结构力学求解器学习报告

基于结构力学求解器应用的研究进展摘要：本文对结构力学求解器在工程实例以及教学方面的应用进行总结。

通过应用结构力学求解器既可以弥补力学学科教学中繁杂难以求解的超静定问题，又可以节约工程中验算的时间和减少误差。

结构力学求解器的应用即可以调动学生学习的积极性又可以提高工作人员对结构复杂和荷载条件复杂工程的处理能力。

关键词：工程实例；结构力学求解器；学科教学；复杂工程1引言结构力学是土木工程专业一门重要的专业基础课，有承上启下的作用，既与前期的理论力学、材料力学一脉相承，又与后期的混凝土、钢结构、PKPM等专业课程密不可分。

结构力学的内容不好理解，理论的东西都很抽象，计算量复杂，计算结果也不能直观的表达。

而且结构力学不设置实验课，理解起来更加晦涩。

不仅让学生在学习中产生负面心理，还会影响教师的教学质量。

为了缓解这一情况，许多老师将结构力学求解器引入课堂，通过求解器进行数字建模，生动形象的显示出力学原理，这不仅可以调动学生的积极性，也增加了课堂的趣味性。

结构力学求解器不仅限于在学校使用，也可以在工程建设中帮助设计人员校核数据，模拟受力情况等。

本文通过具体事例，详细说明结构力学求解器的应用对我们学习和工作带来的深远影响。

2结构力学求解器的介绍结构力学求解器［1］Structural Mechanics Solver，简称SM Solver（下文简称为求解器）是由清华大学研制的一款简单实用且功能强大的计算机辅助分析计算软件，可以精确求解结构力学课程中所涉及的全部问题，操作使用不仅方便还非常简单，用户在使用时只需要输入对应的数据，软件就会立即根据这些数据建立一个符合条件的二维结构模型。

这款软件主要是为教师、学生及工程技术人员所设计的。

教师可以使用它进行拟题、改题等方面的使用，而学生可以用来做题、解题和研习；工程人员主要用来设计、计算等方面。

结构力学求解器看似小巧简约、简朴平实，实则方便快捷、功能强大，可以解决一些几何组成、静定、位移、内力、影响线、自由振动等经典结构力学中所涉及的问题，拥有自助求解和智能求解两种方式。

计算结构力学读书报告在解决平面问题时，我们可以采用有限元的方法来分析。

有限元法的物理实质是：把一个连续体近似的用有限个在节点处相连接的单元组成的组合体来代替，从而把连续体的分析转化为单元分析加上对这些单元组合的分析问题。

有限元和计算机的结合，产生了巨大的威力，应用范围很快从简单的杆、板结构推广到复杂的空间组合结构，是过去不可能进行的一些大型复杂结构的静力分析变成常规的计算，固体力学中的动力问题和各种非线性问题也有了各种相应的解决途径。

有限元法的基本作法，首先是对求解的区域进行离散化，即把具有无限多个自由度的连续体划为有限多个自由度的结构体。

其次，选择一个表示单元内任意点位移随位置变化的函数式，并且按照函数插值理论，将单元内任意点的位移通过一定的函数关系用节点位移表示。

随后则从分析单个单元入手，利用变分原理建立单元方程，接着将所有的单元集合起来，并与节点上的外荷载想联系，进行整体分析，得到一组以节点位移为未知量的多元线性代数方程，引入位移边界条件以后进行求解。

解出节点位移，再根据弹性力学集合方程计算出单元的应变和应力。

总结起来，用有限元法分析问题的主要步骤：（1）求解区域或者结构的离散化（2）选择位移模式（3）推导单元刚度方程（4）集合单元刚度方程，形成有限元法的基本方程（即总体刚度方程）（5）求解方程，得到节点位移（6）由节点位移计算单元的应变和应力下面举一个平面问题来讨论如图所示的一个平面薄板，利用计算结构力学的方法来求解。

