结构实验技术讲稿模型试验015次课39.ppt

* 在国际单位制中，规定了若干物理量单位为基本单位，即长度用米，时间用秒，力用牛顿(质量用千克)，温度用开尔文，电流用安培。在相似模型中，以上5个物理量的相似常数称为基本相似常数。除这5个基本相似常数外，其他相似常数称为导出相似常数。例如，速度的相似常数可用长度相似常数和时间相似常数表示。 结构静力模型涉及长度和力2个基本物理量，结构动力模型涉及长度、力和时间3个基本物理量。 * 二、相似定理 相似定理涉及下列基本概念： 1. 相似指标 两个系统中的相似常数之间的关系式称为相似指标。若两系统相似，则相似指标为1。下面以牛顿第二定律为例加以说明。 原型 模型 * 引入相似常数后 因模型与原型相似，得到相似指标： * 2 相似判据 又称为相似准则或相似准数，它是由物理量组成的无量纲量。例如，上式得到： 上式就表示了一个相似判据。当模型和原型各物理量满足上式时，两个系统相似。在相似定理中，习惯上用希腊字母 表示相似判据，即 不变量 * §4-2 相似理论 3 单值条件 单值条件是指决定一个物理现象基本特性的条件。单值条件使该物理现象从其他众多物理现象中区分出来。属于单值条件的因素有：系统的几何特性，材料特性，对系统性能有重大影响的物理参数，系统的初始状态，边界条件等。 * §4-2 相似理论 4 相似误差 在结构模型试验中，由于相似条件不能得到完全满足，由模型试验的结果推演原型结构性能时产生的误差称为相似误差。应当指出，在结构试验中，相似误差是很难完全避免的，但应减少相似误差对主要研究的物理现象的影响。 * 相似定理： 1．相似第一定理 相似第一定理的表述为：彼此相似的现象，单值条件相同，相似判据的数值相同。这个定理揭示了相似现象的本质，说明两个相似现象在数量上和空向中的相互关系。 不变量 此式表示各物理量之间的比例为一常数。相似第一定理中的“相似判据数值相同”，就是指原型系统的 和模型系统的 相同时，两个系统相似。 * 注意: 在结构模型试验中，要判断模型和原型是否相似，几何相似虽然是十分重要的条件但并不是决定模型性能与原型性能相似的惟一条件。相似第一定理中，除要求相似判据的数值相同外，还要求单值条件相同。单值条件构成相似性要求的独立条件。例如，对于上述牛顿第二定律系统，如果模型和原型的初始条件不同，即使两个系统的数值相同，两个系统也不会相似。 * 应用:按照相似第一定理，利用相似判据把相似现象中对应的物理量联系起来，并说明它们之间的关系，这样就便于在结构模型试验中，应用相似理论从描述系统性能的基本方程中寻求所研究现象的相似判据及其具体形式，以便将模型试验的结果正确地转换到原型结构。 * 谢谢！ Lab of Prof. Tian Shizhu Lab of Prof. Tian Shizhu Lab of Prof. Tian Shizhu * 苏州科技学院 土木工程学院 结构实验技术 田石柱 教授 * 第四章 结构模型试验 在进行结构性能试验时，作为结构试验的试件可以是真实结构，也可以是其中的某一部分。若把真实结构称作真型（原型）或足尺，则不论是整体或它的一部分，由于都是足尺，势必导致试验的规模很大，所需加荷设备的容量和费用会很高，制作费和加工费也随之增加。所以除了少数在原型结构上进行的检验性试验以外，一般的研究性试验都是模型试验。 * §4-1 概 述 结构模型试验是工程结构设计和理论研究的主要手段之一。 结构试验分析方法通过结构试验(其中主要是结构模型试验)，得到体形复杂或受力状况特殊的结构或结构的一部分的内力、变形、动力特性、破坏形态等，为结构设计或复核提供依据。 基于计算机结构分析方法已经能够解决很多复杂的结构分析问题，但结构模型试验仍有不可替代的地位。 * §4-1 概 述 模型试验的理论基础是相似理论。 仿照原型结构，按相似理论的基本原则制成的结构模型，它具有原型结构的全部或部分特征。 通过试验，得到与模型的力学性能相关的测试数据，根据相似理论，可由模型试验结果推断原型结构的性能。 * 模型试验优点 1．经济性好 由于模型结构的几何尺寸小，因此试件的制作容易，拆装方便，节省材料、劳力和时间，并且同一个模型可进行多个不同目的的试验。在荷载方面尤为突出，在一般常用的相似条件下，集中荷载的减少与几何尺寸的缩小成平方关系。若原型结构上作用着100KN的集中荷载，一个缩尺比为1/20的模型仅需0.25K