10矩阵位移法1-基本思想
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第9章矩阵位移法9.1 概述前面介绍的力法、位移法和渐近法都是传统的解算超静定结构的方法,它们是建立在手算基础上的。
随着基本未知量数目的增加,其计算工作极为冗繁和困难。
而计算机的问世及其广泛应用,为结构计算提供了有效工具。
矩阵位移法就是以计算机为运算工具的一种新的结构分析方法,它完全可以代替人来完成大型复杂结构的计算问题。
矩阵位移法是以位移法为理论基础,结构分析的全部过程中运用了线性代数中的矩阵理论。
引入矩阵运算的目的就是使计算过程程序化,便于把结构分析的过程用算法语言编成计算程序,实现计算机自动化处理。
目前,应用矩阵位移法编制的结构分析软件,已在结构设计中得到了广泛的应用。
矩阵位移法又称为杆件有限元法。
它的主要解题思路是:首先将结构离散成为有限个独立的单元,进行单元分析,建立单元杆端力与单元杆端位移之间的关系式——单元刚度方程;然后利用结构的变形连续条件和平衡条件将各单元组合成整体,建立结点力与结点位移之间的关系式——结构刚度方程,这一过程称为整体分析;最后求得结构的位移和内力。
矩阵位移法就是在一分一合,先拆后搭的过程中,把复杂结构计算问题转化为简单的单元分析和集合问题。
本章主要讨论杆系结构的单元刚度矩阵及其在单元局部坐标系与结构整体坐标系间的变换、结构刚度矩阵的形成、荷载及边界条件处理等内容。
9.2 单元分析9.2.1 结构离散化结构离散化是指把结构分离成有限个独立杆件(单元),由单元的组合体代替原结构(图9.1)。
一般单元为等截面直杆,杆系结构中每根杆件可以作为一个或几个单元。
单元的联接点称为结点。
对于等截面直杆所组成的杆系结构,只要确定了一个结构的所有结点,则它的各个单元也就随之确定了。
根据杆件联接的方式,可以将构造结点,如转折点、汇交点、支承点和截面的突变点取为结点。
在有些情况下,非构造点,如集中力作用点,也可作为结点处理。
离散化的结构用数字进行描述,即对各结点和单元进行编号。
通常用①,②,…表示单元编号,用1,2,…表示结点编号。
《结构力学》第十章矩阵位移法矩阵位移法是结构力学中的一种重要分析方法,通过将结构的受力分析转化为矩阵运算,可以有效地求解复杂结构的位移和应力分布。
本文将分为四个部分来介绍矩阵位移法的基本原理和应用。
第一部分将介绍矩阵位移法的基本原理。
矩阵位移法基于结构的受力平衡方程和变形条件,建立了适用于不同类型结构的一般形式的位移函数。
通过对这些位移函数进行适当组合,可以得到一个较为简化的位移矩阵方程。
这个方程可以通过矩阵运算求解,从而得到结构的位移和应力分布。
第二部分将介绍矩阵位移法的应用。
矩阵位移法可以用于求解各种类型的结构,包括梁、柱、框架等。
具体应用时,首先需要确定结构的边界条件和受力情况,然后根据结构的几何形状和材料性质,建立相应的位移函数。
之后,将位移函数按照一定的规则组合起来,建立一个位移矩阵方程。
通过解这个方程,可以得到结构的位移和应力分布。
第三部分将介绍矩阵位移法的优点。
相比于传统的力方法,矩阵位移法具有计算简单、准确性高、适用范围广等优点。
这是因为矩阵位移法可以通过矩阵运算将结构的受力分析转化为代数运算,减少了繁琐的计算过程,并且可以应用于各种不规则结构。
第四部分将介绍矩阵位移法的局限性。
矩阵位移法虽然具有很多优点,但也有一些限制。
首先,矩阵位移法对结构的刚度矩阵的求取较为复杂,需要通过精确和谐振数法等途径进行求解。
其次,矩阵位移法不能用于解决非线性和动力问题。
总结起来,矩阵位移法是一种重要的结构力学分析方法,通过将结构的受力分析转化为矩阵运算,可以有效地求解复杂结构的位移和应力分布。
它具有计算简单、准确性高、适用范围广等优点,但也有一些局限性。
因此,在实际应用中需要根据具体情况选择合适的方法。
同时,矩阵位移法的进一步研究和发展也是一个非常重要的方向。
位移法的知识点总结一、基本原理1. 位移法的基本原理位移法是以位移为基本变量进行分析的一种结构分析方法。
它的基本原理是根据结构受力状态和边界条件,通过对结构各部分的变形进行分析,推导出结构的位移场。
根据结构力学的基本原理,结构的受力和变形是密切相关的,因此通过分析结构的位移场,可以获得结构的受力分布和变形情况,为结构的设计和分析提供重要参考。
2. 位移的重要性在结构力学中,位移是描述结构变形的基本形式之一,它直接反映了结构受力的情况。
在进行结构分析时,通常可以通过计算结构的位移场来获得结构的受力分布和变形情况。
因此,位移是结构分析的重要变量,在位移法中被广泛应用。
3. 位移法的实质位移法的实质是通过假设结构各部分的变形是线性的,即受到外力作用后,结构的变形与受力成线性关系。
这一假设是位移法能够简化结构分析的基础,使得结构分析更加方便和实用。
二、应用范围1. 适用范围位移法适用于各种类型的结构,包括梁、柱、板、桁架、壳体等。
它可以用于解决结构在受力作用下的位移和变形问题,对于复杂结构的受力分析和设计具有广泛的适用性。
2. 适用条件位移法的应用条件包括结构受力状态和边界条件的明确,结构各部分的变形可线性假设,结构受力和变形之间存在较强的相关性等。
在满足这些条件的情况下,位移法可以有效地用于解决各种结构受力和变形问题。
三、操作步骤1. 结构建模首先需要对结构进行建模,确定结构的几何形状、受力条件和边界条件等。
通过建模可以获得结构的刚度矩阵和载荷向量,为后续的分析提供基础数据。
2. 变形分析根据结构的刚度矩阵和载荷向量,可以建立结构的位移方程。
通过对位移方程进行分析,可以获得结构的位移场,揭示结构受力和变形的关系。
3. 反演求解根据结构的位移场,可以反演求解结构的受力分布和变形情况。
通过求解可以获得结构各部分的受力情况,评估结构的受力状况和安全性。
4. 结果分析最后需要对求解结果进行分析,评估结构的受力和变形情况。
矩阵位移法
矩阵位移法是一种用于解决多项式方程组的数学方法。
它利用行和列变化将原系数矩阵转换成一个三角矩阵。
然后,从底端开始一行行解对角线的方程,最终求出未知数的值,解决多项式方程组。
矩阵位移法的基本步骤如下:
1.将系数矩阵进行行变换和列变换,转换成三角矩阵。
2.从最下面的方程开始,先求解最后一个未知数。
3.从次下面的方程开始,根据前面的结果一行行解出剩余未知数。
矩阵位移法比较容易理解和应用,可以有效地解决多项式方程组,但也存在一些缺点,比如容易出现几何错误,计算精度较低。