第3讲 结构力学方法(一)

结构力学常用的3种计算方法
结构力学是研究物体在外力作用下的变形和破坏规律的学科。

在结构力学中，常用的计算方法有三种，分别是静力学方法、动力学方法和有限元方法。

静力学方法是结构力学中最基本的计算方法之一。

它是通过分析物体在静力平衡状态下的受力情况，来计算物体的变形和破坏情况。

静力学方法适用于简单的结构体系，如梁、柱、桥梁等。

在静力学方法中，常用的计算工具有受力分析、弹性力学、杆件理论等。

动力学方法是结构力学中另一种常用的计算方法。

它是通过分析物体在动力平衡状态下的受力情况，来计算物体的变形和破坏情况。

动力学方法适用于复杂的结构体系，如飞机、汽车、船舶等。

在动力学方法中，常用的计算工具有振动分析、动力学理论、有限元方法等。

有限元方法是结构力学中最常用的计算方法之一。

它是通过将物体分割成许多小的单元，然后对每个单元进行分析，最后将所有单元的分析结果综合起来，来计算物体的变形和破坏情况。

有限元方法适用于各种结构体系，无论是简单的还是复杂的。

在有限元方法中，常用的计算工具有有限元分析软件、数值计算方法、计算机模拟等。

结构力学中的三种计算方法各有优缺点，应根据具体情况选择合适的方法进行计算。

静力学方法适用于简单的结构体系，动力学方法
适用于复杂的结构体系，有限元方法则适用于各种结构体系。

在实际工程中，常常需要综合运用这三种方法，以得到更加准确的计算结果。

第一章绪论一、教学内容结构力学的基本概念和基本学习方法。

二、学习目标∙了解结构力学的基本研究对象、方法和学科内容。

∙明确结构计算简图的概念及几种简化方法，进一步理解结构体系、结点、支座的形式和内涵。

∙理解荷载和结构的分类形式。

在认真学习方法论——学习方法的基础上，对学习结构力学有一个正确的认识，逐步形成一个行之有效的学习方法，提高学习效率和效果。

三、本章目录§1-1 结构力学的学科内容和教学要求§1-2 结构的计算简图及简化要点§1-3 杆件结构的分类§1-4 荷载的分类§1-5 方法论(1)——学习方法(1)§1-6 方法论(1)——学习方法(2)§1-7 方法论(1)——学习方法(3)§1-1 结构力学的学科内容和教学要求1. 结构建筑物和工程设施中承受、传递荷载而起骨架作用的部分称为工程结构,简称结构。

例如房屋中的梁柱体系，水工建筑物中的闸门和水坝，公路和铁路上的桥梁和隧洞等。

从几何的角度，结构分为如表1.1.1所示的三类:2. 结构力学的研究内容和方法结构力学与理论力学、材料力学、弹塑性力学有着密切的关系。

理论力学着重讨论物体机械运动的基本规律，而其他三门力学着重讨论结构及其构件的强度、刚度、稳定性和动力反应等问题。

其中材料力学以单个杆件为主要研究对象，结构力学以杆件结构为主要研究对象，弹塑性力学以实体结构和板壳结构为主要研究对象。

学习好理论力学和材料力学是学习结构力学的基础和前提。

结构力学的任务是根据力学原理研究外力和其他外界因素作用下结构的内力和变形，结构的强度、刚度、稳定性和动力反应，以及结构的几何组成规律。

包括以下三方面内容：(1) 讨论结构的组成规律和合理形式，以及结构计算简图的合理选择；(2) 讨论结构内力和变形的计算方法，进行结构的强度和刚度的验算；(3) 讨论结构的稳定性以及在动力荷载作用下的结构反应。

第一章概述1．动力荷载类型：根据何在是否随时间变化，或随时间变化速率的不同，荷载分为静荷载和动荷载根据荷载是否已预先确定，动荷载可以分为两类：确定性（非随机）荷载和非确定性（随机）荷载。

确定性荷载是荷载随时间的变化规律已预先确定，是完全已知的时间过程；非确定性荷载是荷载随时间变化的规律预先不可以确定，是一种随机过程。

根据荷载随时间的变化规律，动荷载可以分为两类：周期荷载和非周期荷载。

根据结构对不同荷载的反应特点或采用的动力分析方法不同，周期荷载分为简谐荷载（机器转动引起的不平衡力）和非简谐周期荷载（螺旋桨产生的推力）；非周期荷载分为冲击荷载（爆炸引起的冲击波）和一般任意荷载（地震引起的地震动）。

