超静定次数的确定与基本结构的取法
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关于材料力学中简单超静定问题怎么判断超静定次数求方法!谢谢!关于材料力学中简单超静定问题怎么判断超静定次数求方法!谢谢!未知力数超过独立平衡方程的次数,就是列出平衡方程,然后数数里面有几个未知力,未知力数减去平衡方程数就是超静定次数。
我在学材力,可以的话,我们可以交流一下。
如何解决材料力学中超静定问题静定结构件的变形与荷载是成线形关系的,因为建立了经典的材料各向同性,受力各向均匀,与微小变形理论,而实际中的变形也差不多,是经过了工程实践的验证的理论。
如果是超静定的话,杆件变形肯定跟荷载不成线形关系;因为它的约束位置不是确定材料力学中,怎么判断超静定次数(1)一次超静定(2)一次超静定(3)三次超静定其实就是看你解除几个约束后变为静定结构,那么他就是几次超静定。
不懂请追问。
如何用matlab来解决材料力学超静定问题,求如何用matlab来解决材料力学超静定问题,求解思路利用有限元法原理,对超静定结构梁(桁架)分解成若干个有限单元,建立单元的力与位移之间的关系,然后再将各单元通过节点联结起来,单元间的力通过节点进行传递,建立整体结构的力与位移之间的关系,将问题简化成矩阵计算问题,然后利用数学软体matlab的程式设计进行求解。
具体求解步骤可按下列方法进行:1、根据单元剖分原则,把结构剖分成若干份;2、单元分析,写出单元的刚阵(以矩阵形式表示);3、综合各单元,按节点位移序号组成结构的总刚阵[K],总外力列阵{F}和总位移列阵{qr};根据边界条件,简化矩阵;4、由{qr}=inv([K]r)*{Fr},求解各节点的变形; %inv([K]r)为[K]r的逆矩阵5、由{F}=[Kz] {q},可解得各节点反力6、按上述要求,进行matlab程式设计,以解决力学超静定问题。
具体可以参照这篇文件,网页连结。
请问材料力学中怎么判断几次超静定未知量的个数—方程的个数举个例子:一个一端固支,一端简支的梁未知量5(固支3+简支2)-3(两个方向的力平衡方程+一个力矩平衡方程)=2材料力学超静定刚架力学是一门独立的基础学科,是有关力、运动和介质(固体、液体、气体是撒旦和等离子体),巨集、细、微观力学性质的学科,研究以机械运动为主,及其同物理、化学、生物运动耦合的现象。
习题6-1试确定图示结构的超静定次数。
(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)所有结点均为全铰结点2次超静定6次超静定4次超静定3次超静定II去掉复铰,可减去2(4-1)=6个约束,沿I-I截面断开,减去三个约束,故为9次超静定沿图示各截面断开,为21次超静定I II 刚片I与大地组成静定结构,刚片II只需通过一根链杆和一个铰与I连接即可,故为4次超静定(h)6-2试回答:结构的超静定次数与力法基本结构的选择是否有关?力法方程有何物理意义?6-3试用力法计算图示超静定梁,并绘出M 、F Q 图。
(a)解:上图=l1M pM 01111=∆+p X δ其中:EIl l l l l l l EI l l l l EI 8114232332623232333211311=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯⨯+⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯⨯=δEIl F l lF l lF EI l pp p p817332322263231-=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯-⨯⨯-⨯=∆0817*******=-EI l F X EI l p p F X 211=p M X M M +=11l F p 61l F p 61F PA2l 3l 3B2EIEIC题目有错误,为可变体系。
