結(jié)構(gòu)動力學(xué)教學(xué)大綱

結(jié)構(gòu)動力學(xué)教學(xué)大綱課程名稱：結(jié)構(gòu)動力學(xué)課程編碼：A1144學(xué)分：2總學(xué)時：32適用專業(yè)：土木工程先修課程：高等數(shù)學(xué)、理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)一、課程的性質(zhì)、目的與任務(wù)本課程為土木工程專業(yè)的必修課程。課程包括矩陣位移法、結(jié)構(gòu)動力計算和結(jié)構(gòu)塑性分析三個部分，課程任務(wù)是使學(xué)生掌握矩陣位移法、結(jié)構(gòu)動力計算和極限荷載的基本概念、原理與計算方法；通過實踐教學(xué)掌握結(jié)構(gòu)動力實驗基本技能，為學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程、從事專業(yè)工作以及進(jìn)一步研究打下一定的基礎(chǔ)。二、教學(xué)基本要求了解：矩陣位移法的思路、單元剛度矩陣的特性，結(jié)構(gòu)動力學(xué)的基本特點，結(jié)構(gòu)動力自由度，阻尼對振動的影響，多自由度體系主振型的正交性，塑性分析及極限彎矩的概念，塑性鉸、極限狀態(tài)及極限荷載的基本概念，比例加載時判定極限荷載的一般定理理解：建立局部坐標(biāo)系中和整體坐標(biāo)系中的單元剛度矩陣方法，形成結(jié)構(gòu)整體剛度矩陣的集成法，等效節(jié)點荷載向量確定方法，單自由度系統(tǒng)自由振動，單自由度體系的強迫振動，多自由度體系的自由振動。連續(xù)梁結(jié)構(gòu)的極限荷載計算的基本原理與方法掌握：應(yīng)熟練掌握矩陣位移法基本方程和連續(xù)梁的矩陣位移法計算。動力學(xué)運動微分方程，單自由度體系的自振頻率計算和簡諧荷載下的強迫振動計算，2個自由度體系的振動頻率和振型計算，阻尼比的計算。熟練應(yīng)用機動法和試算法計算超靜定梁的極限荷載綜合運用所學(xué)知識分析和解決問題的能力；三、教學(xué)內(nèi)容第1章矩陣位移法6學(xué)時本章教學(xué)目標(biāo)：講解矩陣位移法的解題思路和步驟，矩陣位移法與位移法的聯(lián)系區(qū)別，單元剛度矩陣的特性及元素的物理概念，單元定位向量的概念，掌握內(nèi)矩陣位移法基本方程和連續(xù)梁的矩陣位移法計算。本章教學(xué)基本要求：了解：矩陣位移法的解題思路和步驟，矩陣位移法與位移法的聯(lián)系區(qū)別，單元剛度矩陣的特性及元素的物理概念，單元定位向量的概念；理解：建立局部坐標(biāo)系中和整體坐標(biāo)系中的單元剛度矩陣方法，形成結(jié)構(gòu)整體剛度矩陣的集成法，等效節(jié)點荷載向量確定方法；掌握：矩陣位移法基本方程和連續(xù)梁的矩陣位移法計算。本章教學(xué)重點：矩陣位移法基本方程。本章教學(xué)難點：結(jié)構(gòu)整體剛度矩陣的集成法，等效節(jié)點荷載向量確定方法、連續(xù)梁的矩陣位移法計算。本章教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié)概述1學(xué)時（一）矩陣位移法與位移法的聯(lián)系（二）矩陣位移法分析的基本步驟第二節(jié)局部坐標(biāo)系下的單元剛度矩陣1學(xué)時（一）單元和結(jié)點的劃分，單元桿端力和桿端位移的表示方法（二）單元桿端力和桿端位移之間的關(guān)系（三）單元剛度矩陣及單元剛度矩陣的性質(zhì)第三節(jié)整體坐標(biāo)系下的單元剛度矩陣1學(xué)時（一）單元坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣（二）整體坐標(biāo)系下的單元剛度矩陣第四節(jié)結(jié)構(gòu)整體剛度矩陣和等效結(jié)點荷載2學(xué)時（一）結(jié)點位移分量的統(tǒng)一編號，單元定位向量（二）利用剛度集成法形成結(jié)構(gòu)整體剛度矩陣，結(jié)構(gòu)整體剛度矩陣的性質(zhì)第五節(jié)連續(xù)梁和簡單剛架的計算步驟和算例1學(xué)時第2章結(jié)構(gòu)動力計算18學(xué)時本章教學(xué)目標(biāo)：了解：動力計算的特點，單自由度體系在一般荷載作用下的計算，振型疊加法，計算自振頻率的近似計算方法；掌握動力自由度的判別方法，單自由度、有限自由度體系運動方程的建立方法，單自由度、有限自由度體系動力特性計算，單自由度、有限自由度體系在簡諧荷載作用下的內(nèi)力、位移計算，阻尼對振動的影響。本章教學(xué)基本要求：了解：結(jié)構(gòu)動力學(xué)的基本特點，結(jié)構(gòu)動力自由度的概念，阻尼對振動的影響，多自由度體系主振型的正交性，近似法求自振頻率。理解：單自由度系統(tǒng)自由振動，單自由度體系的強迫振動，多自由度體系的自由振動，多自由度系統(tǒng)振動的振型疊加方法，求自振頻率的近似方法，自由度系統(tǒng)振動的振型疊加方法。掌握：動力學(xué)運動微分方程，單自由度體系的自振頻率計算和簡諧荷載下的強迫振動計算，2個自由度體系的振動頻率和振型計算，阻尼比的計算。