《廣州大學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)》課件

廣州大學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)課程本課程介紹結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本概念、基本理論和基本方法。涵蓋靜力學(xué)、材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)等內(nèi)容。課程簡(jiǎn)介課程名稱《廣州大學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)》課程性質(zhì)專業(yè)必修課，理論與實(shí)踐相結(jié)合。教學(xué)目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生掌握結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)理論，解決實(shí)際工程問題。教學(xué)內(nèi)容涵蓋靜力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面。課程目標(biāo)11.理論知識(shí)掌握結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)理論，建立結(jié)構(gòu)分析的基本概念和方法。22.實(shí)際應(yīng)用將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際工程問題，學(xué)習(xí)解決結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析問題。33.培養(yǎng)能力培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，以及獨(dú)立思考和團(tuán)隊(duì)合作的能力。44.拓展視野了解結(jié)構(gòu)力學(xué)在現(xiàn)代工程中的應(yīng)用，拓展學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)的認(rèn)識(shí)和興趣。主要內(nèi)容概述材料性質(zhì)與單軸受力課程首先講解結(jié)構(gòu)力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，包括材料的力學(xué)性質(zhì)和單軸受力分析。靜定結(jié)構(gòu)介紹靜定結(jié)構(gòu)的基本概念和分析方法，包括內(nèi)力計(jì)算、撓度計(jì)算和設(shè)計(jì)。超靜定結(jié)構(gòu)深入探討超靜定結(jié)構(gòu)的分析方法，如力法、位移法和矩陣法等。其他結(jié)構(gòu)講解框架結(jié)構(gòu)、板結(jié)構(gòu)、殼體結(jié)構(gòu)等的分析方法，并介紹結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法、抗震設(shè)計(jì)等內(nèi)容。材料性質(zhì)與單軸受力材料的力學(xué)性質(zhì)了解材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，如彈性模量、泊松比等，是進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)。應(yīng)力與應(yīng)變應(yīng)力是指材料內(nèi)部單位面積上所受的力，應(yīng)變是指材料在外力作用下的形變程度。單軸受力單軸受力是指材料只受到一個(gè)方向的力，例如拉伸、壓縮或剪切。強(qiáng)度與屈服材料的強(qiáng)度是指材料承受的最大應(yīng)力，屈服是指材料發(fā)生永久變形時(shí)的應(yīng)力。軸力與跨度計(jì)算軸力是結(jié)構(gòu)中桿件承受的拉伸或壓縮力。跨度是指結(jié)構(gòu)中兩支撐點(diǎn)之間的距離。1結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性軸力會(huì)影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，跨度越大，結(jié)構(gòu)越容易發(fā)生彎曲或失穩(wěn)。2材料的強(qiáng)度材料的強(qiáng)度會(huì)影響桿件所能承受的軸力。強(qiáng)度越高，桿件能承受的軸力越大。3桿件的截面尺寸桿件的截面尺寸也會(huì)影響軸力。截面積越大，桿件能承受的軸力越大。軸力與跨度計(jì)算是結(jié)構(gòu)力學(xué)中的基礎(chǔ)知識(shí)，理解這兩個(gè)概念對(duì)于設(shè)計(jì)和分析結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。