结构力学对称性应用

结构力学学习心得体会-浅谈对称性在结构力学中的应用结构力学学习心得体会浅谈对称性在结构力学中的应用摘要：在工程实际问题中，有很多结构都具有对称性。

我们对这些结构进行受力分析的时候，常常将结构简化为杆系模型，而结构力学研究的就是结构的杆系模型，因此对称性在结构力学中有着广泛的应用。

特别是在求解超静定结构问题中，无论力法还是位移法，都是繁杂的。

但对于对称结构，利用结构的对称性，可使结构内力计算大为简化。

现在本文章就对称性在结构力学中的应用做一简单的总结。

关键词：结构力学；对称性；内力；变形1.引言所谓对称结构是指几何形状和支承对某一对称轴对称．且杆件截面和材料性质也对此轴对称。

利用结构的对称性可使计算得到简化，这是因为对称结构具有如下特点：在正对称荷载作用下，内力和变形是正对称的；在反对称荷载作用下，内力和变形是反对称的，如下图所示：正对称反对称2.对称性在求解结构内力中的应用对称结构在正对称荷载作用下，其对称的内力（弯矩和轴力）和位移是正对称的，其反对称的内力（剪力）是反对称的；在反对称荷载作用下，其对称的内力（弯矩和轴力）和位移是反对称的，其反对称的内力（剪力）是正对称的。

因此，只要我们做出半边结构的内力图，也就知道了整个结构的内力图。

据此，我们在对对称结构进行内力分析时，就可以取半边结构进行分析。

取半边结构进行分析，可以减少超静定次数，减少基本未知量，为解题提供了很大的方便。

在用力法解决超静定问题时，对于对称的结构，可利用对称性简化计算。

简化步骤如下：①选取对称的基本结构。

②将未知力及荷载分组。

③取半结构进行计算。

对于对称结构承受一般非对称荷载时，利用荷载分组，将荷载分解为正、反对称的两组，并将他们分别作用于结构上求解内力，然后将计算结果叠加。

在计算对称结构时，根据对称结构特性，可以选取半个结构计算。

选取半结构的原则：(1)在对称轴的截面或位于对称轴的节点处(2)按原结构的静力和位移条件设置相应的支撑，使半结构与原结构的内力和变形完全等效。

7-7 对称性的利用1位移法中对称性的利用关键是半结构的选取（1）对称荷载1Z 2Z 12Z Z =?12Z Z =−1Z 位移法中对称性的利用关键是半结构的选取Z 14在对称轴上的结点B 和A 均无转角及水平线位移，但可发生竖向线位移且两点相等，中央竖杆AB 不发生挠曲。

截取半结构时，可将杆AB 看作刚性杆而保留，并在结点B 、A 分别加上水平链杆支承。

EI =∞偶数跨对称结构1Z 2Z 3Z 结点转角为零（2）反对称荷载在对称轴上的截面C 没有竖向位移，但可有转角和水平位移。

2Z 1Z在对称轴上，柱CD没有轴力和轴向位移,但有弯矩和弯曲变形。

可将中间柱分成两根柱，分柱的抗弯刚度为原柱的一半。

因为忽略轴向变形的影响，C处的竖向支杆可取消。

对称轴上的结点A 和B 均有转角和侧移，但无竖向线位移，中央竖杆AB 发生挠曲变形。

在截取半结构计算时，除了取竖杆AB 刚度之半(EI /2)外，还应在A 处加一竖向链杆支承。

1Z 2Z 3Z 4Z 5Z 6Z81Z 2Z 3Z 最少未知量1Z 2Z M1Z 讨论：M1Z 01111=+P R Z r M M/2M PM1Z 2Z 3Z 2Z 1Z 3Z PM111Z 2Z 2Z 1Z 3Z 2Z 1Z 3Z12列出用位移法并利用对称性计算图示刚架的基本结构及典型方程。

（各杆的EI =常数）a a a a aq qm2a 例取半结构13mq qZ 1q典型方程：01212111=++P R Z r Z r 02222121=++P R Z r Z r Z 1q2Z 2Z典型方程：3434333=++P R Z r Z r r Z r Z R P 43344440++=2Z 1Z取半结构示例16mq qZ1Z117例1利用对称性简化图a 所示的对称结构，取出最简的计算简图、基本体系，并作出M 图。