设该薄板是边长为1m的正方形，E=1kN/m2，u=0,t=1m,划分为1,2两个单元，可以得到每个单元的局部坐标：对单元① 1（0,0）2（1,0）3（0,1）对单元② 1（1,0）2（1,1）3（0,1）KeBT10 D B t ，0.5，故可以求出B = 10 1 11000010011 01Eu D 21 uu100 ，故可以求得D 1 u2 1 0 00***** 1 1 20 0 1 2 *****1 *****1 *****0 2 0 0 0 2KeBTD B t ，故可以求得K13 1 1 24 1 1 0同理可以求出单元②1 0 1 1 4 1 0 1020 2001031 2 11 2130 100 20201 0 1 1 0 1K2将局部坐标转化为整体坐标，形成总体刚度矩阵3 1 1 1 0K4 2 1 0 013 1 20 1001 ***** 200 ***** 1 1***** 1 11 ***** 200 2 1 10310 0 11 2 1 3求出总体刚度矩阵后，引入约束条件，可以解出各节点的位移。

结构力学求解器重要知识点看结构力学书了解：自振频率、几何构造（怎样判断多余约束数与自由度）。

1、输入数值时（如刚度等），可用科学记数法输入：如1.25e52、自己学习时，可打开“入门向导.inp”文件，其中包含两个例题及创建该例题的详细的操作步骤。

可按其注释说明进行同样的操作。

3、变量定义，如L=6，H=L/2，可方便后续的数值的输入4、删除命令后，可按ctrl+z撤消5、荷载条件中，均布荷载沿杆轴通用，沿水平则是均布荷载水平分布（不能在竖直杆上分布），沿竖直是均布荷载竖直分布（不能在水平杆上分布）。

6、0.4*0.6**3/12=（0.4*0.63）/127、自振频率参数,10,1,0.00000005？8、修改命令：调用对话框以修改当前光标所在的命令行；9、一下命令在编辑菜单中：复原：使用该命令，可以取消上一次所做的编辑，如果无编辑操作，则该命令无法使用；删除：从文档中删除选定的文本，但不将删除的文本放到剪贴板中；查找：使用该命令，可以在活动文档中搜索指定的文字；查找下一个：不需要打开“查找”对话框即可重复前一个搜索动作，若选择该命令前未使用“查找”命令，则该命令无法使用；全选：使用该命令，可以选定整个文档；10、以下命令在命令菜单中：尺寸线：打开尺寸线命令对话框，输入尺寸线定义相关的参数（可在“标注值”输入单位，如：2m）；文本：可在观览器上输入文字或公式；全文翻译：将所有命令的关键词转换成选中的语言（简体中文、英文）。

11、观览器命令：单步显示：根据设计文档，逐行（命令行）显示当前问题的结构图形；停止单步显示：在单步显示按钮按下后，位于工具栏的最右方的该按钮将由灰变亮，可用于中段单步显示；连续显示：根据设计文档，一次性地将当前问题地整个结构图画出；暂停显示：使用该命令，可以暂时中断结构图形的显示；定制结点码、单元码：命令-定制编码-标注-定制结点码、单元码杆件内力图划分段数：可以确定绘制杆件内力图、变形图时的数据点数，数据点的采集首先保证取到图形的关键点。

结构力学求解器实验报告实验一平面体系的几何构造分析一、实验目的1、了解结点，单元，约束，荷载等基本概念；2、学习并掌握计算模型的输入方法；3、建立任意体系的计算模型并做几何组成分析。

二、实验要求：1、学生按照例题所给尺寸建立桁架模型；2、实验报告的实验结果部分需包含：输入的数据文件、输出结果。

1、图形2、数据结点,1,0_m,0_m结点,2,2_m,0_m结点,3,4_m,0_m结点,4,7_m,0_m结点,5,9_m,0_m结点,6,11_m,0_m结点,7,0_m,1_m结点,8,1_m,1.2_m结点,9,2_m,1.2_m结点,10,4_m,1.8_m 结点,11,4_m,3_m结点,12,5.5_m,2.1_m 结点,13,7_m,1.8_m 结点,14,5.5_m,3.5_m 结点,15,7_m,3_m结点,16,9_m,1.2_m 结点,17,10_m,1.2_m 结点,18,11_m,1_m结点支承,1,4,0,0,0 结点支承,2,4,0,0,0 结点支承,3,4,0,0,0结点支承,4,4,0,0,0结点支承,5,4,0,0,0结点支承,6,4,0,0,0单元,1,7,1,1,0,1,1,0单元,7,8,1,1,0,1,1,0单元,8,10,1,1,0,1,1,1单元,10,12,1,1,1,1,1,0单元,2,9,1,1,0,1,1,0单元,3,10,1,1,0,1,1,0单元,10,11,1,1,0,1,1,1单元,11,14,1,1,1,1,1,0单元,14,15,1,1,0,1,1,1单元,12,13,1,1,0,1,1,1单元,13,17,1,1,1,1,1,0单元,4,13,1,1,0,1,1,0单元,15,13,1,1,1,1,1,0单元,5,16,1,1,0,1,1,0单元,18,17,1,1,0,1,1,0单元,6,18,1,1,0,1,1,0单元材料性质,1,16,1000,10000,0,0,-13、分析将大地看成一刚片，记为刚片0杆件 (5) 有刚体位移结论:为无多余约束的几何常变体系。

