工學(xué)天津大學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)課件

天津大學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)課件課程簡介1結(jié)構(gòu)力學(xué)概述介紹結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本概念、原理和應(yīng)用，為后續(xù)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。2課程目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生理解結(jié)構(gòu)受力、變形、穩(wěn)定性等基本規(guī)律的能力，并掌握結(jié)構(gòu)分析的基本方法。3課程內(nèi)容涵蓋靜力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)分析等內(nèi)容，重點(diǎn)講解結(jié)構(gòu)的受力、變形和穩(wěn)定性分析。內(nèi)容大綱力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)力的概念力矩的概念平衡條件結(jié)構(gòu)分析方法靜定結(jié)構(gòu)分析超靜定結(jié)構(gòu)分析矩陣分析方法結(jié)構(gòu)材料鋼材混凝土木材力學(xué)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)或形狀的改變。運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)是指物體在空間中的位置隨時(shí)間變化的過程。運(yùn)動(dòng)可以是直線運(yùn)動(dòng)、曲線運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。平衡當(dāng)物體處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，物體處于平衡狀態(tài)，合力為零。功功是力在物體運(yùn)動(dòng)方向上作用的距離，它表示力對(duì)物體所做的功。應(yīng)力分析1應(yīng)力定義作用在物體內(nèi)部的相互作用力2應(yīng)力類型正應(yīng)力、剪應(yīng)力3應(yīng)力計(jì)算力與面積之比4應(yīng)力分布均勻分布、集中分布應(yīng)變分析定義和概念應(yīng)變是材料在受力作用下產(chǎn)生的變形程度，描述了物體形狀和尺寸的變化。應(yīng)變類型常見的應(yīng)變類型包括正應(yīng)變（拉伸或壓縮）和切應(yīng)變（剪切變形）。應(yīng)變測量可以通過應(yīng)變儀等設(shè)備測量應(yīng)變，為結(jié)構(gòu)分析提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系1彈性階段材料在加載時(shí)表現(xiàn)出線性彈性行為，應(yīng)力與應(yīng)變成正比。2屈服階段材料開始發(fā)生永久變形，應(yīng)力不再與應(yīng)變成正比。3強(qiáng)化階段材料繼續(xù)承受負(fù)荷，但變形速率增加，應(yīng)力-應(yīng)變曲線出現(xiàn)彎曲。4頸縮階段材料的橫截面開始收縮，應(yīng)力下降，最終發(fā)生斷裂。材料力學(xué)性質(zhì)強(qiáng)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(dāng)外力去除后能恢復(fù)原狀的能力。塑性材料在外力作用下發(fā)生塑性變形，當(dāng)外力去除后不能恢復(fù)原狀的能力。單軸拉壓應(yīng)力1拉應(yīng)力拉伸力導(dǎo)致構(gòu)件橫截面上產(chǎn)生拉應(yīng)力。2壓應(yīng)力壓縮力導(dǎo)致構(gòu)件橫截面上產(chǎn)生壓應(yīng)力。軸向受力構(gòu)件1定義承受軸向拉力或壓力2分析方法應(yīng)力、應(yīng)變、位移3應(yīng)用場景橋梁、建筑物、機(jī)械橫截面受剪力1剪應(yīng)力材料內(nèi)部抵抗變形趨勢(shì)的內(nèi)力2剪力作用在橫截面上3剪切變形橫截面發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)探討薄壁構(gòu)件薄壁構(gòu)件是指壁厚遠(yuǎn)小于其其他尺寸的構(gòu)件，例如飛機(jī)機(jī)身、汽車車身等。由于薄壁構(gòu)件的形狀復(fù)雜、截面變化大，使得其力學(xué)行為更加復(fù)雜，需要考慮薄壁構(gòu)件的彎曲、剪切、扭轉(zhuǎn)等多種變形形式，以及相應(yīng)的應(yīng)力分布和穩(wěn)定性問題。彎曲應(yīng)力分析1彎曲應(yīng)力定義當(dāng)構(gòu)件受到外力作用而發(fā)生彎曲變形時(shí)，構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力稱為彎曲應(yīng)力。2彎曲應(yīng)力計(jì)算彎曲應(yīng)力可以通過彎矩和截面幾何形狀計(jì)算，公式為：σ=M/Z，其中Z為截面模量。