+pF p lF 32X 1=1M 图p Q X Q Q +=11p F 21⊕p F 21(b)解:基本结构为:l1M 3l l2M l F p 21pM l F p 31⎪⎩⎪⎨⎧=∆++=∆++0022221211212111p p X X X X δδδδp M X M X M M ++=2211pQ X Q X Q Q ++=22116-4试用力法计算图示结构,并绘其内力图。
(a)l2l 2l2lABCD EI =常数F Pl 2E FQ 图F PX 1X 2F P解:基本结构为:1M pM 01111=∆+p X δpM X M M +=11(b)解:基本结构为:EI=常数qACEDB4a 2a4a4a20kN/m3m6m6mAEI 1.75EIB CD 20kN/mX 1166810810计算1M ,由对称性知,可考虑半结构。
第八章力法本章主要内容1)超静定结构的超静定次数2)力法的解题思路和力法典型方程(显然力法方程中所有的系数和自由项都是指静定基本结构的位移,可以由上一章的求位移方法求出(图乘或积分))3)力法的解题步骤以及用于求解超静定梁刚架桁架组合结构(排架)4)力法的对称性利用问题,对称结构的有关概念四点结论5)超静定结构的位移计算和最后内力图的校核6)§8-1超静定结构概述一、静力解答特征:静定结构:由平衡条件求出支反力及内力;超静定结构的静力特征是具有多余力,仅由静力平衡条件无法求出它的全部(有时部分可求)反力及内力,须借助位移条件(补充方程,解答的唯一性定理)。
二、几何组成特征:(结合例题说明)静定结构:无多余联系的几何不变体超静定结构:去掉其某一个或某几个联系(内或外),仍然可以是一个几何不变体系,如桁架。
即:超静定结构的组成特征是其具有多余联系,多余联系可以是外部的,也可能是内部的,去掉后不改变几何不变性。
多余联系(约束):并不是没有用的,在结构作用或调整结构的内力、位移时需要的,减小弯矩及位移,便于应力分布均匀。
多余求知力:多余联系中产生的力称为三、超静定结构的类型(五种)超静定梁、超静定刚刚架、超静定桁架、超静定拱、超静定组合结构四、超静定结构的解法综合考虑三个方面的条件:1、平衡条件:即结构的整体及任何一部分的受力状态都应满足平衡方程;2、几何条件:也称变形条件、位移条件、协调条件、相容条件等。
即结构的变形必须符合支承约束条件(边界条件)和各部分之间的变形连续条件。
3、物理条件:即变形或位移与内力之间的物理关系。
精确方法:力法(柔度法):以多余未知力为基本未知量位移法(刚度法):以位移为基本未知量。
力法与位移法的联合应用:力法与位移法的混合使用:混合法近似方法:力矩分配法、矩阵位移法、分层总和法、D值法、反弯点法等本章主要讲力法。
五、力法的解题思路(结合例子)把不会算的超静定结构通过会算的基本结构来计算。
超静定次数
超静定结构是具有多余约束的⼏何不变体系。
超静定结构中多余约束(或多余未知⼒)的数⽬称为超静定次数。
由于存在多余约束,超静定结构的反⼒和内⼒单靠静⼒平衡条件不能完全确定,须同时考虑变形协调条件(即位移条件)。
超静定次数也是超静定结构计算中除静⼒平衡⽅程以外,尚需补充的反映位移条件的⽅程的数⽬。
确定结构超静定次数的⽅法是,去掉结构中的多余约束,使之成为⼀个静定结构,则所去掉的约束的数⽬就是超静定次数。
在超静定结构上去掉多余约束的⽅法,通常有以下⼏种:
( 1 )切断⼀根链杆,或撤去⼀根⽀座链杆,相对于去掉⼀个约束(图 3 - 57 )
