《课件概念结构力学》课件

《经典课件概念结构力学》课程概述本课程致力于深入讲解经典的结构力学理论知识,包括材料特性、变形与应力分析、力学问题求解等重要概念通过生动生动的案例分析,帮助学生全面掌握结构力学的关键原理与应用方法作者M M课程目标及学习重点掌握结构力学的基本知学习经典结构件的应力12识分析包括内力和外力、静力平衡、如梁、柱、刚架等常见结构的截面特性等基础概念受力分析方法掌握有限元分析的基本提升结构设计的能力34原理通过掌握结构力学知识,为日后了解有限元建模和分析流程,以的设计工作打下坚实基础及在工程实践中的应用力学基础知识回顾力和力矩基本定律几何量物理量复习力的定义及其表达形式回顾牛顿三大定律,理解质量、复习长度、面积、体积等基本回顾力学中常见的物理量,如了解力矩的概念及其与力的关加速度和力之间的关系掌握几何量的概念及其测量方法位移、速度、加速度、应力、系静力平衡的基本条件了解向量及其运算应变等的定义和单位内力和外力内力外力内力指结构或构件内部产生的力,外力指作用于结构或构件外表面如拉力、压力、剪力和弯矩这的力,如重力、风载、雪载等外些内力随结构的受力状态和形变力的大小和方向可能随时间而变而变化化内外力的关系内力和外力是相互作用的,内力是结构对外力的反作用,外力推动内力的产生和变化这种相互作用符合作用力和反作用力的物理定律静力平衡条件力的平衡1施加在物体上的所有外力之和必须为0力矩的平衡2物体周围所有力矩之和必须为0支座反力3支座提供的反作用力满足平衡条件静力平衡条件是确保物体处于平衡状态的三个必要条件它们确保所有作用在物体上的力和力矩相互抵消,保证物体不会发生位移或旋转这些条件是结构力学分析的基础,是设计和分析各种建筑和机械结构的关键平面截面基本假定截面保平面截面应力分布截面应变分布在受力作用下，截面保持平面并保持垂直于平面截面上的法向应力和剪应力分布遵循线截面上的应变也服从线性分布根据应变与梁轴线的假定这是结构力学分析的基础假性关系这可以简化应力分析过程应力的关系，可以推导出应力分布设之一正应力和切应力正应力切应力应力应变关系正应力是垂直于截面的应力分量,即沿着面切应力是平行于截面的应力分量,它表示物正应力产生轴向应变,切应力产生剪应变法线方向的应力它代表着物体受到的压缩体受到的剪切力,会造成物体的扭转或滑动两者遵循相应的应力应变关系,构成结构分或拉伸力析的基础应力应变关系应力定义应变定义弹性关系塑性关系应力是物体内部分子之间作用应变是物体受力后发生的形变,在弹性范围内,应力与应变成超出弹性范围后,物体进入塑的力,表示为力与面积的比值,表示为长度变化量与原长的比正比例关系,比例常数称为弹性状态,应力与应变的关系变单位为牛顿/平方米N/m²或值,是无量纲的性模量或杨氏模量得复杂,需要引入屈服强度等帕斯卡Pa参数进行分析结构概念结构系统结构简单化12结构由连接在一起的构件组成设计时会将实际复杂结构简化的整体系统,可承担各种载荷作为更易分析的理想结构模型用载荷作用受力分析34结构要根据预期的各种载荷作通过受力分析可计算出结构各用进行设计,包括重力、风荷载部位的内力和应力状态等梁的基本形式梁是一种常见的结构构件,其基本形式主要包括简支梁、悬臂