3彎曲應(yīng)力分布彎曲應(yīng)力在截面上呈線性分布，最大值出現(xiàn)在離中性軸最遠(yuǎn)的位置。材料變形彈性變形在應(yīng)力去除后恢復(fù)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(huì)造成永久性損傷。塑性變形在應(yīng)力去除后無法恢復(fù)到原始形狀的變形。這種變形是不可逆的，材料會(huì)發(fā)生永久性形狀改變。塑性變形通常發(fā)生在材料達(dá)到屈服強(qiáng)度之后。斷裂材料由于應(yīng)力超過其強(qiáng)度而發(fā)生破壞。斷裂通常發(fā)生在材料達(dá)到抗拉強(qiáng)度之后，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效。剪力-彎矩圖繪制剪力圖剪力圖表示結(jié)構(gòu)中每個(gè)截面上剪力的變化情況。彎矩圖彎矩圖表示結(jié)構(gòu)中每個(gè)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(yīng)用繪制剪力-彎矩圖有助于理解結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析屈曲結(jié)構(gòu)在承受荷載時(shí)，可能發(fā)生突然的變形，導(dǎo)致失去承載能力，這種現(xiàn)象被稱為屈曲。穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是指結(jié)構(gòu)在承受荷載時(shí)，能夠保持其原有形狀的能力。影響因素結(jié)構(gòu)的幾何形狀、材料性能、邊界條件和荷載類型都會(huì)影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)冗余性分析靜定結(jié)構(gòu)靜定結(jié)構(gòu)是指結(jié)構(gòu)中所有未知力都可以用平衡方程求解的結(jié)構(gòu)。它們通常更簡單，但可能缺乏冗余性。超靜定結(jié)構(gòu)超靜定結(jié)構(gòu)是指結(jié)構(gòu)中未知力多于平衡方程的結(jié)構(gòu)。它們更復(fù)雜，但具有更高的冗余性，可以承受更大的荷載。結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)通過結(jié)構(gòu)力學(xué)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以驗(yàn)證理論知識(shí)，并深入理解結(jié)構(gòu)的行為。常見的實(shí)驗(yàn)包括：梁的彎曲實(shí)驗(yàn)，柱的壓縮實(shí)驗(yàn)，板的彎曲實(shí)驗(yàn)，桁架的受力實(shí)驗(yàn)等。靜定結(jié)構(gòu)分析1結(jié)構(gòu)類型靜定結(jié)構(gòu)是指結(jié)構(gòu)中所有未知力可以由平衡方程直接求解的結(jié)構(gòu)。2分析方法靜定結(jié)構(gòu)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(yīng)用場景靜定結(jié)構(gòu)分析廣泛應(yīng)用于各種工程領(lǐng)域，包括橋梁，房屋，塔架等。超靜定結(jié)構(gòu)分析1基本概念確定結(jié)構(gòu)體系的靜力學(xué)計(jì)算方法2求解方法力法、位移法等3應(yīng)用場景多跨梁、框架、拱橋等結(jié)構(gòu)荷載作用分析靜荷載長時(shí)間作用于結(jié)構(gòu)的荷載，例如建筑物的自重、固定設(shè)備的重量等?；詈奢d隨時(shí)間變化而變化的荷載，例如人員、家具、車輛等產(chǎn)生的荷載。風(fēng)荷載風(fēng)力對(duì)建筑物產(chǎn)生的荷載，受風(fēng)速和建筑物形狀影響。地震荷載地震產(chǎn)生的慣性力和沖擊力對(duì)結(jié)構(gòu)的荷載，受震級(jí)和建筑物位置影響。桁架結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)具有剛度，并能有效地將荷載傳遞到支撐點(diǎn)。2靜力分析使用靜力學(xué)原理來分析桁架結(jié)構(gòu)中的力，包括節(jié)點(diǎn)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(jié)構(gòu)的方法，力法基于力的平衡，而位移法基于位移和變形的關(guān)系。4有限元方法有限元方法是更先進(jìn)的分析方法，將結(jié)構(gòu)分解為小的單元，并通過數(shù)值模擬計(jì)算來分析桁架的受力情況?？蚣芙Y(jié)構(gòu)分析1靜力分析結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)2動(dòng)力分析結(jié)構(gòu)振動(dòng)3穩(wěn)定性分析結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性薄壁構(gòu)件分析應(yīng)力集中薄壁構(gòu)件在孔洞、尖角等部位容易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。