( 2 )撤去⼀个单铰,或撤去⼀个固定铰⽀座,相对于去掉两个约束(图 3- 58 ) ;
( 3 )切断⼀根梁式杆或⼀个刚结点,或撤去⼀个固定⽀座,相对于去掉三个约束(图 3 -59 )
( 4 )将刚接改为单铰连接,或将固定⽀座改为固定铰⽀座,相对于去掉⼀个约束(图 3 -60 )。
超静定次数及其确定方法
超静定结构中多余约束的个数,称为超静定次数。
确定超静定次数最直接的方法为解除多余约束法。
即解除结构中的多余约束使原超静定结构变成一个几何不变且无多余约束的体系,此时,解除的多余约束的个数即为原结构的超静定次数。
解除多余约束的方法以几何组成分析的基本规则为基础,应注意以下几点:
(1)去掉一根链杆,等于拆掉一个约束。
(2)去掉一个铰支座或一个单铰,等于拆掉两个约束。
(3)去掉一个固定支座或切断一个梁式杆,等于拆掉三个约束。
(4)在梁式杆上加上一个单铰,等于拆掉一个约束。
(5)去掉一个连接n个杆件的铰结点,等于拆掉2(n-1)个约束。
(6)去掉一个连接n个杆件的刚结点,等于拆掉3(n-1)个约束。
(7)只能拆掉原结构的多于约束,不能拆掉必要约束。
(8)只能在原结构中减少约束,不能增加新的约束。
注意:同一超静定结构可有不同的解除多余约束的方式,但解除约束的个数是相同的, 解除约束后的体系必须是几何不变的。
图1
图2。
第5章力法5.1 超静定结构的概念和超静定次数的确定1.超静定结构的概念前面讨论的是静定结构,从本章开始我们讨论超静定结构的受力情况。
关于结构的静定性可以从两个方面来定义从几何组成的角度来定义静定结构就是没有多余联系的几何不变体系;从受力的角度来定义,静定结构就是只用静力平衡方程就能求出全部反力和力的结构。
现在,我们要讨论的是超静定结构。
它同样可以从以上两个方面来定义,从几何组成的角度来定义,超静定结构就是具有多余联系的几何不变体系;从受力的角度来定义,超静定结构就是只用静力平衡方程不能求出全部的反力或力的结构。
如图5.1(a)所示的简支梁是静定的,当跨度增加时,其力和变形都将迅速增加。
为减少梁的力和变形,在梁的中部增加一个支座,如图5.1(b)所示,从几何组成的角度分析,它就变成具有一个多余联系的结构。
也正是由于这个多余联系的存在,使我们只用静力平衡方程就不能求出全部4个约束反力F ax、F ay、F by、F cy和全部力。
具有多余约束、仅用静力平衡条件不能求出全部支座反力或力的结构称为超静定结构。
图5.1(b)和图5.2所示的连续梁和刚架都是超静定结构。
图5.3给出了工程中常见的几种超静定梁、刚架、桁架、拱、组合结构和排架。
本章讨论如何用力法计算这种类型的结构。
图5.1 图5.2. . . w d .图5.32.超静定次数的确定力法是解超静定结构最基本的方法。
用力法求解时,首先要确定结构的超静定次数。
通常将多余联系的数目或多余未知力的数目称为超静定结构的超静定次数。
如果一个超静定结构在去掉n个联系后变成静定结构,那么,这个结构就是n次超静定。
显然,我们可用去掉多余联系使原来的超静定结构(以后称原结构)变成静定结构的方法来确定结构的超静定次数。
去掉多余联系的方式,通常有以下几种:(1)去掉支座处的一根支杆或切断一根链杆,相当于去掉一个联系。
如图5.4所示结构就是一次超静定结构。
图中原结构的多余联系去掉后用未知力x1代替。
第六章 力法
§6—1 超静定次数的确定及基本结构的取法
超静定结构:具有多余联系的几何不变体系。
超静定次数:多余联系的数目。
多余力:多余联系所发生的力。
超静定次数的判定:
1、去掉一个支链杆相当于去掉一个约束。
绝对需要的约束不能去掉
2、去掉一个铰相当于去掉两个约束。
⇒
⇒
⇒
3、去掉一个固定端相当于去掉三个约束。
⇒
4、切断一个梁式杆⇒去掉三个约束。
⇒
5、刚结变铰接 去掉一个约束。
