結構力學(I-2)教案.doc

結構力學I-2 教案課程名稱：結構力學-2 適用專業(yè)、年級：土木工程2004級學年、學期：20062007學年，第一學期總學時：42學時任課教師：張來儀、陳朝暉、文國治、游淵、陳名弟等編寫時間：2006年8月第12 章 結構的動力計算一、本章的教學目標及基本要求工程結構除承受靜力荷載外，有時還會受到動荷載作用，如地震荷載等。在動荷載作用下，結構發(fā)生振動，結構的內力、位移等將隨時間變化。確定它們的變化規(guī)律，從而得到這些量的最大值，以便做出合理的動力設計是本章的教學目標。學習本章的基本要求是：掌握動力自由度的判別方法；掌握單自由度及兩個自由度體系運動方程的建立方法及其在簡諧荷載作用下的受近振動的計算方法；了解阻尼的作用；了解振型分解法；了解頻率的近似計算方法。二、本章各節(jié)教學內容及學時分配12-1 概述 （2學時）12-2 單自由度體系的運動方程 （2學時）12-3 單自由度體系的自由振動 （4學時）12-4 單自由度體系的強迫振動 （3學時）12-5 阻尼對振動的影響 （2學時）12-6 多自由度體系的自由振動 （3學時）12-7 主振型的正交性 （2學時）12-8 多自由度體系在簡諧荷載作用下的強迫振動 （2學時）12-9 多自由度體系在任意動力荷載作用下的強迫振動 （3學時）12-11 近似法計算自振頻率 （3學時）三、本章教學內容的重點和難點重點：動力自由度判別方法；單自由度、有限自由度體系運動方程的建立；單自由度有限自由度（重點是兩個自由度）體系動力特性的計算；單自由度、有限自由度體系在簡諧荷載作用下內力、位移的計算；阻尼對振動的影響。難點：用剛度法和柔度法建立單自由度體系的運動方程；在動力特性和動力反應計算中剛度系數(shù)和柔度系數(shù)的計算；單自由度和兩個自由度體系在簡諧荷載作用下動力反應的計算。四、本章教學內容的深化和拓寬在講深講透有限自由度的動力反應基礎上可拓寬到無限自由度體系自由振動的計算。有彈性支座及荷載不是作用在質點上或不是作用在質量的振動方向屬于加深的內容。用里茲法計算多個頻率的計算屬于拓寬的內容。五、本章教學方式（手段）及教學過程中應注意的問題老師重點講解基本理論和基本計算方法，應有兩次以上的習題課。注意啟發(fā)式教學。并適當輔以多媒體課件對結構的動力特性進行演示，以加深學生的實感。應盡量結合工程特別是土木工程專業(yè)實例進行講解，使學生學了本章后能接合專業(yè)進行應用。六、本章的主要參考書目（一） 結構力學 趙更新主編，中國水利水電出版社， 2004年6月（二） 結構力學（下冊） 張來儀 孫賢 主編，重慶大學出版社， 1998年7月（三） 結構力學（下冊） 李廉錕主編， 高等教育出版社，1996年5月（四） 結構力學（） 龍馭球 包世華主編， 高等教育出版社， 2001年1月（五） 結構力學輔導 趙更新編著， 中國水利水電出版社， 2001年9月七、本章的思考題和習題（一）思考題結構力學蕭允徵 張來儀主編教材第12章的思考題12-112-14。（二）習題結構力學蕭允徵 張來儀主編教材第12章的習題：12-112-18。八、各課時單元授課教案的具體內容12-1 概述一、靜力荷載和動力荷載（一） 靜力荷載（二） 動力荷載（三） 動力荷載的分類1 簡諧荷載2 沖擊荷載3 隨機荷載二、結構動力計算的特點和任務（一）結構動力計算的特點（二）動力計算的任務（三）土木工程中常具的動力計算問題三、結構體系的動力自由度（一）動力自由度的定義（二）確定結構動力自由度的方法l 本節(jié)的思考題：思考題12-1、12-2l 本節(jié)的習題： 習題12-1、12-6（4）l 本節(jié)的教學方法：教師重點講授動力計算的特點及動力自由度的確定，可出幾個組合結構動力自由度判定的題目給學生下去思考。12-2 單自由度體系的運動方程一、列動力平衡方程剛度法除書上的例題外，可補充兩個難度較大的題講思路二、列位移方程柔度法l 本節(jié)習題：習題12-212-3 單自由度體系的自由振動l 自由振動l 產生自由振動的原因l 為何要研究自由振動一、 無阻尼的自由振動（一） 運動方程的建立和求解（二） 自振周期和自振頻率的計算這是本節(jié)的重點，要多補充幾個例子進行講解，并要求學生共同參與討論，關鍵是計算柔度系數(shù)和剛度系數(shù)，要求學生應聯(lián)系結構力學（一）所學的有關知識進行應用。