屈曲失效薄壁構(gòu)件在承受壓力時(shí)容易發(fā)生屈曲失效，導(dǎo)致強(qiáng)度下降。穩(wěn)定性分析需要考慮薄壁構(gòu)件的穩(wěn)定性，以防止其發(fā)生屈曲或失穩(wěn)。計(jì)算方法通常采用有限元方法等數(shù)值方法進(jìn)行薄壁構(gòu)件的應(yīng)力分析。交錯(cuò)結(jié)構(gòu)分析定義與類型交錯(cuò)結(jié)構(gòu)是一種以交錯(cuò)方式排列的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，常見于建筑、橋梁和船舶等領(lǐng)域。力學(xué)分析分析交錯(cuò)結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為，包括應(yīng)力、應(yīng)變、位移和穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)與優(yōu)化根據(jù)結(jié)構(gòu)荷載和性能要求，設(shè)計(jì)和優(yōu)化交錯(cuò)結(jié)構(gòu)，以確保其安全性和效率。應(yīng)用案例介紹交錯(cuò)結(jié)構(gòu)在實(shí)際工程中的應(yīng)用案例，如高層建筑、大型橋梁和船體結(jié)構(gòu)?；炷两Y(jié)構(gòu)分析1抗壓強(qiáng)度混凝土的抗壓強(qiáng)度是其最主要的力學(xué)性能之一2抗拉強(qiáng)度混凝土的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于其抗壓強(qiáng)度3抗剪強(qiáng)度混凝土的抗剪強(qiáng)度也是其重要的力學(xué)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(jié)構(gòu)分析是結(jié)構(gòu)力學(xué)的重要組成部分，它涉及對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為進(jìn)行分析和評(píng)估。混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能包括抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度和彈性模量等。其中，抗壓強(qiáng)度是其最主要的力學(xué)性能之一，而抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度則相對(duì)較低。鋼結(jié)構(gòu)分析1材料特性鋼材具有高強(qiáng)度、韌性、可塑性和良好的焊接性能，使其成為建筑結(jié)構(gòu)的理想選擇。2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮鋼材的力學(xué)性能、結(jié)構(gòu)形式、荷載條件和施工工藝等因素。3結(jié)構(gòu)分析使用有限元分析等方法對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，確保其滿足安全性和可靠性要求。4施工建造鋼結(jié)構(gòu)的施工通常采用工廠預(yù)制、現(xiàn)場拼裝的方式，提高效率和質(zhì)量。木結(jié)構(gòu)分析1木材特性強(qiáng)度、剛度、耐久性2結(jié)構(gòu)類型梁、柱、桁架3連接方式榫卯、螺栓、釘子4抗震設(shè)計(jì)抗震性能評(píng)估復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析復(fù)合材料的種類常見的復(fù)合材料包括玻璃纖維增強(qiáng)塑料、碳纖維增強(qiáng)塑料和樹脂基復(fù)合材料。復(fù)合材料的力學(xué)性能復(fù)合材料的力學(xué)性能受材料的種類、纖維的排列方式和基體的性質(zhì)影響。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)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(xué)理論。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的應(yīng)用復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、建筑等領(lǐng)域。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)踐1理論到實(shí)踐將所學(xué)理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過案例分析和實(shí)踐操作，提升解決實(shí)際工程問題的能力。2設(shè)計(jì)流程與規(guī)范學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程，掌握相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，為工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)提供專業(yè)指導(dǎo)。3軟件應(yīng)用