《廣州大學結(jié)構力學》課件

廣州大學結(jié)構力學課程本課程介紹結(jié)構力學的基本概念、基本理論和基本方法。涵蓋靜力學、材料力學和結(jié)構力學等內(nèi)容。課程簡介課程名稱《廣州大學結(jié)構力學》課程性質(zhì)專業(yè)必修課，理論與實踐相結(jié)合。教學目標培養(yǎng)學生掌握結(jié)構力學基礎理論，解決實際工程問題。教學內(nèi)容涵蓋靜力學、材料力學、結(jié)構分析、結(jié)構設計等方面。課程目標11.理論知識掌握結(jié)構力學基礎理論，建立結(jié)構分析的基本概念和方法。22.實際應用將理論知識應用于實際工程問題，學習解決結(jié)構設計和分析問題。33.培養(yǎng)能力培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力，以及獨立思考和團隊合作的能力。44.拓展視野了解結(jié)構力學在現(xiàn)代工程中的應用，拓展學生對結(jié)構力學的認識和興趣。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)構力學的基礎知識，包括材料的力學性質(zhì)和單軸受力分析。靜定結(jié)構介紹靜定結(jié)構的基本概念和分析方法，包括內(nèi)力計算、撓度計算和設計。超靜定結(jié)構深入探討超靜定結(jié)構的分析方法，如力法、位移法和矩陣法等。其他結(jié)構講解框架結(jié)構、板結(jié)構、殼體結(jié)構等的分析方法，并介紹結(jié)構的穩(wěn)定性、極限狀態(tài)設計法、抗震設計等內(nèi)容。材料性質(zhì)與單軸受力材料的力學性質(zhì)了解材料的應力-應變關系，如彈性模量、泊松比等，是進行結(jié)構設計的重要基礎。應力與應變應力是指材料內(nèi)部單位面積上所受的力，應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方向的力，例如拉伸、壓縮或剪切。強度與屈服材料的強度是指材料承受的最大應力，屈服是指材料發(fā)生永久變形時的應力。軸力與跨度計算軸力是結(jié)構中桿件承受的拉伸或壓縮力?？缍仁侵附Y(jié)構中兩支撐點之間的距離。1結(jié)構的穩(wěn)定性軸力會影響結(jié)構的穩(wěn)定性，跨度越大，結(jié)構越容易發(fā)生彎曲或失穩(wěn)。2材料的強度材料的強度會影響桿件所能承受的軸力。強度越高，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。軸力與跨度計算是結(jié)構力學中的基礎知識，理解這兩個概念對于設計和分析結(jié)構至關重要。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)構力學中的重要概念，通過分析彎矩和剪力分布，可以了解結(jié)構的受力情況，以及結(jié)構的強度和剛度。結(jié)構的支座固定支座固定支座限制了結(jié)構的水平和垂直位移，以及轉(zhuǎn)動。這是一種常見的支座類型，適用于需要固定位置的結(jié)構。鉸支座鉸支座只限制了結(jié)構的垂直位移，但不限制轉(zhuǎn)動。它們通常用于橋梁、框架和桁架等結(jié)構中，以允許結(jié)構在受到荷載時彎曲和變形?；瑒又ё瑒又ё拗屏私Y(jié)構的垂直位移，但允許結(jié)構水平移動。它們通常用于橋梁和大型建筑物，以適應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。它們可以吸收荷載，并減少結(jié)構的振動和噪聲。它們通常用于橋梁、建筑物和機器等結(jié)構中。靜定結(jié)構的內(nèi)力計算1平衡方程利用平衡方程，建立結(jié)構受力關系。2截面法截斷結(jié)構，分析截面上的內(nèi)力。3力矩法根據(jù)力矩平衡，計算彎矩和剪力。靜定結(jié)構的撓度計算計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。影響因素撓度受到荷載、材料性質(zhì)、結(jié)構幾何形狀和支座條件等因素影響。重要性撓度計算對于保證結(jié)構的安全性和功能至關重要，避免過大的變形。靜定結(jié)構的設計安全性能結(jié)構應能承受設計荷載，確保安全性和耐久性。經(jīng)濟性結(jié)構設計應合理，避免材料浪費，降低成本。美觀性結(jié)構設計應符合審美要求，營造良好的視覺效果。施工可行性結(jié)構設計應考慮施工工藝，確保施工順利進行。超靜定結(jié)構的分析1結(jié)構的力學模型建立準確的結(jié)構模型2基本方程的推導引入約束條件進行求解3位移協(xié)調(diào)方程考慮結(jié)構的變形和位移4力平衡方程滿足結(jié)構的力平衡5解算結(jié)構的內(nèi)力確定超靜定結(jié)構的內(nèi)力分布超靜定結(jié)構是指結(jié)構的約束條件超過靜定結(jié)構所需的最小約束數(shù)。超靜定結(jié)構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)構的內(nèi)力?？蚣芙Y(jié)構的分析1結(jié)構分析方法力學模型構建有限元法應用2內(nèi)力計算軸力、剪力、彎矩節(jié)點荷載分配3變形計算位移、轉(zhuǎn)角結(jié)構穩(wěn)定性4優(yōu)化設計材料選型截面尺寸框架結(jié)構分析涉及力學模型構建、內(nèi)力計算、變形計算和優(yōu)化設計等步驟。通過分析框架結(jié)構的受力狀態(tài)和變形情況，工程師可以確定框架結(jié)構的承載能力和安全性，并進行優(yōu)化設計。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上的力，例如建筑物的柱子對板的壓力。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)動力，例如風荷載或地震荷載。