梁和连续梁三种每种梁型在使用场景、受力特点和设计方法上都存在差异简支梁两端受限且承受集中力作用,应力分布相对简单;悬臂梁一端固定另一端自由,常用于平衡和悬挑结构;连续梁跨越多个支座,受力更为复杂但更具整体性梁的支座和荷载分析支座1简支、固支、简固支等不同支座类型荷载2均布、集中、组合等不同荷载形式作用组合3支座类型和荷载形式的组合分析梁结构的受力分析需要充分考虑支座的类型和荷载的形式不同的支座类型如简支、固支、简固支等会影响梁的内力分布,而均布荷载、集中荷载或组合荷载也会导致不同的受力状态因此需要综合考虑支座和荷载的相互作用,以确定梁的应力受力情况弯矩和剪力曲线在结构分析中，弯矩和剪力曲线是非常重要的分析工具弯矩曲线描述了结构中各点的弯矩变化情况，而剪力曲线则反映了各点的剪力变化规律这两种曲线可以帮助工程师全面掌握结构的受力状态，为结构设计和优化提供关键依据在课程中，我们将深入学习如何绘制和分析这两种曲线，了解它们之间的内在关系这将为后续分析各类梁和柱的应力状态奠定基础简支梁的应力分析受力分析切应力分析简支梁通常受到均布荷载和集中荷载的作用我们需要分析梁的受力情况,除了正应力,我们还需要分析简支梁中的切应力分布切应力会引起横向变确定关键位置的弯矩和剪力形和剪切应变123正应力分析根据平面截面基本假定,可以计算出简支梁顶部和底部的正应力分布这些正应力会导致拉伸和压缩应变悬臂梁的应力分析确定受力情况分析悬臂梁在各种荷载作用下的受力状况,包括剪力、弯矩等内力分布根据应力公式计算利用公式计算悬臂梁各截面的正应力和切应力,确定最大应力值分析应力分布情况绘制应力分布图,了解不同部位的应力状态,为结构设计提供依据考虑安全因素将计算得到的应力值与材料强度进行对比,确保结构具有足够的安全裕度连续梁的应力分析支座力分析确定各支座的反力大小和方向是连续梁应力分析的第一步通过力和力矩平衡方程可得出支座反力弯矩和剪力分析利用支座反力计算梁各截面的弯矩和剪力这些内力是进一步确定应力分布的基础正应力和切应力分析根据弯矩和剪力作用,采用平面截面基本假定计算各截面的正应力和切应力这样就可以得到连续梁的完整应力状态柱的应力分析应力分析的重要性1柱是构建结构的关键部件之一,因此对柱体的应力分析至关重要,对确保结构的安全性和稳定性起着关键作用应力分析的步骤2首先计算柱体承受的轴向力,然后根据作用的荷载评估柱体的弯曲应力和剪应力,最终得出柱体的总应力应力分析的方法3常用的应力分析方法包括手算法和有限元法,前者适用于简单结构,后者适用于复杂结构两种方法互为补充,可以深入分析柱体的应力状态轴向载荷下柱的承载力1000倍设计荷载正常柱承受的最大轴向力65%承载力降低率长细比提高时柱承载力的下降百分比500MPa极限抗压强度优质钢材的最高压缩强度柱承受的轴向力不能超过其承载力承载力受柱子长细比、材料强度和其他因素影响长细比越大,承载力越低采用高强度材料可以提高承载力但即使对于短柱,其承载力也不能无限提高,存在极限抗压强度偏心载荷下柱的承载力在柱受到偏心垂直荷载的情况下，在柱的截面上会同时产生正应力和弯矩应力正应力和弯矩应力的组合会降低柱的承载能力偏心因素e承载力降低程度e=0中心载荷无衰减0e≤