§6—2 力法原理
5PL/32
PL/4
解法二:
P M 解法三:
x 1
M
L
M
P M
通过选择多种基本结构,加深理解力法方程的物理意义。
熟悉力法解题步骤,增加解题的灵活性。
例题:作M 图(提问:加深对脚标的印象及系数的特点) 基本结构
几次超静定的力法方程:叙述一下力法方程的物理意义。
⎪
⎪
⎪⎬⎫
⋅⋅⋅⋅⋅⋅∆++⋅⋅⋅++∆++⋅⋅⋅++p n n p n n x x x x x x δδδδδδ2222211211212111位移协调方程。
word格式
例题:选择恰当的基本结构,作弯矩图。
(基本结构的选择直接影响到解题过程的繁简程度)
best
l
l §
6—3 荷载作用下,力法解超静定
一、超静定刚架、梁
例题:
q
P M
x 1
M
M
x2
B C
L/2
例题:
L/2
P
P
M
(2)、求剪力,轴力。
Q
M→
N
Q→
x 1
q=14kN/m N
Q 例:分析图示结构(让学生先看书上例题,提问这样造基本结构的好处)
与教材所造基本结构难易程度对比,说明利用对称性的重要性。
2/1-
2/1- 二、桁架
例题:试计算图示桁架。
P N
(1)
(3)将中间支链杆去掉: P N
q l 2/2
3q l 2/16
5q l 2/16
l 三、组合结构
讲清概念,看书上例题
四、排架计算
力法解排架:将横梁看成多余联系,柱两端的相对位移等于零。
M
P
M
P l
P l/3
P l/3
P
N
§6—4 对称性的利用
对称结构:对称荷载作用
对称轴截面上 对称内力位移存在 反对称内力位移等于零 反对称荷载作用 对称轴截面上 反对称内力位移存在 对称内力位移等于零
位移: M 、N :对称内力 Q :反对称内力
反对称
反对称
利用对称性质去半边结构画弯矩。
对称荷载:
q
q
反对称荷载:
二、两跨结构
EI
只有 轴力
反对称荷载:
q
l
根据以上分析,对称性利用时,可分为奇数跨,偶数跨两种,其中奇数跨按单跨考虑,偶数跨按两跨考虑。
例题1: 例题2:
P M
1
a/2 P M
P/8
a
q l 2/2
m
m
m
习题: (1)
5P l /8
(3)
m/3
2m/3
m m
3m/4
(4) (5)
§6—5 两铰拱的计算自学看书,然后提问
§6—6 支座位移、制造误差作用下超静定结构计算一、支座位移
例1:
l
x 1
结论:对于超静定结构,支座位移引起的内力几支反力与刚度成正比。
对于静定结构,支座位移不产生内力。
M
2 例2:
e
B
l /2
l /2
解法2: ⎪⎩⎪
⎨⎧===⇒⎪⎩⎪⎨⎧-=++=++=++0
6243123213332321
31323222121313212111x x x x x x x x x x x x δδδδδδδδδ 尽量将有支座位移的多余约束去掉,可减少计算自由项的
工作量。
二、制造误差: AB 杆短e
530
练习或作业:kN EA 5
1068.7⨯=,CD 杆短了cm e 2=,求各杆内力。
1
3/4
1
8m
§6—7 温度改变时超静定结构计算
例1、已知:EI=常数,h=600m,kPa
E7
10
2⨯
=,温度膨胀系数00001
.0
=
α。
求:M、N
t 2
t 1 例:已知:t 2 ﹥t 1﹥0;(h=l /10);求:M 、N
N
l/2
l/2
q
§6—8超静定结构位移计算及内力图校核
一、位移计算; 1、荷载作用; 例1:已知:M 、EI 、l 、q ;求CV ∆。
l/4 任取一个基本结构加单位力,然后计算位移。
例2:桁架(加一桁架例题),也可加一个组合结构的例题。
1
1/l
2、支座位移作用下;
例题:已知:M 、l EI i /=,求B ϕ
M
(2)
2、温度改变作用下; 基本体系 1。