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[教程]结构力学求解器

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[教程]结构力学求解器

建筑工程专业毕业设计应用结构力学求解器指导书

一、概述

以往建筑工程专业毕业设计中结构设计的手算部分(以一榀框架为主要计算单元，分层法求解竖向荷载作用下的内力及D值法求解水平方向荷载作用下的内力)，大部分计算为复杂的重复计算。其方法简单，但在复杂计算部分耗费学生大量的时间，其最后结果并不理想。

把繁琐交给结构力学求解器，我们留下创造力。把以往结构设计中复杂的手算交给结构力学求解器，我们在毕业设计中留下更多的创造力。

结构力学求解器(SM Solver for Windows)是一个面向教师、学生以及工程技术人员的计算机辅助分析计算软件。其软件界面方便友好、内容体系完整、功能完备通用，可作为毕业设计结构计算部分之用。它能够有效地解决计算过程中的繁琐，将重复计算变为简单的计算机计算，为毕业设计中的关键部分掌握提更多的空间。 二、软件使用介绍

本指导书只建筑工程专业毕业设计中结构设计中的计算部分作简单介绍。软件使用步骤如下:

1. 输入一榀框架的平面结构体系。

A. 问题定义，给定项目的文件名。

B. 输入节点，输入前应先对结构的整体节点进行编号，编号应具有一定的规则。

C. 单元输入。

D. 位移约束输入，输入支座的约束情况。

E. 输入作用在单元或节点上的荷载。 F. 输入材料性质，输入梁或柱的抗压刚度和抗弯刚度。 2. 对结构求解

针对毕业设计的要求，我们在此仅对其内力进行计算。 3. 保存文件，给文件命名。

4. 注意:输入的单位应按国际单位。力:kN;力偶kN?m;均布荷载kN/m;

2EA:kN;EA:kN?m。

三、实例

1. 初始数据

本指导书以一榀框架(3跨3层)在水平和竖向荷载作用下内力计算为例。其结构如图1a、b、c所示。截面特性如表1所示。

图1a 刚架的结构尺寸图 图1b 刚架的竖向荷载图

图1c 刚架的水平荷载图

表1 柱梁的截面特性

2242构件名 B(m) h(m) E(kN/m) A(m) I (m) EA(kN) EI(kN?m)

柱 0.45 0.45 25500000 0.2025 0.003417 5163750 87138.28

梁1 0.25 0.5 25500000 0.125 0.002604 3187500 66406.25

梁2 0.25 0.4 25500000 0.1 0.001333 2550000 34000 2. 应用其解器求结构内力的操作步骤

A. 对结构进行结点编码(如图2所示)。节点编码的方式有很多种。图2只是其中的一

种，但在编码时应力求规整。操作如下:

生成节点1:如图3;其余节点可参照该方法。

B. 对结构单元定义(如图4所示)。操作如下:

生成单元1:如图5;其余单元可参照该方法。

C. 定义位移约束条件(如图6所示)。操作如下:

生成1约束:如图7;其余约束可参照该方法。

图2 结点编码图 图4 单元编码图

图6 约束生成

图3 结点1生成

D. 定义荷载条件(如图1所示)。操作如下: 输入结点荷载和单元荷载:如图8a、b;其余荷载输入可参照该方法。 E. 定义材料(如图10所示)。操作如下: 输入材料性质:如图11;其余材料输入可参照该方法。

图9 节点、单元荷载输入实例

图11 材料性质输入实例 图10 材料性质图

F. 输出结果(本例中只给出毕业设计中所需要的内力结果)

内力计算结果如图所示(本例只给出在竖向与水平荷载下的M图)

图12 竖向荷载下的M图

图13 水平荷载下的M图

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结构力学求解器教程

结构力学求解器教程

文档

SM Solver

简明教程

编者: Local

HUST

2009年3月31号

文档

第一部分：绪论

在绪论里我想说明两个问题，一个是一些题外的话，一个就是求解器的功能的说明。

结构力学求解器即SM Solver是一个很轻巧的计算软件，但是其功能相对来说来是比较强大的，其实它的操作并不复杂（相对其它一些工程上常用的计算软件来说，如ANSYS），但是我在学习的过程中却发现结构力学求解器的教程还真的是不多，在校图书馆里查找了一下没有相关的书籍，在网上百度了一下没有发现在什么有用的东西，我想是因为这个软件很简单没有必要专门写个教程，但是我想一个教程对一个初学者来说还是很有用的，我便有这样一个自己试着去写一个简教程的想法，于是我就小小的研究了下这个程序。来给出一些简单的供初学者入门的指导。当然由于我个人的水平有限再加上研究的时间也不长可能给大家写的东西只是一些很粗糙的很表面的，希望大家在读的过程中能够够给我多多提提宝贵的意见和建议帮助我进步，也帮助进一步的完善这个教程。

