01海洋工程结构力学-绪论

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:

表1.1.1 结构的分类

分类名称 特点 实例

杆件结构 由杆件组成的结构，是结构力学的研究对象 梁、拱、刚架、桁架

板壳结构 又称壁结构，几何特征是其厚度要比长度和宽度小得多 房屋中的楼板和壳体屋盖

实体结构 长、宽、厚三个尺度大小相仿 水工结构中的重力坝

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：

天津大学船舶与

海洋工程8结构力

学课件第一目录

•课程介绍与背景

•弹性力学基础

•杆件结构力学

•梁板结构力学

•船舶结构力学

•海洋工程结构力学

•结构优化设计方法

•课程总结与展望

01

课程介绍与背景船舶与海洋工程概述

船舶工程

研究船舶设计、建造、试验和运行的工程领域，涉及船舶总体、船体、轮机、电气等多个方面。

海洋工程

以开发利用海洋资源为目标的综合性工程，包括海洋油气开发、海底资源开发、海水淡化、海洋能利用等。发展趋势

随着科技的不断进步，船舶与海洋工程领域正朝着大型化、智能化、绿色环保等方向发展。

结构设计与优化

运用结构力学原理进行船舶与海洋工程结构的设计和优化，确保结构的安全性和经济性。结构强度与稳定性分析

通过结构力学方法分析船舶与海洋工程结构在复杂环境中的强度、刚度及稳定性。结构动力学与振动控制

研究结构在动力荷载作用下的响应及振动控制，提高结构的抗振性能。结构力学在船舶与海洋工程中的应用

030201涵盖结构力学基本概念、静力学、动力学、弹性力学等基础理论及其在船舶与海洋工程中的应用。

培养学生掌握结构力学基本原理和方法，具备分析和解决船舶与海洋工程结构问题的能力，为从事相关领域的研究和实

践打下基础。课程内容与教学目标

教学目标课程内容

02

弹性力学基础弹性体

弹性变形应力

应变弹性力学基本概念

指在外力作用下能够发生变形，当外力去除后能够完全恢复原来形状的物体。单位面积上的内力，表示物体内部的受力状态。

弹性体在外力作用下发生的可逆变形。物体在外力作用下发生的相对变形。表示物体内部各点应力之间必须满足的平衡条件。

平衡方程

描述物体变形与位移之间的关系。几何方程

表示应力与应变之间的本构关系，即广义胡克定律。

物理方程弹性力学基本方程边界条件弹性体在边界上必须满足的位移或应力条件。

圣维南原理在弹性力学中，如果外力作用在物体的一小部分边界上，则只在该部分边界附近产生显著的应力集中，而

在远离该部分边界的区域，应力分布几乎不受影响。这一原理为简化复杂弹性力学问题提供了依据。边界条件与圣维南原理

1 第一章 绪论（约3学时）

§1-1结构力学的研究对象和任务

一、结构和结构的分类

力：物体之间的相互作用；

力学：理论力学，弹性力学，材料力学，结构力学，塑性力学，粘塑性力学，液体力学，断裂力学等

结构：用建筑材料组成在建筑物中承担荷载并起骨架作用的部分，称为结构。如梁、柱、楼板、桥梁、堤坝及码头等。结构力学：

构件：结构中的各个组成部分称为构件。

结构的类型：可从不同方面进行分类

从结构型式划分：砖混结构、框架结构、剪力墙结构、框剪结构、框筒结构；

从建筑材料划分：砖石结构、木结构、混凝土结构、钢筋混凝土结构、钢结构、组合结构等；

从空间角度划分：平面结构、空间结构等

以上结构从几何角度来分，有：

（1）杆系结构：由杆件组成，杆件的长度远大于其横截面的宽度和高度，这是本课的研究内容。建筑结构中的梁、柱、桥梁、框架结构等

（2）板壳结构：厚度尺寸远小于长度和宽度，即薄壁结构；板、壳、墙体等。弹性力学

（3）实体结构：长、宽、高三个几何尺寸属于同一数量级；基础、坝体等。弹性力学

二、结构力学研究对象：平面杆系结构

材料力学：研究单个杆件的强度、刚度及稳定性问题；

结构力学：以杆件结构为研究对象；

2 弹性力学：对杆件作更精确的分析，并以板、壳、块体等实体结构为研究对象。

注：结构力学：常指狭义的方面，即平面杆件结构力学。

三、结构力学的任务（从结构设计的内容引出）

1、土木工程项目建设过程

1） 业主投资：可行性研究、报建立项、城建规划土地批文、招标投标

2） 设计：方案、（工艺）、建筑、结构、设备（水暖电火自控）[初步、技术、施工]

3） 施工（承包人、材料供应、运输、保险、质检、定额、银行）、投入运行

4） 全过程控制：监理

2、设计部分

指建筑、结构、设备施工图及相应的设计说明书，供施工需要。结构设计过程与步骤:

(1)选择合理承重体系及构件几何尺寸；

(2)引入简化假定，取计算简图，进行结构分析；

海洋工程结构力学与振动控制研究

概述

海洋工程结构力学与振动控制研究旨在解决海洋工程结构面临的复杂环境下的力学及振动问题，以确保工程结构的安全可靠性和耐久性。海洋环境对工程结构施加的载荷和振动导致结构的疲劳、振动以及动力响应等问题，这些都需要进行深入研究和控制。

力学分析

海洋工程结构面临的力学问题主要包括流体力学效应、水动力效应、风荷载以及海况波浪等。流体力学效应研究了水流对结构的运动以及阻尼的作用，该研究主要基于流体力学、动力学和控制理论。水动力效应分析了水中运动的结构在面临水流冲击时所受到的力量。风荷载是指风对海洋工程结构施加的力量，包括风速、风向和气动力等因素的影响。海况波浪对海洋结构的振动和力学响应产生重要影响，研究波浪与结构的相互作用是提高结构性能的关键。

振动控制

海洋工程结构的振动控制是保障工程结构安全可靠性的重要措施之一。主要研究包括结构动力响应控制、振动压制、减振装置设计和结构监测系统等。动力响应控制是通过改变结构的自振频率和阻尼特性，减小结构的动力响应。振动压制研究了利用外部力和反馈控制等技术来抵消结构振动的影响。减振装置设计旨在通过增加结构的耐震性能，改变结构的振动模态和振型，从而降低结构在海洋环境中的振动响应。结构监测系统可以实时监测和评估结构的振动响应，及时采取措施进行调整和干预。

海洋工程保护

海洋工程结构的保护是确保结构正常运行和预防结构受到破坏的重要任务。主要研究内容包括海水腐蚀、海水侵蚀、污染物对结构的影响等。海水腐蚀是指结构在海洋环境中长期暴露后，因海水中的氯离子和硫化物离子等在结构表面引起的腐蚀作用。海水侵蚀则是指海洋中潮汐、风浪等因素对结构产生的冲刷、侵蚀和剥落等破坏作用。污染物对结构的影响是指结构在面临海洋环境中的污染、沉积物以及生物腐蚀等。

未来发展趋势

近年来，随着海洋油气开发、海洋风电等领域的快速发展，对海洋工程结构力学与振动控制研究的需求不断增长。未来的研究方向主要包括发展更精确的数值模拟方法、引入智能化技术、加强结构监测与维护等。 首先，引入高性能计算和模拟软件，以提高数值模拟的准确性和效率。利用数值模拟方法，可以更好地预测海洋环境对工程结构的影响，优化结构设计，改进结构的耐久性和抗风险能力。