2．结构动力学与静力学的主要区别：惯性力的出现或者说考虑惯性力的影响3．结构动力学计算的特点：①动力反应要计算全部时间点上的一系列解，比静力问题复杂且要消耗更多的计算时间②于静力问题相比，由于动力反应中结构的位置随时间迅速变化，从而产生惯性力，惯性力对结构的反应又产生重要的影响4．结构离散化方法：将无限自由度问题转化为有限自由度问题集中质量法：是结构分析中最常用的处理方法，把连续分布的质量集中到质点，采用真实的物理量，具有直接直观的优点。

广义坐标法：广义坐标是形函数的幅值，有时没有明确的物理意义，但是比较方便快捷。

有限元法：综合了集中质量法与广义坐标法的特点，是广义坐标的一种特殊应用，形函数是针对整个结构定义的；有限元采用具有明确物理意义的参数作为广义坐标，形函数是定义在分片区域的。

①与广义坐标法相似，有限元法采用了形函数的概念，但不同于广义坐标法在全部体系(结构)上插值(即定义形函数),而是采用了分片的插值(即定义分片形函数)，因此形函数的公式(形状)可以相对简单。

②与集中质量法相比，有限元法中的广义坐标也采用了真实的物理量，具有直接直观的优点。

5．结构的动力特性：自振频率、振型、阻尼第二章分析动力学基础及运动方程的建立1．广义坐标：能决定质点系几何位置的彼此独立的量；必须是相互独立的参数2．约束：对非自由系各质点的位置和速度所加的几何或运动学的限制；(从几何或运动学方面限制质点运动的设施)3．结构动力自由度，与静力自由度的区别：结构中质量位置、运动的描述动力自由度：结构体系在任意瞬间的一切可能的变形中，决定全部质量位置所需要的独立参数的数目静力自由度：是指确定体系在空间中的位置所需要的独立参数的数目为了数学处理上的简单，人为在建立体系的简化模型时忽略了一些对惯性影响不大的因素确定结构动力自由度的方法：外加约束固定各质点，使体系所有质点均被固定所必需的最少外加约束的数目就等于其自由度4．有势力的概念与性质：有势力（保守力）：每一个力的大小和方向只决定于体系所有各质点的位置，体系从某一位置到另一位置所做的功只决定于质点的始末位置，而与各质点的运动路径无关。