二、有阻尼的自由振動（一）運動方程的建立和求解（二）討論1小阻尼情況（1）l 本節(jié)可用建筑力學模擬實驗平臺軟件演示無阻尼及有阻尼自由振動位移隨時間變化規(guī)律的圖線，加深學生的實感。本節(jié)自振頻率和周期的計算是重點，學生應多做題練習。l 思考題：思考題12-3，12-4，12-5.l 習題：習題12-3，12-4，12-5，12-6（2）、（3）、（5），12-7（1）、（2）、（3）12-4 單自由度體系簡諧荷載作用下的強迫振動一、運動方程的建立和求解二、不考慮阻尼的純強迫振動1. 運動方程及方程的解2. 振幅的計算3. 討論|與的變化曲線 三、考慮阻尼的純強迫振動1. 位移與荷載之間的相位差2. 與的關系，的計算3.振動時諸力的平衡關系l 本節(jié)可利用建筑力學模擬實驗軟件演示單自由度體系的強迫振動。l 思考題：12-6，12-7，12-8l 習題：12-7（1）、（2）、(4)、（5）、（7），12-8，12-9，12-10，12-1212-5 單自由度體系在任意荷載作用下的強迫振動一、任意荷載作用下位移計算的公式杜哈梅積分二、兩種特殊荷載作用下的動力反應（一）突加常量荷載（二）爆炸荷載l 思考題：12-9，12-10l 習題：12-12，12-1312-6 兩個自由度體系的自由振動一、柔度法（一） 運動方程的建立（二） 頻率和振型的計算（三） 方程的通解二、剛度法（一）運動方程的建立（二）頻率和振型的計算l 兩個自由度體系自由振動中頻率和振型的計算是重點，應有一定數(shù)量的例題，關鍵是計算柔度系數(shù)和剛度系數(shù)。l 教學方法：對基本原理進行精講外可利用建筑力學虛擬實驗平臺給學生演示頻率的計算及振型的動畫演示。l 思考題：12-12，12-12，11-13l 習題：12-14，12-7（9）12-7 一般多自由度體系的自由振動一、柔度法二、剛度法三、主振型正交性l 教學方法：精講基本原理，配合多媒體課件演示振型。l 思考題：12-12l 習題：12-6（5）、（6），12-7（8）12-8 多自由度體系在簡諧荷載作用下的強迫振動一、柔度法（一）運動方程的建立（二）運動方程的求解二、剛度法（一）運動方程的建立（二）運動方程的求解l 教學方法：講思路，配合多媒體課件演示。l 思考題：12-14l 習題：12-6（7），12-15，12-1612-9 振型分解法一、正則坐標二、振型分解法l 習題：12-17*12-10 無限自由度體系的自由振動一、運動方程的建立二、頻率和振型的計算l 說明：本節(jié)為選講內容，但可用多媒體課件對無限自由度體系（梁和剛架）的頻率和振型的計算進行演示。11-11 用能量法計算自振頻率一、能量法的基本原理二、能量法計算自振頻率（一）計算公式（二）振幅曲線假定的原則l 習題：12-18，12-19第13章結構的穩(wěn)定計算一、本章的教學目標及基本要求在結構設計中強度驗算是最基本的和必不可少的，但僅作結構的強度驗算是不夠的。特別是主要受壓的結構，當荷載達到某一臨界值時，其臨界應力還未超過其允許值，但已不能維持原有的平衡型式，而突然喪失穩(wěn)定。本章的目的在于確定臨界荷載，以保證結構不至因失穩(wěn)而喪失承載能力。通過本章的學習，要求掌握兩類穩(wěn)定問題的基本概念，熟練掌握有限自由度體系確定臨界荷載的靜力法、能量法；掌握無限自由度體系確定臨界荷載的靜力法和能量法。二、本章各節(jié)教學內容及學時分配 13-1 概述 （2學時） 13-2 用靜力法計算臨界荷載 （4學時） 13-3 用能量法計算臨界荷載 （4學時） 13-4 具有彈性支座壓桿的穩(wěn)定計算 （2學時）三、本章教學內容的重點和難點重點：用靜力法計算有限自由度體系及可劃為單桿（壓桿）的無限自由度體系的臨界荷載計算；用能量法計算單自由度體系及簡單的無限自由度體系的臨界荷載計算。難點：可劃為彈性支座時，彈簧剛度的計算；無限自由度體系靜力法計算中邊界條件的引入，能量法中失穩(wěn)曲線的假定。