彎矩與剪力分布1梁的彎曲外力引起梁的彎曲變形，產(chǎn)生彎矩2剪力外力引起梁的剪切變形，產(chǎn)生剪力3分布規(guī)律彎矩和剪力沿梁軸線呈特定分布彎矩和剪力分布是結(jié)構(gòu)力學(xué)中的重要概念，通過分析彎矩和剪力分布，可以了解結(jié)構(gòu)的受力情況，以及結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度。結(jié)構(gòu)的支座固定支座固定支座限制了結(jié)構(gòu)的水平和垂直位移，以及轉(zhuǎn)動(dòng)。這是一種常見的支座類型，適用于需要固定位置的結(jié)構(gòu)。鉸支座鉸支座只限制了結(jié)構(gòu)的垂直位移，但不限制轉(zhuǎn)動(dòng)。它們通常用于橋梁、框架和桁架等結(jié)構(gòu)中，以允許結(jié)構(gòu)在受到荷載時(shí)彎曲和變形。滑動(dòng)支座滑動(dòng)支座限制了結(jié)構(gòu)的垂直位移，但允許結(jié)構(gòu)水平移動(dòng)。它們通常用于橋梁和大型建筑物，以適應(yīng)熱脹冷縮和地震等因素。彈性支座彈性支座使用彈簧或其他彈性材料來支持結(jié)構(gòu)。它們可以吸收荷載，并減少結(jié)構(gòu)的振動(dòng)和噪聲。它們通常用于橋梁、建筑物和機(jī)器等結(jié)構(gòu)中。靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算1平衡方程利用平衡方程，建立結(jié)構(gòu)受力關(guān)系。2截面法截?cái)嘟Y(jié)構(gòu)，分析截面上的內(nèi)力。3力矩法根據(jù)力矩平衡，計(jì)算彎矩和剪力。靜定結(jié)構(gòu)的撓度計(jì)算計(jì)算方法求解撓度的常見方法包括疊加法和虛功原理。疊加法利用已知的基本解，而虛功原理則基于能量原理。影響因素?fù)隙仁艿胶奢d、材料性質(zhì)、結(jié)構(gòu)幾何形狀和支座條件等因素影響。重要性撓度計(jì)算對(duì)于保證結(jié)構(gòu)的安全性和功能至關(guān)重要，避免過大的變形。靜定結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)安全性能結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受設(shè)計(jì)荷載，確保安全性和耐久性。經(jīng)濟(jì)性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)合理，避免材料浪費(fèi)，降低成本。美觀性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)符合審美要求，營(yíng)造良好的視覺效果。施工可行性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮施工工藝，確保施工順利進(jìn)行。超靜定結(jié)構(gòu)的分析1結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型建立準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)模型2基本方程的推導(dǎo)引入約束條件進(jìn)行求解3位移協(xié)調(diào)方程考慮結(jié)構(gòu)的變形和位移4力平衡方程滿足結(jié)構(gòu)的力平衡5解算結(jié)構(gòu)的內(nèi)力確定超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布超靜定結(jié)構(gòu)是指結(jié)構(gòu)的約束條件超過靜定結(jié)構(gòu)所需的最小約束數(shù)。超靜定結(jié)構(gòu)的分析方法是通過引入位移協(xié)調(diào)方程和力平衡方程來求解結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。框架結(jié)構(gòu)的分析1結(jié)構(gòu)分析方法力學(xué)模型構(gòu)建有限元法應(yīng)用2內(nèi)力計(jì)算軸力、剪力、彎矩節(jié)點(diǎn)荷載分配3變形計(jì)算位移、轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性4優(yōu)化設(shè)計(jì)材料選型截面尺寸框架結(jié)構(gòu)分析涉及力學(xué)模型構(gòu)建、內(nèi)力計(jì)算、變形計(jì)算和優(yōu)化設(shè)計(jì)等步驟。通過分析框架結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)和變形情況，工程師可以確定框架結(jié)構(gòu)的承載能力和安全性，并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。板的受力分析1集中荷載集中荷載是指作用在板的某一點(diǎn)上的力，例如建筑物的柱子對(duì)板的壓力。