建筑力学第三分册结构力学第五版课后答案第一章：概述1.1 建筑力学的定义建筑力学是研究建筑结构受力及其反应的力学学科。

它研究建筑结构的受力机理、稳定性、及其设计、计算、分析和检查等问题。

1.2 结构力学的定义结构力学是研究结构的受力规律、变形规律和运动规律的力学学科。

它主要包括静力学、动力学和稳定性等内容。

第二章：力学基础知识2.1 力的基本概念和单位力是物体间相互作用的结果，是使物体发生形变或运动的原因。

国际单位制中，力的单位是牛顿（N）。

2.2 受力分析法受力分析法是研究物体受到的力及其相互作用关系的方法。

通过将力的作用分解为平行于坐标轴的分力，可以更好地理解和计算物体的受力情况。

2.3 静力学平衡原理静力学平衡原理是指物体处于静力学平衡状态时，受力矩和受力合力均为零。

静力学平衡原理是结构力学分析的基本原理之一。

第三章：结构受力分析3.1 构件受力特点分析在结构受力分析中，首先需要进行构件受力特点的分析。

通过分析构件的几何形状、受力方式等因素，可以确定构件的受力特点，为进一步的受力计算提供基础。

3.2 力的平衡方程力的平衡方程是应用静力学平衡原理进行受力计算的基本工具。

通过编写力的平衡方程，可以解得构件受力的未知量。

3.3 弹性力学基本原理弹性力学基本原理是研究物体受力引起的变形规律的基础理论。

根据弹性力学基本原理，可以确定受力物体在各个截面上的应力和应变分布，并进行受力计算。

第四章：结构稳定性4.1 构件轴向受压稳定性构件轴向受压稳定性是指构件在受到轴向压力作用时，其稳定性的能力。

具体的稳定性计算方法包括欧拉公式和截面弯曲稳定性。

4.2 构件受弯稳定性构件受弯稳定性是指构件在受到弯矩作用时，其稳定性的能力。

欧拉公式和弯矩拟心法是常用的稳定性计算方法。

4.3 构件抗侧稳定性构件抗侧稳定性是指构件在受到侧向力作用时，其稳定性的能力。

弯扭组合稳定性和刚度稳定性是常用的稳定性计算方法。

第五章：结构应力分析5.1 简单应力分析简单应力分析是指对于一维应力状态下的结构构件，通过应力分析计算其受力情况。

结构力学Ⅰ-1教案课程名称：结构力学Ⅰ-1 适用专业、年级：土木工程2004级学年、学期：2006～2007学年，第一学期总学时：80学时任课教师：张来仪、陈朝晖、文国治、游渊、陈名弟等编写时间：2006年8月第1章绪论一、本章的教学目标及基本要求（1）了解结构力学课程的性质和讨论的内容。

（2）了解杆件结构分类。

（3）了解选取结构计算的原则；初步了解杆件结构怎样简化为计算简图。

（4）了解结构力学的学习方法。

二、本章各节教学内容及学时分配§1-1 结构力学的研究对象和任务（2学时）§1-2 杆件结构的计算简图§1-3 平面杆件结构的分类三、本章教学内容的重点和难点重点是掌握杆件结构常见支座和结点的基本类型及其计算简图的变形和受力特点。

难点是怎样将实际结构简化为计算简图。

四、本章教学内容的深化和拓宽适当介绍结构力学课程在土木工程专业教学计划中的地位和作用以及与后继专业课程的关系，以激发学生对本课程的重视和学习兴趣。

五、本章教学方式（手段）及教学过程中应注意的问题用多媒体课件介绍典型的房屋和桥梁工程结构，包括我国古代的和现代的一些伟大建筑物特点。

以增强学生的民族自蒙感和社会责任感。

六、本章的主要参考书目（一）结构力学（Ⅰ）龙驭球包世华主编，高等教育出版社，2001年1月（二）结构力学赵更新编，中国水利水电出版社，2004年4月（三）结构力学（上）李廉锟主编，高等教育出版社，1996年5月（四）结构力学（上）吴德伦主编，重庆大学出版社，1994年（五）结构力学（上）张来仪景瑞主编，中国建筑工业出版社，1997年（六）结构力学辅导—概念·方法·题解赵更新编，中国水利水电出版社，2001年七、各课时单元授课教案的具体内容§1-1 结构力学的研究对象和任务一、结构及按几何特征分类1、杆件结构2、薄壁结构3、实体结构二、结构力学的研究对象三、结构力学的任务§1-2 杆件结构的计算简图一、计算简图的定义二、选取计算简图的一般原则三、杆件结构的简化§1-3 平面杆件结构的分类一、梁二、拱三、刚架四、桁架五、组合结构第2章平面体系的几何组成分析一、本章的教学目标及基本要求本章的教学目标是：工程结构必然会受到荷载作用，必须学用几何不变体系。

结构力学最全知识点梳理及学习方法
一、结构力学基础知识：
1、力的分类：根据受力作用的物体的性质，可将力分为外力(外力作用于结构物体的外部，如重力、气压力、拉力等)和内力(内力作用于结构物体的内部，如弯矩、剪力等)；根据力的方向划分，可将它分为拉力、压力和旋转力；根据力的特性划分，可将它分为特殊力和普通力；根据力的大小和方向，可将它分为大力、小力、稳定力和不稳定力；根据受力物体的形状，可将它分为直线力、非直线力、旋转力和转动力等。

2、构件的类型：构件按照结构的组成形式，又分为横担、梁、柱、支撑、支座、腰椎和压杆等。

3、材料性质：构件的材料性质主要由弹性模量、屈服强度和杨氏模量等物理参数来表示。

4、结构形状：根据不同的表达方式，结构形状可分为直线式结构、曲线式结构、对称结构、反对称结构、非对称结构和无规则结构等。

5、运动学结构：可将力学结构分为机械运动结构和动力学结构，其中机械运动结构主要由动力系统、载荷系统和传动系统等部分组成；而动力学结构主要关注的是结构物体的动力运动情况，其中重点研究的是结构物体的运动特性，如动力传递、动力控制和动力分析等。