠預制、現(xiàn)場拼裝的方式，提高效率和質量。木結構分析1木材特性強度、剛度、耐久性2結構類型梁、柱、桁架3連接方式榫卯、螺栓、釘子4抗震設計抗震性能評估復合材料結構分析復合材料的種類常見的復合材料包括玻璃纖維增強塑料、碳纖維增強塑料和樹脂基復合材料。復合材料的力學性能復合材料的力學性能受材料的種類、纖維的排列方式和基體的性質影響。復合材料結構的分析方法常用分析方法包括有限元分析、層合板理論和損傷力學理論。復合材料結構的應用復合材料廣泛應用于航空航天、汽車、建筑等領域。結構設計實踐1理論到實踐將所學理論知識應用于實際結構設計，通過案例分析和實踐操作，提升解決實際工程問題的能力。2設計流程與規(guī)范學習結構設計流程，掌握相關規(guī)范和標準，為工程項目的設計提供專業(yè)指導。3軟件應用