本章教學(xué)重點：動力學(xué)運動微分方程，單自由度體系的自振頻率計算本章教學(xué)難點：簡諧荷載下的強迫振動計算，2個自由度體系的振動頻率和振型計算。本章教學(xué)內(nèi)容：第1節(jié)概述1學(xué)時（一）結(jié)構(gòu)動力計算的特點，動力荷載的分類（二）動力自由度第2節(jié)單自由度體系自由振動5學(xué)時（一）按平衡條件建立運動方程—剛度法（二）柔度法建立單自由度體系的運動方程（三）自由振動運動方程的求解，位移、速度、加速度和慣性力的變化規(guī)律第3節(jié)單自由度體系的強迫振動4學(xué)時（一）簡諧荷載（二）一般動荷載第4節(jié)阻尼對振動的影響1學(xué)時（一）阻尼的定義，有阻尼的自由振動（二）有阻尼的強迫振動第5節(jié)多自由度體系的自由振動3學(xué)時（一）用剛度法和柔度法計算多自由度體系的自振頻率和振型（二）主振型的正交性第6節(jié)多自由度體系在簡諧荷載作用下的強迫振動2學(xué)時（一）剛度法、柔度法（二）振型疊加法計算多自由度體系在一般荷載作用下的強迫振動（三）近似法計算自振頻率第3章結(jié)構(gòu)的極限荷載6學(xué)時本章教學(xué)目標(biāo)：通過本章學(xué)習(xí)，掌握按極限荷載進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計的方法。要求理解極限荷載、極限彎矩、塑性鉸、破壞機構(gòu)等概念；理解比例加載時判定極限荷載的定理；掌握用靜力法和機動法計算靜定結(jié)構(gòu)、連續(xù)梁和簡單超靜定剛架的極限荷載。本章教學(xué)基本要求：了解塑性分析及極限彎矩的概念，塑性鉸、極限狀態(tài)及極限荷載的基本概念，比例加載時判定極限荷載的一般定理。理解連續(xù)梁結(jié)構(gòu)的極限荷載計算的基本原理與方法。掌握應(yīng)用機動法和試算法計算超靜定梁的極限承載力。本章教學(xué)重點：連續(xù)梁結(jié)構(gòu)的極限荷載計算的基本原理與方法。本章教學(xué)難點：塑性鉸、機動法計算超靜定梁的極限承載力。本章教學(xué)內(nèi)容：第1節(jié)概述1學(xué)時（一）塑性分析的意義（二）彈性分析與塑性分析的比較，理想彈塑性材料的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系（三）極限彎矩、塑性鉸和靜定結(jié)構(gòu)的極限荷載第2節(jié)極限彎矩、塑性鉸、靜定結(jié)構(gòu)的極限荷載計算2學(xué)時第3節(jié)超靜定梁的極限荷載3學(xué)時（一）用靜力法計算超靜定梁的極限荷載（二）用機動法計算超靜定梁的極限荷載（三）用靜力法和機動法計算比例加截時判定極限荷載的一般定理四、課程的其它教學(xué)環(huán)節(jié)1、實驗的目的與任務(wù)結(jié)構(gòu)力學(xué)實驗是結(jié)構(gòu)力學(xué)理論課的一個重要環(huán)節(jié)。它占有結(jié)構(gòu)力學(xué)理論課一定比例的時數(shù)，所面對的學(xué)生均為工科系列學(xué)生，他們將來要在水利工程、土木建筑等方面發(fā)揮作用，施展才能。通過本實驗，首先學(xué)生可以加深理論課的認(rèn)識，起到理論―實踐―再理論的良形循環(huán)。本實驗加強學(xué)生對基本理論理解的目的。再者學(xué)生親自動手工操作，培養(yǎng)學(xué)生具有較強的實際動手能力，敏銳的觀察能力，獨力思考問題與解決問題的能力，對實驗成果的統(tǒng)計與分析能力，通過從單一驗證到綜合設(shè)計型的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生掌握主要儀器設(shè)備和方法，具有獨立完成主要專業(yè)實驗及獨立設(shè)計實驗方案的能立。給他們提供了充分發(fā)揮智慧和才能的空間。2、實驗的基本要求（1）要求學(xué)生加深理論的認(rèn)識，將理論所學(xué)的結(jié)論和定律在實驗室得到驗證，從而進(jìn)一步鞏固和掌握理論知識。（2）學(xué)生首先到實驗室預(yù)約試驗時間，實驗教師布置試驗項目，告訴學(xué)生要預(yù)習(xí)的內(nèi)容。（3）學(xué)生按儀器設(shè)備臺套數(shù)進(jìn)行分組，自己動手，大家配合，分工合作，完成實驗。實驗結(jié)束后，要求學(xué)生簽到，操作簽字。3、實驗項目與學(xué)時分配序號實驗項目內(nèi)容提要學(xué)時實驗性質(zhì)備注演示驗證設(shè)計綜合必做選做1機械振動系統(tǒng)固有頻率的測量了解共振前后李薩如圖形的變化規(guī)律和特點,學(xué)會用共振相位判別法測量機械振動系統(tǒng)固有頻率1※※2單自由度系統(tǒng)自由衰減振動及固有頻率和阻尼比的測量了解單自由度自由衰減振動的概念,用示波器記錄單自由度系統(tǒng)自由衰減振動波形1※※五、本課程對畢業(yè)要求的貢獻(xiàn)本課程對《建筑結(jié)構(gòu)抗震》等課程的學(xué)習(xí)起到重要基礎(chǔ)作用，對本科畢業(yè)設(shè)計中的地震作用計