2分布荷載分布荷載是指作用在板上的面積上的力，例如屋頂?shù)难┖奢d或地板上的重物。3力矩荷載力矩荷載是指作用在板上的轉(zhuǎn)動(dòng)力，例如風(fēng)荷載或地震荷載。板的撓度計(jì)算理論方法利用彈性力學(xué)中的板理論，可以推導(dǎo)出板的撓度公式。數(shù)值方法有限元方法是一種常用的數(shù)值方法，可用于求解復(fù)雜形狀板的撓度。實(shí)驗(yàn)方法通過實(shí)物模型或試驗(yàn)板，可以測(cè)量板的撓度，驗(yàn)證理論計(jì)算或數(shù)值模擬結(jié)果。板的設(shè)計(jì)材料選擇根據(jù)板的荷載類型和使用環(huán)境選擇合適的材料，如鋼筋混凝土、鋼板、木板等。厚度確定根據(jù)板的跨度、荷載、材料強(qiáng)度等因素確定板的厚度，確保其承載能力和剛度要求。鋼筋布置根據(jù)板的受力情況，合理布置鋼筋，確保板的強(qiáng)度和抗裂能力，并考慮施工的可行性。支座設(shè)計(jì)確保板的支座能承受板的荷載，并避免支座發(fā)生沉降或傾斜。殼體結(jié)構(gòu)的分析殼體結(jié)構(gòu)是一種重要的結(jié)構(gòu)形式，其應(yīng)用廣泛，例如體育場(chǎng)館、地下隧道、儲(chǔ)罐等。1基本概念定義、分類、特點(diǎn)2力學(xué)分析薄殼理論、有限元方法3常見類型球殼、圓筒殼、雙曲拋物殼4應(yīng)用實(shí)例建筑、交通、能源本節(jié)重點(diǎn)介紹殼體結(jié)構(gòu)的基本概念、力學(xué)分析方法、常見類型以及應(yīng)用實(shí)例。桿件構(gòu)件的穩(wěn)定性失穩(wěn)形態(tài)桿件在軸向壓力作用下失去穩(wěn)定性，發(fā)生彎曲變形，稱為失穩(wěn)。臨界荷載導(dǎo)致桿件失穩(wěn)的最小軸向壓力，稱為臨界荷載。穩(wěn)定性設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要保證構(gòu)件在荷載作用下保持穩(wěn)定，防止失穩(wěn)發(fā)生。限界狀態(tài)設(shè)計(jì)法承載能力極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)抵抗荷載的能力與荷載本身的效應(yīng)相比較，確保結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生破壞正常使用極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)在使用過程中保持正常功能，滿足各種使用要求，例如變形、振動(dòng)等耐久性極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)在規(guī)定的使用年限內(nèi)保持結(jié)構(gòu)的完整性，避免由于腐蝕、疲勞等因素引起的失效荷載組合與承載力荷載組合是指將結(jié)構(gòu)在使用過程中可能出現(xiàn)的各種荷載進(jìn)行組合，以確定結(jié)構(gòu)在各種工況下所承受的荷載大小。承載力是指結(jié)構(gòu)在荷載作用下所能承受的最大荷載，是結(jié)構(gòu)安全的重要指標(biāo)。荷載組合與承載力計(jì)算是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，需要根據(jù)相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，并考慮各種不確定因素的影響，確保結(jié)構(gòu)在使用過程中安全可靠。永久荷載可變荷載風(fēng)荷載地震荷載結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)地震荷載分析地震作用于結(jié)構(gòu)的力，會(huì)造成結(jié)構(gòu)變形和振動(dòng)。地震荷載分析旨在確定地震作用下結(jié)構(gòu)的受力情況。抗震設(shè)計(jì)原則強(qiáng)度要求延性要求耗能要求抗震設(shè)計(jì)方法根據(jù)結(jié)構(gòu)類型和地震烈度，選擇合適的抗震設(shè)計(jì)方法，確保結(jié)構(gòu)在遭遇地震時(shí)能夠安全可靠。有限元分析方法11.離散化將連續(xù)的結(jié)構(gòu)或物體離散為有限個(gè)單元，每個(gè)單元具有特定的節(jié)點(diǎn)和形狀函數(shù)。22.建立方程基于材料性質(zhì)和邊界條件，建立每個(gè)單元的平衡方程，形成整體的線性方程組。33.求解方程采用數(shù)值方法，如高斯消元法或迭代法，求解線性方程組，得到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的位移和應(yīng)力值。44.結(jié)果后處理將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行可視化，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，以了解結(jié)構(gòu)的受力情況和變形情況。