结构力学上机实验报告专业交通土建班级2班学号0901110210姓名陆涛2011 年12 月27 日一、用求解器进行平面体系几何构造分析报告中应包括以下内容：求解过程命令文档分析结果求解过程：TITLE,求几何构造分析结点,1,0,0结点,2,1,0结点,3,2,0结点,4,2,1结点,5,2,2结点,6,1,1单元,1,2,1,1,0,1,1,0单元,2,3,1,1,0,1,1,0单元,3,4,1,1,0,1,1,0单元,4,5,1,1,0,1,1,0单元,5,6,1,1,0,1,1,0单元,6,1,1,1,0,1,1,0单元,6,2,1,1,0,1,1,0单元,2,4,1,1,0,1,1,0单元,4,6,1,1,0,1,1,0结点支承,1,2,-90,0,0结点支承,3,1,0,0结点支承,5,1,90,0END将大地看成一刚片，记为刚片0刚片 1 由以下杆件构成：(1) (6) (7) (8) (9) (4) (5) (2) (3) 刚片0 1 可并为一大刚片，命为刚片0结论：为有多余约束的几何不变体系，结构多余约束数：1 ,自由度数：0二、用求解器确定截面单杆报告中应包括以下内容：求解过程命令文档结果（图）TITLE,求截面单杆结点,1,0,0结点,2,1,0结点,3,2,0结点,4,3,0结点,5,4,0结点,6,3,-1结点,7,1,-1单元,1,2,1,1,0,1,1,0 单元,2,3,1,1,0,1,1,0 单元,3,4,1,1,0,1,1,0 单元,4,5,1,1,0,1,1,0 单元,5,6,1,1,0,1,1,0 单元,6,7,1,1,0,1,1,0 单元,7,1,1,1,0,1,1,0 单元,2,7,1,1,0,1,1,0 单元,4,6,1,1,0,1,1,0 单元,6,3,1,1,0,1,1,0 单元,3,7,1,1,0,1,1,0 结点支承,1,2,-90,0,0 结点支承,5,1,0,0结点荷载,2,1,1,-90 结点荷载,3,1,1,-90 结点荷载,4,1,1,-90END三、用求解器求解静定结构报告中应包括以下内容：求解过程命令文档结果（内力图）结点,1,0,0结点,2,2,0结点,3,4,0结点,4,6,0结点,5,8,0结点,6,6,-2结点,7,2,-2单元,1,2,1,1,0,1,1,1 单元,2,3,1,1,1,1,1,0 单元,3,4,1,1,0,1,1,1 单元,4,5,1,1,1,1,1,0 单元,5,6,1,1,0,1,1,0 单元,6,7,1,1,0,1,1,0 单元,7,1,1,1,0,1,1,0 单元,2,7,1,1,0,1,1,0 单元,4,6,1,1,0,1,1,0 结点支承,1,2,-90,0,0 结点支承,5,1,0,0单元荷载,1,3,1,0,1,90 单元荷载,2,3,1,0,1,90 单元荷载,3,3,1,0,1,90 单元荷载,4,3,1,0,1,90END四、用求解器计算结构的影响线报告中应包括以下内容：求解过程命令文档结果（内力图）TITLE,求影响线结点,1,0,0结点,2,1,0结点,3,4,0结点,4,5,0结点,5,8,0结点,6,9,0结点,7,11,0结点,8,13,0结点,9,14,0单元,1,2,0,0,0,1,1,1单元,2,3,1,1,1,1,1,1单元,3,4,1,1,1,1,1,1单元,4,5,1,1,1,1,1,0单元,5,6,1,1,0,1,1,1单元,6,7,1,1,1,1,1,0单元,7,8,1,1,0,1,1,1单元,8,9,1,1,1,1,1,1结点支承,2,3,0,0,0结点支承,4,1,0,0结点支承,6,1,0,0结点支承,8,1,0,0影响线参数,-2,2,1/2,2END五、用求解器计算两层两跨刚架结构已知：结构尺寸，荷载（见图中）梁截面：mm⨯=hb700250⨯报告中应包括以下内容：求解过程命令文档结果（内力图、位移图）结点,1,0,0结点,2,0,4.2结点,3,0,7.8结点,4,6,7.8结点,5,6,4.2结点,6,6,0结点,7,12,4.2结点,8,12,0单元,1,2,1,1,1,1,1,1单元,2,3,1,1,1,1,1,1单元,3,4,1,1,1,1,1,1单元,4,5,1,1,1,1,1,1单元,5,6,1,1,1,1,1,1单元,2,5,1,1,1,1,1,1单元,5,7,1,1,1,1,1,1单元,7,8,1,1,1,1,1,1结点支承,1,6,0,0,0,0结点支承,6,6,0,0,0,0结点支承,8,6,0,0,0,0单元荷载,3,3,15,0,1,90单元荷载,6,3,20,0,1,90单元荷载,7,3,20,0,1,90结点荷载,3,1,80,0结点荷载,2,1,50,0单元材料性质,3,3,350000,14291667,0,0,-1 单元材料性质,6,6,350000,14291667,0,0,-1 单元材料性质,1,2,420000,12600000,0,0,-1 单元材料性质,4,5,420000,12600000,0,0,-1 单元材料性质,8,8,420000,12600000,0,0,-1 单元材料性质,7,7,350000,14291667,0,0,-1。