板的撓度計算理論方法利用彈性力學中的板理論，可以推導出板的撓度公式。數(shù)值方法有限元方法是一種常用的數(shù)值方法，可用于求解復雜形狀板的撓度。實驗方法通過實物模型或試驗板，可以測量板的撓度，驗證理論計算或數(shù)值模擬結(jié)果。板的設計材料選擇根據(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，確保板的強度和抗裂能力，并考慮施工的可行性。支座設計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)構的分析殼體結(jié)構是一種重要的結(jié)構形式，其應用廣泛，例如體育場館、地下隧道、儲罐等。1基本概念定義、分類、特點2力學分析薄殼理論、有限元方法3常見類型球殼、圓筒殼、雙曲拋物殼4應用實例建筑、交通、能源本節(jié)重點介紹殼體結(jié)構的基本概念、力學分析方法、常見類型以及應用實例。桿件構件的穩(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)。臨界荷載導致桿件失穩(wěn)的最小軸向壓力，稱為臨界荷載。穩(wěn)定性設計結(jié)構設計中，要保證構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)設計法承載能力極限狀態(tài)結(jié)構抵抗荷載的能力與荷載本身的效應相比較，確保結(jié)構不會發(fā)生破壞正常使用極限狀態(tài)結(jié)構在使用過程中保持正常功能，滿足各種使用要求，例如變形、振動等耐久性極限狀態(tài)結(jié)構在規(guī)定的使用年限內(nèi)保持結(jié)構的完整性，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)構在使用過程中可能出現(xiàn)的各種荷載進行組合，以確定結(jié)構在各種工況下所承受的荷載大小。承載力是指結(jié)構在荷載作用下所能承受的最大荷載，是結(jié)構安全的重要指標。荷載組合與承載力計算是結(jié)構設計的重要環(huán)節(jié)，需要根據(jù)相關規(guī)范和標準進行計算，并考慮各種不確定因素的影響，確保結(jié)構在使用過程中安全可靠。永久荷載可變荷載風荷載地震荷載結(jié)構抗震設計地震荷載分析地震作用于結(jié)構的力，會造成結(jié)構變形和振動。地震荷載分析旨在確定地震作用下結(jié)構的受力情況。抗震設計原則強度要求延性要求耗能要求抗震設計方法根據(jù)結(jié)構類型和地震烈度，選擇合適的抗震設計方法，確保結(jié)構在遭遇地震時能夠安全可靠。有限元分析方法11.離散化將連續(xù)的結(jié)構或物體離散為有限個單元，每個單元具有特定的節(jié)點和形狀函數(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，得到每個節(jié)點的位移和應力值。44.結(jié)果后處理將計算結(jié)果進行可視化，并對結(jié)果進行分析，以了解結(jié)構的受力情況和變形情況。數(shù)值模擬實例分析本節(jié)課將通過實際工程案例，講解數(shù)值模擬在結(jié)構力學中的應用。例如，橋梁結(jié)構設計中，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，計算應力、變形和穩(wěn)定性，優(yōu)化橋梁結(jié)構設計。模型試驗方法模型試驗方法模擬實際結(jié)構的受力行為和變形特征，進行驗證和分析。設備與材料使用比例縮小的模型，模擬實際結(jié)構的材料和幾何形狀。數(shù)據(jù)分析通過測量模型的變形、應力等參數(shù)，分析結(jié)構的受力特性和安全性能。競賽作品設計實踐1項目選題選題要符合競賽規(guī)則，與課程內(nèi)容相關。2方案設計運用結(jié)構力學知識進行設計，保證結(jié)構安全可靠。3模型制作制作精美的模型，展示設計方案。4競賽答辯清晰簡潔地展示設計理念和技術方案。競賽作品設計實踐環(huán)節(jié)旨在培養(yǎng)學生將理論知識應用于實踐的能力，鍛煉團隊合作能力，提高學生的創(chuàng)新設計能力。結(jié)構設計實例分享分享一些真實的結(jié)構設計案例，展示各種類型的結(jié)構，例如橋梁、建筑、體育場館等。探討設計中遇到的挑戰(zhàn)和解決方案，例如抗震設計、荷載計算、材料選擇等。案例討論與總結(jié)案例討論分享真實案例，探討設計思路和優(yōu)化方案。分析問題剖析案例中遇到的挑戰(zhàn)，總結(jié)經(jīng)驗教訓。總結(jié)回顧回顧課程核心內(nèi)容，提升理解和應用能力?？己朔绞脚c成績評定課堂參與課堂提問和討論積極參與，展現(xiàn)學習態(tài)度和理解能力。作業(yè)完成按時完成課程布置的作業(yè)，并進行批改和反饋，檢驗學習效果?？荚嚦煽兤谀┛荚嚳疾炖碚撝R和實際應用能力，占總成績比例較高。綜合評分綜合課堂表現(xiàn)、作業(yè)成績和考試成績，進行綜合評定。參考資料推薦11.結(jié)構力學推薦使用《結(jié)構力學》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題。22.相關專業(yè)書籍建議查閱其他相關專業(yè)的書籍，例如《彈性力學》、《有限元方法》等，以拓寬對結(jié)構力學的理解。33.網(wǎng)絡資源可利用網(wǎng)絡搜索引擎查找相關資料，包括學術論文、教學視頻、軟件教程等，以輔助學習。44.廣州大學圖書館廣州大學圖書館擁有豐富的館藏資源，可查閱與結(jié)構力學相關的書籍、期刊、數(shù)據(jù)庫等，進一步深化學習。課程師資簡介教授王教授是廣州大學土木工程學院的資深教授，擁有豐富的教學和科研經(jīng)驗。他在結(jié)構力學領域有深入的研究，發(fā)表了多篇學術論文，并獲得了多個獎項。講師李講師是