數(shù)值模擬實(shí)例分析本節(jié)課將通過實(shí)際工程案例，講解數(shù)值模擬在結(jié)構(gòu)力學(xué)中的應(yīng)用。例如，橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，使用有限元分析軟件模擬橋梁在不同荷載作用下的受力情況，計(jì)算應(yīng)力、變形和穩(wěn)定性，優(yōu)化橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。模型試驗(yàn)方法模型試驗(yàn)方法模擬實(shí)際結(jié)構(gòu)的受力行為和變形特征，進(jìn)行驗(yàn)證和分析。設(shè)備與材料使用比例縮小的模型，模擬實(shí)際結(jié)構(gòu)的材料和幾何形狀。數(shù)據(jù)分析通過測(cè)量模型的變形、應(yīng)力等參數(shù)，分析結(jié)構(gòu)的受力特性和安全性能。競(jìng)賽作品設(shè)計(jì)實(shí)踐1項(xiàng)目選題選題要符合競(jìng)賽規(guī)則，與課程內(nèi)容相關(guān)。2方案設(shè)計(jì)運(yùn)用結(jié)構(gòu)力學(xué)知識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證結(jié)構(gòu)安全可靠。3模型制作制作精美的模型，展示設(shè)計(jì)方案。4競(jìng)賽答辯清晰簡(jiǎn)潔地展示設(shè)計(jì)理念和技術(shù)方案。競(jìng)賽作品設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)旨在培養(yǎng)學(xué)生將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐的能力，鍛煉團(tuán)隊(duì)合作能力，提高學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例分享分享一些真實(shí)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)案例，展示各種類型的結(jié)構(gòu)，例如橋梁、建筑、體育場(chǎng)館等。探討設(shè)計(jì)中遇到的挑戰(zhàn)和解決方案，例如抗震設(shè)計(jì)、荷載計(jì)算、材料選擇等。案例討論與總結(jié)案例討論分享真實(shí)案例，探討設(shè)計(jì)思路和優(yōu)化方案。分析問題剖析案例中遇到的挑戰(zhàn)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。總結(jié)回顧回顧課程核心內(nèi)容，提升理解和應(yīng)用能力?？己朔绞脚c成績(jī)?cè)u(píng)定課堂參與課堂提問和討論積極參與，展現(xiàn)學(xué)習(xí)態(tài)度和理解能力。作業(yè)完成按時(shí)完成課程布置的作業(yè)，并進(jìn)行批改和反饋，檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果?？荚嚦煽?jī)期末考試考察理論知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用能力，占總成績(jī)比例較高。綜合評(píng)分綜合課堂表現(xiàn)、作業(yè)成績(jī)和考試成績(jī)，進(jìn)行綜合評(píng)定。參考資料推薦11.結(jié)構(gòu)力學(xué)推薦使用《結(jié)構(gòu)力學(xué)》教材作為主要參考，該教材涵蓋了課程的核心內(nèi)容，并提供大量的例題和習(xí)題。22.相關(guān)專業(yè)書籍建議查閱其他相關(guān)專業(yè)的書籍，例如《彈性力學(xué)》、《有限元方法》等，以拓寬對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)的理解。33.網(wǎng)絡(luò)資源可利用網(wǎng)絡(luò)搜索引擎查找相關(guān)資料，包括學(xué)術(shù)論文、教學(xué)視頻、軟件教程等，以輔助學(xué)習(xí)。44.廣州大學(xué)圖書館廣州大學(xué)圖書館擁有豐富的館藏資源，可查閱與結(jié)構(gòu)力學(xué)相關(guān)的書籍、期刊、數(shù)據(jù)庫(kù)等，進(jìn)一步深化學(xué)習(xí)。課程師資簡(jiǎn)介教授王教授是廣州大學(xué)土木工程學(xué)院的資深教授，擁有豐富的教學(xué)和科研經(jīng)驗(yàn)。他在結(jié)構(gòu)力學(xué)領(lǐng)域有深入的研究，發(fā)表了多篇學(xué)術(shù)論文，并獲得了多個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)。講師李講師是