1111=+P R Z r183511EI r =mkN R P ⋅−=301EIZ 5901=最简的基本体系及M 图PM Z M M +=11例219图示结构，设E I=常数，P=10kN，试画出刚架的M图。

对称性应用在工程问题中，有很多结构都具有对称性。

我们对这些结构进行受力分析的时候，常常将结构简化为杆系模型，而结构力学研究的就是结构的杆系模型，因此对称性在结构力学中有着广泛的应用。

现在就对称性在结构力学中的应用做一简单的总结。

结构的对称性是指结构的几何形状和支座形式均对称于某一几何轴线。

而荷载的对称则分为正对称荷载和反对称荷载。

另外需要注意的是杆件截面和材料的性质也要对于此轴对称。

在对称荷载作用下，结构内力呈对称分布。

在反对称荷载作用下，结构内力呈反对称分布。

如下图所示：对称性在求解结构内力中的应用：对称结构在正对称荷载作用下，其对称的内力（弯矩和轴力）和位移是正对称的，其反对称的内力（剪力）是反对称的；在反对称荷载作用下，其对称的内力（弯矩和轴力）和位移是反对称的，其反对称的内力（剪力）是正对称的。

因此，只要我们做出半边结构的内力图，也就知道了整个结构的内力图。

据此，我们在对对称结构进行内力分析时，就可以取半边结构进行分析。

取半边结构进行分析，可以减少超静定次数，减少基本未知量，为解题提供了很大的方便。

在用力法解决超静定问题时，对于对称的结构，可利用对称性简化计算。

简化步骤如下：1、选取对称的基本结构。

2、将未知力及荷载分组。

3、取半结构进行计算。

对于对称结构承受一般非对称荷载时，利用荷载分组，将荷载分解为正、反对称的两组，并将他们分别作用于结构上求解内力，然后将计算结果叠加。

反对称正对称在计算对称结构时，根据对称结构特性，可以选取半个结构计算。

选取半结构的原则：1、在对称轴的截面或位于对称轴的节点处2、按原结构的静力和位移条件设置相应的支撑，使半结构与原结构的内力和变形完全等效奇数跨对称结构：偶数跨对称结构：在用位移法求解超静定结构的时候，同样可以利用对称性简化计算。

分析可知，在正对称荷载时用位移法求解只有一个基本未知量；但在反对称荷载时若用位移法求解将有两个基本未知量，而用力法求解则只有一个未知量。

结构力学——力法对称性的利用力法对称性是结构力学中常用的一种方法，可以有效简化结构分析的复杂性。

它基于结构的几何和物理特性，通过利用结构的对称性来减少需要考虑的自由度，从而简化结构力学问题。

力法对称性的利用可以在两个方面发挥作用：减少计算自由度和简化载荷分析。

首先，力法对称性可以减少计算自由度。

结构力学问题的求解通常需要计算结构的内力和变形。

结构的自由度越多，计算所需的计算量就越大，求解也就越复杂。

通过利用结构的对称性，我们可以将结构分为若干对称部分，仅对其中一个部分进行力学分析，然后通过对称性来得到其他部分的结果。

这样可以大大减少计算自由度，简化结构力学问题的求解过程。

具体来说，力法对称性可以应用于不同的结构部分，如杆件、板和壳体等。

例如，在杆件问题中，结构的对称性可以体现为几何对称性，如轴对称、平面对称等。

通过建立合适的坐标系和选择适当的参考点，可以简化结构的力学分析。

力法对称性还可以应用于简化载荷分析。

结构在受力时，通常存在很多不同的载荷情况，如重力、集中力、分布力等。

利用力法对称性可以简化对这些载荷的分析。

通过找到适当的对称轴或对称面，可以使得一些载荷分布具有对称性，从而简化分析。

通过减少载荷分布的复杂程度，可以更方便地计算结构的内力和变形。

需要注意的是，力法对称性在实际应用中需要满足一定的条件。

首先，结构必须存在对称性，即具有一定的几何和物理特性。

其次，结构的对称性必须与载荷情况相匹配。

如果对称性不满足这些条件，力法对称性可能无法有效地简化结构力学问题。

总之，力法对称性在结构力学中的应用可以大大简化力学分析的困难。

通过减少计算自由度和简化载荷分析，可以提高结构力学问题的求解效率。

利用力法对称性，结构工程师可以更加方便地进行结构设计和分析，提高工作效率和设计质量。