《结构动力学》读书报告结构动力学读书报告学习完本门课程和结合自身所学专业，我对本门课程内容的理解和在各方面的应用总结如下：1.（1）结构动力学及其研究内容：结构动力学是研究结构系统在动力荷载作用下的振动特性的一门科学技术，它是振动力学的理论和方法在一些复杂工程问题中的综合应用和发展，是以改善结构系统在动力环境中的安全和可靠性为目的的。

本书的主要内容包括运动方程的建立、单自由度体系、多自由度体系、无限自由度体系的动力学问题、随机振动、结构抗震计算及结构动力学的前沿研究课题。

（2）主要理论分析结构的质量是一连续的空间函数，因此结构的运动方程是一个含有空间坐标和时间的偏微分方程，只是对某些简单结构，这些方程才有可能直接求解。

对于绝大多数实际结构，在工程分析中主要采用数值方法。

作法是先把结构离散化成为一个具有有限自由度的数学模型，在确定载荷后，导出模型的运动方程，然后选用合适的方法求解。

（3）数学模型将结构离散化的方法主要有以下三种：①集聚质量法：把结构的分布质量集聚于一系列离散的质点或块，而把结构本身看作是仅具有弹性性能的无质量系统。

由于仅是这些质点或块才产生惯性力，故离散系统的运动方程只以这些质点的位移或块的位移和转动作为自由度。

对于大部分质量集中在若干离散点上的结构，这种方法特别有效。

②广义位移法：假定结构在振动时的位形（偏离平衡位置的位移形态）可用一系列事先规定的容许位移函数fi（它们必须满足支承处的约束条件以及结构内部位移的连续性条件）之和来表示，例如，对于一维结构，它的位形u(x)可以近似地表为：结构动力学(1) 式中的qj称为广义坐标,它表示相应位移函数的幅值。

这样，离散系统的运动方程就以广义坐标作为自由度。

对于质量分布比较均匀，形状规则且边界条件易于处理的结构，这种方法很有效。

③有限元法：可以看作是分区的瑞利－里兹法，其要点是先把结构划分成适当数量的区域（称为单元），然后对每一单元施行瑞利－里兹法。

结构力学求解器在《建筑力学与结构》教学中的应用探索作者：卢巧玲来源：《中小企业管理与科技·下旬刊》2014年第11期摘要：《建筑力学与结构》课程是建筑工程技术专业的专业核心课，也是一门非常重要但又有较大难度的课程，运用结构力学求解器能帮助学生解决结构力学中的部分分析与计算问题，对学生的学习具有实际意义。

