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AllRightsReserved第11章矩阵位移法●本章教学的基本要求:掌握用矩阵位移法计算平面杆件结构的原理和方法。包括单元和结点的划分;单元和结构坐标系中单元刚度矩阵的形成;用单元定位向量形成结构刚度矩阵;形成结构综合结点荷载列阵;结构刚度方程的形成及其求解;结构各杆内力和支座约束力的计算。掌握矩阵位移法的计算步骤。●本章教学内容的重点:用先处理法形成结构刚度矩阵和综合结点荷载列阵。●本章教学内容的难点:用先处理法形成结构刚度矩阵中各步骤的物理意义;单元刚度矩阵和结构刚度矩阵中刚度系数的物理意义和求法;矩阵位移法与位移法之间的联系与区别。
AllRightsReserved●本章内容简介:11.1概述11.2杆件结构的离散化11.3单元坐标系中的单元刚度矩阵11.4结构坐标系中的单元刚度矩阵11.5用先处理法形成结构刚度矩阵11.6结构的综合结点荷载列阵11.7求解结点位移和单元杆端力11.8矩阵位移法的计算步骤和算例第11章矩阵位移法
AllRightsReserved11.1概述11.1.1结构矩阵分析结构矩阵分析以结构力学的原理为基础,采用矩阵进行运算,公式紧凑,形式统一,便于计算过程的规格化和程序化,满足电子计算机进行自动化计算的要求。11.1.2结构矩阵分析的两类方法力法位移法传统结构分析方法结构矩阵分析方法矩阵力法(柔度法)矩阵位移法(刚度法)结构矩阵分析有时也称为杆件结构的有限单元法。
AllRightsReserved11.1.3矩阵位移法的三个基本环节矩阵位移法就是以矩阵形式表达的位移法。1.结构的离散化2.单元分析3.整体分析把结构划分为有限个较小的单元,各单元只在有限个结点处相连。分析杆单元的杆端内力与杆端位移之间的关系,以矩阵形式表示,建立单元刚度方程。通过考虑各结点的变形协调条件和平衡条件,建立整个结构的刚度方程,以求解原结构的结点位移。11.1概述
AllRightsReserved11.2杆件结构的离散化11.2.1单元与结点的划分和编号1.单元与结点的划分基本要求:保证单元为等截面直杆。此外,应兼顾计算的方便和结构的特殊形式。2.单元与结点的编号单元号用①、②、③、…表示;结点号用1、2、3、…表示。
AllRightsReserved11.2.2两种直角坐标系矩阵分析中,为了矢量分析的方便,需要采用两种直角坐标系,即结构坐标系和单元坐标系。采用右手旋转直角坐标系,如图所示。11.2杆件结构的离散化
AllRightsReserved11.2.3单元杆端力和杆端位移的表示方法单元杆端截面的内力和位移分别称为单元杆端力和杆端位移。平面刚架中的第e个单元,其始端和末端的结点编号分别为i和j。11.2杆件结构的离散化
AllRightsReserved1.单元坐标系中的单元杆端力和杆端位移在单元分析时,各杆端力和杆端位移均应按照一定的次序排列,一般规定先“始端”后“末端”。11.2杆件结构的离散化
AllRightsReserved2.结构坐标系中的单元杆端力和杆端位移杆端线位移与结构坐标系正向一致为正,杆端转角以顺时针方向为正。11.2杆件结构的离散化
AllRightsReserved11.2.4单元坐标转换为了便于利用单元坐标系中的单元杆端力和杆端位移来建立结构坐标系中的结构刚度方程,有必要建立单元杆端力和杆端位移在两种坐标系之间的转换关系。11.2杆件结构的离散化
AllRightsReserved写成矩阵形式,则有(11-5)(11-6)11.2杆件结构的离散化
AllRightsReserved其中(11-7)称为平面刚架单元坐标转换矩阵,它是正交矩阵,因而满足(11-8)不同坐标系下,单元杆端力转换关系如下11.2杆件结构的离散化
AllRightsReserved(11-6)(11-9)(11-10)(11-11)单元杆端位移与单元杆端力一样,同为矢量,故不同坐标系下单元杆端位移的转换关系与单元杆端力的相同,具体如下11.2杆件结构的离散化
AllRightsReserved11.3单元坐标系中的单元刚度矩阵11.3.1一般单元的单元刚度方程和单元刚度矩阵单元杆端力和杆端位移之间的转换关系,称为单元刚度方程。单元刚度矩阵是杆端力与杆端位移之间的转换矩阵。在单元坐标系中,单元刚度方程可表示为为单元坐标系中的单元刚度矩阵。式中,
AllRightsReserved在线弹性小变形范围内,可忽略轴向变形与弯曲变形之间的相互影响,根据杆件的拉压胡克定律和无
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