《结构力学极限荷载》课件.ppt

*****************引言结构力学是研究结构在各种荷载作用下的力学行为，是土木工程、机械工程、航空航天等领域的基础学科。极限荷载分析是结构力学的重要分支，用于预测结构在破坏或失效前的承载能力。1.1极限荷载分析的重要性结构安全极限荷载分析有助于确定结构在极限状态下的承载能力，确保结构的安全性和可靠性。优化设计通过分析，可以确定结构的最佳尺寸和材料，优化结构设计，降低成本。经济效益极限荷载分析可以帮助避免结构过设计，节省材料和成本，提高工程经济效益。1.2极限荷载分析的应用领域桥梁设计确保桥梁在承受极限荷载时保持安全稳定，避免坍塌或过度变形。建筑物设计确保建筑物在强风、地震或其他极端情况下能够承受极限荷载，保证安全。大型机械设计确保大型机械在工作过程中承受极限荷载，避免因结构失效造成事故。航空航天结构设计确保航空航天器在飞行过程中能够承受极限荷载，保证安全性和可靠性。2.塑性理论基础塑性理论是极限荷载分析的核心基础，它研究材料在屈服后的行为，并提供计算极限荷载的理论依据。2.1应力应变关系1弹性阶段应力和应变成正比，材料恢复原状。2屈服阶段应力达到屈服极限，应变增加，材料发生永久变形。3强化阶段应力超过屈服极限，应变增加，材料发生塑性变形。4颈缩阶段应力达到极限强度，应变急剧增加，材料最终断裂。2.2塑性屈服准则屈服强度材料发生明显塑性变形的应力值，是结构承载力的重要指标。屈服准则描述材料进入塑性状态的条件，常用的有最大应力准则、最大剪应力准则和冯·米塞斯准则。塑性变形材料在屈服强度之后发生的永久变形，影响结构的稳定性和承载能力。2.3塑性应变率定义塑性应变率是指材料在塑性变形过程中，应变随时间变化的速率。塑性应变率的大小与材料的性质、应力水平和温度等因素有关。影响因素材料的硬度和韧性会影响塑性应变率。较硬的材料通常具有较低的塑性应变率，而较韧的材料通常具有较高的塑性应变率。3.刚性-完全塑性分析刚性-完全塑性分析是一种简化的结构分析方法，假设结构材料为理想刚塑性材料，即在屈服后无限大的应变能力。这种方法适用于分析结构的极限承载能力，特别是在塑性变形对结构破坏起主要作用的情况下。3.1理想化结构模型简化假设为了简化分析，结构模型通常进行理想化。例如，将梁简化为线元素，忽略其横截面尺寸。忽略材料的非线性特性，假设材料在屈服后仍然保持线性应力应变关系。几何形状结构的几何形状会影响其力学性能。模型中应考虑结构的真实几何形状，例如梁的长度、柱的高度等。模型应考虑结构的支撑条件，例如简支、固定或铰支承。3.2平衡方程力平衡静力学基本原理，结构受到外力作用，必须保持静止状态，各力必须平衡。力矩平衡结构受力后，各力矩相加必须为零，防止结构发生转动。边界条件结构与外部支撑或连接点的约束条件，例如固定支座、铰支座等。3.3塑性机构分析塑性机构的形成塑性机构是指结构在达到极限荷载时，出现塑性铰的结构形式。塑性机构的判定根据结构的几何形状和材料的屈服强度，判断结构是否形成塑性机构。塑性机构的稳定性塑性机构的稳定性是指在极限荷载作用下，塑性机构是否能保持稳定状态。塑性机构的应用塑性机构分析可以用来计算结构的极限荷载，并确定结构的失效模式。梁的极限荷载分析极限荷载分析是结构力学的重要内容之一，该部分将重点探讨梁的极限荷载问题。4.1简支梁11.概述简支梁是结构力学中最基本的梁类型之一，两端自由支撑，承受外力作用。22.极限荷载计算采用塑性理论方法，根据梁的截面形状、材料性质和荷载条件，计算梁的极限荷载值。33.塑性铰在极限荷载作用下，梁的某些截面发生塑性屈服，形成塑性铰，导致结构整体失稳。44.典型案例简支梁的极限荷载分析在建筑、桥梁、机械等领域都有广泛应用。4.2连续梁连续梁连续梁是指跨越两个或多个支座的梁，连续梁具有良好的承载能力和刚度，在桥梁、建筑物等结构中广泛应用。极限荷载分析连续梁的极限荷载分析需要考虑梁的各个支座处的约束条件，通过建立平衡方程和塑性机制来求解极限荷载。塑性铰连续梁在达到极限荷载时，会在某些位置形成塑性铰，塑性铰的形成会导致梁的破坏。4.3悬臂梁悬臂梁的定义悬臂梁是一种一端固定，另一端自由的梁。悬臂梁通常用于建筑物和桥梁等结构中。悬臂梁的极限荷载悬臂梁的极限荷载是导致梁破坏的最大荷载。极限荷载取决于梁的材料、截面和跨度。框架结构的极限荷载分析框架结构是建筑工程中常见的结构形式，对其进行极限荷载分析至关重要。了解框架结构在极限荷载下的承载能力，确