同时结构力学求解器容易学会，使用方便，可运用于常规教学过程中。

关键词：结构力学内力计算结构力学求解器1 结构力学求解器简介结构力学求解器是清华大学结构力学教研室研制的，它是一个面向学生、教师及工程技术人员的计算机辅助软件，可以帮助学生解题、验算，可以辅助教师演示结构的受力和位移状态，也可以辅助工程技术人员进行设计。

[1]求解器主要适用于平面杆系结构，所以只要简化为平面杆系结构的实际结构便可通过结构力学求解器求解。

它能够分析结构的几何构造、内力、位移、影响线、自由振动、弹性稳定和极限荷载等。

[2]求解器虽然小巧，但是可以解决多种工程结构，如梁、拱、框架和桁架，求解器分析和解决问题的过程为：建立结构模型——输入荷载——求解，结构力学求解器能很好的人机交互，使用者可以通过各种菜单进行命令输入，也可以直接在编辑窗口内输入各种命令，特别适用于初学者。

求解器强大的求解功能为结构提供了一个计算机数值实验平台，可帮助学生进行力学计算，特别是针对基础薄弱，同时学习能力较差的专科院校的学生，这个软件很有必要推广使用。

求解器推出的最大意义是对教学改革的推动作用。

传统的结构力学基本上是面向手算的，内容体系上明显的受到计算手段的限制。

例如：几何组成分析的三角形法则、位移计算的图乘法、力法中取静定结构为基本体系、力矩分配法等。

这些方法、很难应用到工程中大型结构的分析当中，这就使得学生很难对大型结构的受力性能有较直观的感受和切实的体验，求解器的出现为打破这种局面提供了可能性。

2 结构力学求解器的应用很多的职业院校越来越注重实践教学、培养学生的技能和塑造实用型的人才。

结构力学实验报告15篇第一篇：结构力学实验报告1结构力学实验报告结构力学实验报告班级 12土木2班姓名学号结构力学实验报告实验报告一实验名称在求解器中输入平面结构体系一实验目的1、了解如何在求解器中输入结构体系2、学习并掌握计算模型的交互式输入方法；3、建立任意体系的计算模型并做几何组成分析；4、计算平面静定结构的内力。

二实验仪器计算机，软件：结构力学求解器三实验步骤图2-4-3 是刚结点的连接示例，其中图2-4-3a 中定义了一个虚拟刚结点和杆端的连接码；各个杆端与虚拟刚结点连接后成为图2-4-3b 的形式，去除虚拟刚结点后的效果为图2-4-3c 所示的刚结点；求解器中显示的是最后的图2-4-3c。

图2-4-4 是组合结点的连接示例，同理，无需重复。

铰结点是最常见的结点之一，其连接示例在图2-4-5 中给出。

这里，共有四种连接方式，都等效于图2-4-5e 中的铰结点，通常采用图2-4-5a 所示方式即可。

值得一提的是，如果将三个杆件固定住，图2-4-5b~d 中的虚拟刚结点也随之被固定不动，而图2-4-5a 中的虚拟刚结点仍然存在一个转动自由度，可以绕结点自由转动。

这是一种结点转动机构，在求解器中会自动将其排除不计①。

结点机构实际上也潜存于经典的结构力学之中，如将一个集中力矩加在铰结点上，便可以理解为加在了结点机构上（犹如加在可自由转动的销钉上），是无意义的。

综上所述，求解器中单元对话框中的“连接方式”是指各杆端与虚拟刚结点的连接方式，而不是杆件之间的连接方式。

这样，各杆件通过虚拟刚结点这一中介再和其他杆件间接地连接。

这种处理的好处是可以避免结点的重复编码（如本书中矩阵位移法中所介绍的），同时可以方便地构造各种结构力学实验报告复杂的组合结点。

另外，在定义位移约束时，结点处的支座约束也是首先加在虚拟刚结点上，再通过虚拟刚结点施加给其他相关的杆端。

N,1,0,0 解输入后的结构如图2-4-6b所示，N,2,0,1 命令数据文档如下，其中左边和右N,3,1,1 边分别为中、英文关键词命令数据N,4,1,0 文档。