对于结构力学求解器有很多的版本，为了明确期间，这里先简单的介绍一下我用的这个求解器的版本。

这个版本的相关信息：

SM Solver for student 版本1.5（学生版）

ISBN 7-900015-23-X

清华大学土木系结构力学考研室研制

高等教育出版社出品

为什么要选择这个版本有以下几个原因：

一：因为这个教程我主要面对学生的，所以在些选这个版本还是比较合适的。

二：这个版本的求解器是我们在学习阶段比较好的一个选择，简单易学。 文档

三：这个版本的功能还是可以的，能够解决我们平时学习中遇到的问题。

四：软件之间都是相通的，精通一个其它的自己完全可以去学习，因为已经有了基础。

这个教程内容不多，为了更好的帮助大家理解，在编排的过程中我在其中插入了好多截取的实例图片，这个能够更好的的去让大家学习实际的操作以及每一步操作人机交互的结果界面。

结构力学求解器使用范例

结构力学求解器使用范例

2.19分析如图所示体系的几何组成。

解：

结点,1,0,0

结点,2,10,0

结点,3,20,0

结点,4,5,-5

结点,5,15,-5

结点,6,10,-10

单元,1,2,1,1,0,1,1,0

单元,2,3,1,1,0,1,1,0

单元,3,5,1,1,0,1,1,0

单元,5,6,1,1,0,1,1,0

单元,6,4,1,1,0,1,1,0

单元,4,1,1,1,0,1,1,0

单元,4,2,1,1,0,1,1,0

单元,2,5,1,1,0,1,1,0

结点支承,1,2,-90,0,0

结点支承,6,2,0,0,0

结点支承,3,1,0,0

位移模型：静态显示

解答:有2个多余约束，体系自由度为1，的几何瞬变体系。

3.25计算静定多跨梁的支座反力，并画出梁的内力图。

解：

结点,1,0,0

结点,2,6,0

结点,3,7.5,0

结点,4,12,0

结点,5,14,0

结点,6,18,0

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

结点支承,1,2,-90,0,0

结点支承,2,1,0,0

结点支承,4,1,0,0

结点支承,6,1,0,0

单元荷载,1,1,20,1/2,90

单元荷载,3,1,10,1/2,90

单元荷载,4,3,2,0,1,90

单元荷载,5,3,2,0,1,90

尺寸线,1,0.5,0.5,7.8,1.0,0.5,0,-3,3m,3,-3,3m,6,-3

尺寸线,1,0.5,0.5,7.8,0.5,0.5,6,-3,1.5m,7.5,-3,2m,9.5,-3,2.5m,12,-3,2m,14,-3

尺寸线,1,0.5,0.5,7.8,1,0.5,14,-3,4m,18,-3

解答：

弯矩图

剪力图

轴力图 4.14计算E上各杆端截面内力。

基于结构力学求解器应用的研究进展

基于结构力学求解器应用的研究进展

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。

结构力学求解器介绍

结构力学求解器介绍

结构力学求解器

SMSolver 3D 试用版

三维空间杆系输入和显示

 与2D求解器一致的半图形输入风格：对话框输入、修改、预览、应用

 OpenGL三维图形快速显示技术：缩放、旋转、平移

 图层技术：标注文本永远面向用户

空间杆系几何构造分析

 可变体系、不变体系的判定

 常变体系、瞬变体系的判定

 多余约束数、体系自由度数的确定

 可变体系的机构模态的三维动画显示

空间桁架、刚架的静力分析

 铰结点、刚结点

 铰支座、固定支座

 集中荷载、均布荷载、线性分布荷载

 位移、内力、反力计算及其数值显示和三维图形显示

 计算结果输出到文本文件

更新说明：(11.03)

 三维浏览：观览器上双击鼠标，即可在旋转、平移、缩放三种模式之间依次切换，鼠标光标的形状随之改变。

 复合结点：允许刚结点和铰结点组成的复合结点。

 文本功能：添加文本功能，文本在观览器中的位置不随三维观览而改变。

 三维优化：对三维图形显示进一步优化，全屏幕观览更加流畅。

 纠错完善：纠正若干小错误，多处做了完善。

说明：此试用版也是测试版、征求意见版。在提供期限内，正式版本发布前，将根据用户意见随时更新，请关注版本日期。

欢迎广大用户多多发现问题并提出宝贵意见和建议。用户意见请用Email发到：

SMSupport@

A.钢架中,什么样为铰接,什么为钢结

最简单的方法就是，看钢架柱脚部分连接板的大小 柱角连接板大的就是钢接 一般铰接连接板没有筋板的。饺接的支座,没有弯矩M,只有水平和竖向反力.

刚接的支座除了水平和竖向反力外,还有弯矩M.

b. 结构简化时用螺栓连接的时铰接还是钢接

基本可以估计一下：仅在腹板有连接的，就是铰接；腹板和翼缘都有连接的，就是刚接。

C.铰接是指连接的两杆件可以有相对的转角，可以自由的转动。而刚接是指连接的两杆件不能有相对的转角，即它们的角位移是相等的。在实际的工程中，很多都不是严格意义上的铰接和刚接，就比如说钢结构厂房柱脚的铰接，通常的做法是两个螺栓或四个螺栓，虽然我们计算的时候按完全铰接（即认为弯矩等于零）来处理，但其实它还是承担一部分弯矩的。