四、本章教學內容的深化和拓寬對于復雜結構中的壓桿可將其簡化為具有彈性支座的壓桿進行計算，對于如何計算其剛度系數(shù)及引入支承條件，可進一步進行深化；對于結構穩(wěn)定的計算根據(jù)專業(yè)方向的特點可深化到組合桿的穩(wěn)定、拱的穩(wěn)定、板殼的穩(wěn)定問題?？山雍嫌嬎丬浖榻B利用矩陣位移法計算臨界荷載。五、本章教學方式（手段）及教學過程中應注意的問題三種平衡形式兩類穩(wěn)定問題應講清楚，靜力法和能量法的基本原理要深入講解，至于具體例子可只講思路即可。利用多媒體課件向學生演示計算機計算結構的臨界荷載。六、本章的主要參考書目與第12章所列參考書目相同。七、本章的思考題和習題（一） 思考題 結構力學 趙更新主編 教材第13章的思考題 13-113-5。（二） 習題 結構力學 趙更新主編 教材第13章的習題 13-113-15。八、各課時單元授課教案的具體內容13-1 概述一、三種平衡狀態(tài)二、兩類穩(wěn)定問題（一）分支點失穩(wěn)（二）極值點失穩(wěn)三、穩(wěn)定的自由度l 思考題： 13-113-2 用靜力法計算臨界荷載一、靜力法的基本原理及計算步驟二、有限自由度體系三、無限自由度體系l 思考題：13-2，l 習題：13-1（2），13-2（1），（2），（4），13-313-8l 說明：該節(jié)為本章的重點，應重點講解其基本原理，并輔以多媒體課件予以演示，增強學生的實感。13-3 用能量法計算臨界荷載一、勢能駐值原理二、能量法求有限自由度體系的臨界荷載三、用能量法求無限自由度體系的臨界荷載l 思考題：13-3,13-4l 習題：13-1（1），13-2（3），13-6，13-1313-4 具有彈性支座壓桿的穩(wěn)定計算一、簡化的條件二、示例l 思考題： 13-5l 習題：13-1（3），13-2（5）、（6），13-9，13-10，13-11，13-13，13-14，13-15第14章結構的極限荷載一、本章的教學目標及基本要求本章的教學目標是：掌握按極限荷載進行結構設計的方法塑性設計方法?；疽笫牵豪斫鈽O限荷載、極限彎矩、塑性鉸、破壞機構等概念；理解比例加載對判定極限荷載的一般定理；掌握用靜力法和機動計算梁及簡單剛架的極限荷載。二、本章各節(jié)教學內容及學時安排14-1 概述 （1學時）14-2 載面的極限彎矩及塑性鉸 （1學時）14-3 靜定梁的極限荷載 （1學時）14-3 單跨超靜定梁的極限荷載 （1學時）14-5 比例加載時判定極限荷載的一般定理 （1學時）14-6 連續(xù)梁的極限荷載 （1學時）14-7 簡單剛架的極限荷載 （2學時）三、本章教學內容的重點和難點重點：超靜定梁的極限荷載計算。難點：具有一根對稱軸的任意載面的極限彎矩計算；用靜力法和機動法計算結構的極限荷載。四、本章教學內容的深化和拓寬在講深講透超靜定梁極限荷載計算的基礎上可深化到簡單剛架極限荷載計算的試算法和機構法；進一步拓寬到用增量變剛度法計算剛架極限荷載的思路。五、本章教學方式（手段）及教學過程中應注意的問題本章教師應精講，應適當開展課堂討論，輔以多媒體課件進行演示出現(xiàn)塑性鉸的先后順序。注意給學生講清楚在均布荷載作用下，塑性鉸不一定出現(xiàn)在跨中載面；在用機動法計算時內力所做的功中不要把普通鉸也當成塑性鉸來計算。六、本章的主要參考書目與第11章所列參考書目相同。七、本章的思考題和習題（一） 思考題結構力學 蕭允徵 張來儀主編中的思考題14-114-7。（二） 習題結構力學 蕭允徵 張來儀主編中習題 14-114-8。八、各課時單元授課教案的具體內容14-1 概述一、彈性分析二、塑性分析三、理想彈塑性材料的應力應變關系14-2 截面的極限彎矩及塑性鉸一、矩形截面的極限彎矩二、具有一根對稱軸的任意截面的極限彎矩三、塑性鉸與普通鉸的區(qū)別l 思考題：14-1l 習題：14-1（1），14-2l 說明：本節(jié)可用多媒體課件演示工程中常用的幾種截面形成塑性鉸的過程。14-3 靜定梁的極限荷載一、靜定梁的極限狀態(tài)。二、用靜力法和機動法計算極限荷載l 習題：14-1（4），14-314-4 單跨超靜定梁的極限荷載一、單跨超靜定梁的破壞過程二、超靜定結構極限荷載計算的特點三、舉例l 思考題：14-4，14-5，14-6。l 習題：14-1（2）、（3）、（5），14-514-5 比例加載時判定極限荷載的