第13章 矩阵位移法
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矩阵位移法基本流程矩阵位移法呀,那可真是个挺有趣的东西呢。
一、基本概念先搞清楚。
矩阵位移法其实就是一种分析结构力学问题的方法啦。
就好像我们要去一个地方,得先知道那个地方大概是什么样的概念一样。
在结构里呢,我们要知道节点,这节点就像是人的关节一样,各个部分都是通过它来连接的。
还有单元,单元就好比是人的胳膊腿这些部分,是结构的组成部分。
我们通过对这些节点和单元的分析,就能搞清楚整个结构的受力情况啦。
二、单元刚度矩阵的建立。
这单元刚度矩阵可重要啦。
你想啊,每个单元都有它自己的特性,就像不同的人有不同的力气一样。
我们要根据单元的长度、截面特性还有材料的弹性模量这些东西来确定这个单元刚度矩阵。
这个过程就像是在给每个单元做一个身份鉴定,看看它到底有多“强壮”,能承受多大的力,在受力的时候会有什么样的变形。
这可不是个简单的事儿,得一步一步来,就像拼拼图一样,每个小部分都得准确无误。
三、结构刚度矩阵的组装。
好啦,单元刚度矩阵搞定之后呢,我们就要把这些小单元组合成整个结构啦。
这就像搭积木一样,把各个单元按照结构的样子拼起来。
这个时候就会形成结构刚度矩阵。
这个矩阵就像是整个结构的一个总特征描述。
它能反映出整个结构在受到外力的时候会有什么样的反应。
不过呢,这个组装过程也得小心,就像搭积木的时候不能搭歪了一样,要按照正确的规则来进行组装,不然整个结构的分析可就全错啦。
四、荷载向量的确定。
结构上是有荷载的呀,就像人会背着东西一样。
我们得把这些荷载整理成一个荷载向量。
这荷载可能是集中力,也像有人在一个点上用力推;也可能是分布力,就像是有均匀的压力压在结构上。
我们要把这些力都准确地表示出来,这样才能进一步分析结构在这些力的作用下会有什么样的变形和受力情况。
五、求解位移。
现在呢,我们有了结构刚度矩阵和荷载向量,就可以求解位移啦。
这个过程就像是在解一个谜题一样。
通过一定的数学方法,我们可以算出节点的位移。
这个位移可是很关键的哦,它能告诉我们结构在受力之后哪里会动,动多少。
矩阵位移法解法步骤解:1)、单元及结点位移分量统一编码单元及结点位移分量编码、整体坐标系如图所示,局部坐标系横轴正向在各单元上标出。
注:编结点位移分量总码时,后处理法和先处理法有区别:采用后处理法编码时暂不考虑边界条件对支座处位移分量的限制,皆视为一般情形处理;采用先处理法时,对已知为零的位移分量总是以零编码。
对于连接于铰结点的杆端编码时,线位移采用同码,而角位移异码。
2)、形成局部坐标中单元刚度矩阵 k e:首先,计算各单元杆件的几何特征:⋯ ⋯各单元的单元刚度矩阵如下:单元①: ⋯ ⋯3)、形成整体坐标中单元刚度矩阵:(计算公式: k e = T T ke T ) 整体坐标系中的各单元刚度矩阵转换如下:单元①: ⋯ ⋯4)、集成整体刚度矩阵 K (单元集成法或直接刚度法):首先,由各单元的局部码与总码的对应关系写出各单元的定位向量如下:λ e = ⋯ ⋯ T其次,将各单元刚度矩阵 k e 按其定位向量 λ e 在整体刚度矩阵 K 中定位并累加 得整体刚度矩阵如下:K =(⋯ ⋯)5)、计算综合等效结点荷载向量 F P :①、计算局部坐标系中各杆件单元的固端力向量:F P e =(F N1F ,F Q1F ,M 1F ,F N2F ,F Q2F ,M 2F )T ②、转换整体坐标系中各杆件单元的固端力向量:{F P }e =(F x1F ,F y1F ,M 1F ,F x2F ,F y2F ,M 2F )T ③、将各杆件单元的固端力反其指向,并按其定位向量 λ e 在综合等效结点荷载向量 F P 定位并累加,得综合等效结点荷载向量如下:F P = ⋯ ⋯ T6)、计入边界条件条件,写出刚度方程并解之:刚度方程: K Δ = F P采用后处理法时,对已知为零的结点位移,在整体刚度矩阵 K 中将其所对应行列的主元素记为1,其余都变为零,然后写出刚度方程,解之。
采用先处理法时,由于在进行位移分量编码时已考虑边界条件,因而无须再计入,只写出刚度方程求解即可。