0.2h稍有降低

0.2he≤

0.4h明显降低e

0.4h严重降低偏心度大的柱需要采取加大截面积或配置托架等加强措施来提高承载能力刚架的受力分析内力分析静力平衡变形分析应力分析通过合理分析刚架结构中的轴运用静力平衡条件,确保整个刚评估刚架结构在荷载作用下的计算刚架结构中各构件的应力力、剪力和弯矩,准确掌握结构架结构处于稳定平衡状态位移和变形情况,确保结构具有水平,确保材料强度满足设计要受力情况足够的刚度求刚架设计和分析受力分析1确定结构元件承受的内力及其分布情况截面选择2根据受力情况选择合适的截面尺寸钢筋配置3合理布置钢筋以承担内力构造详图4完成整体结构的详细设计图纸刚架作为一种重要的结构形式,其设计和分析是结构力学的重点内容主要包括对刚架的受力分析、合理选择截面尺寸、合理配置钢筋等步骤,最终得出完整的构造详图这个过程需要运用各种力学理论和分析方法,确保刚架具有足够的承载能力和安全性双曲线形桁架的应力分析几何特点1双曲线形桁架采用双曲线形成的几何形式，具有独特的视觉效果荷载分散2双曲线的曲线特征能够更好地分散荷载，提高整体结构的承载能力受力分析3需要运用复杂的数学模型进行应力分析，确保结构安全稳定设计优化4通过对双曲线参数的调整,可以实现桁架结构的优化设计双曲线形桁架是一种特殊的桁架结构形式,具有独特的几何特点和受力特性它能够更好地分散荷载,提高整体结构的承载能力但同时也需要运用复杂的数学模型进行应力分析,确保结构安全稳定通过对双曲线参数的优化设计,可以进一步提高双曲线桁架的性能三角形桁架的受力分析力受力分析1三角形桁架由一组构件组成,每个构件受到轴向拉压力作用通过力的平衡分析可以确定每个构件的作用力内力确定2三角形桁架的内力包括轴向拉压力、弯曲力矩和剪力通过构架分析可以计算出每个部位的内力应力计算3根据内力和构件截面特性,可以确定每个部位的正应力和切应力这些应力的大小是设计时的关键依据托梁和悬臂梁的设计荷载分析1确定托梁和悬臂梁受力情况截面尺寸选择2根据最大应力和变形要求确定截面应力检查3验算截面的抗弯、抗剪和正切应力变形控制4确保梁体变形满足使用要求托梁和悬臂梁的设计需要综合考虑荷载分布、应力分析和变形控制等因素首先要对荷载情况进行详细分析,确定受力分布规律接着根据允许应力和最大变形要求选择合适的截面尺寸最后需要对截面进行完整的应力检查,确保其能够安全承载工作荷载有限元分析基本概念模拟现实世界细分结构有限元分析能通过数学模型模拟将复杂结构划分成许多小元素,通复杂的工程问题,帮助工程师预测过数值计算得出整体的应力、变结构的行为和性能形等信息灵活性强提高设计质量可应用于各种形状和载荷条件下有限元分析可以帮助工程师优化的结构分析,是工程设计的强大工设计,提高产品性能和可靠性具有限元建模与分析步骤几何建模1建立结构的几何模型网格划分2将几何模型划分为有限个单元材料属性定义3设置材料的力学特性荷载和边界条件4确定作用于结构的载荷和支持条件求解和后处理5执行计算并分析结果有限元分析流程包括几何建模、网格划分、材料属性定义、施加荷载和边界条件、以及最后的求解和结果后处理这些步骤共同确保了有限元分析的准确性和有效性有限元分析在工程中的应用结构分析与设计产品开发与优化工艺过程模拟有限元分析广泛应用于工程结构的分析和设通过有限元分析,可以在产品开发过程中模有限元分析可用于模拟金属成型、塑料注塑计优化,包括建筑、桥梁、机械等领域,有助拟材料、荷载、接触等复杂因素,优化产品等复杂工艺过程,有助于优化工艺参数,减少于预测结构在载荷作用下的应力、变形和稳设计,提高产品性能和可靠性试错次数,提高生产效率定性课程总结理解经典力学概念掌握结构分析方法12学习了平面截面基本假定、内学会对梁、柱、刚架等典型结力和外力、静力平衡等基础力构进行应力分析和承载力计算学知识了解有限元分析技术具备解决实际问题能力34学习有限元分析的基本概念和将所学知识应用于实际工程设在工程中的应用计和分析中问题探讨和交流作为课程的最后一部分,我们将开放式地讨论学习中遇到的问题和疑惑这是一个互动交流的环节,学生可以提出自己对于课程内容、实际应用等方面的疑问,老师将耐心解答并与大家一起探讨同时,我们也欢迎大家分享自己在学习过程中的心得体会,相互交流,相互启发,共同提高通过这样的互动交流,不仅可以加深对课程知识的理解,更可以培养同学们独立思考和交流表达的能力我们希望通过这个环节,让同学们对构造力学这一门学科有更加全面和深入的认知,为后续的学习和实践打下坚实的基础。