结构设计中的力学和构造基本原理.pptxVIP

结构设计中的力学和构造基本原理昆明市建筑设计研究院2008年7月16日

平衡条件：遵守经典物理世界运动基本原理,牛顿三大运动定律物理条件：本构关系（应力应变等）几何条件：几何构成、变形协调边界条学分析中需要考虑的三种条件

F-ma＝03、动力学平衡条件：达朗贝尔原理03F＝02、物体处于静止状态的必要条件，所受合力为零：02牛顿第三运动定律：F＝ma1、不受外力作用的物体，永远将保持静止或匀速直线运动。01平衡条件

01在任一方向上均为零。1、截取任一结构部件，作用于其上的荷载的合力02分量需要相互独立），力系合成和分析可以在任意方向上进行。2、据此，力学分析可以采用任意坐标系（但坐标03的真实内力。故满足力学平衡条件条件。只是结构真实内力的必要条件。3、满足平衡条件要求的内力，不一定是结构所受结构处于平衡的条件经典物理世界，任何物质的运动均遵守牛顿三大运动定律。但各种介质表现出来的物理现象千差万别，主要原因在于介质的本构关系不同。一般地，本构关系大体可以归于两类:麦氏（麦克斯威尔）体开氏（开尔文）体详细可参考：《辛弹性力学》（中国科学技术大学出版社）或者粘弹性力学方面的教材。物理条件（本构关系）

传统认识中的这两类物质，其性状与荷载作用于其上的时间密切相关。01任何物质都有蠕变和松弛特性，但各种物质的松弛时间各不相同。（Maxwell）02举例：水下核爆炸、地质变迁03现代力学统一将流体和固体称之为流变体。04固、液体的界定

松弛：材料在固定位移加载情况下，其应力随时间而减下的现象。蠕变：材料在固定应力荷载作用下，其应变随时间而增加的现象。上述两种非线性现象，还与与温度、应力水平等因素有密切关系。010203松弛和蠕变的力学定义

几种典型材料的松弛时间：水：坚硬岩石：沥青：松弛时间：定义为材料实际应力减小为初始应力的37%时，所需要的时间。2341松弛时间

两者动力学均遵守经典力学中的质量守恒和牛顿三大运动定律。它们的动力学平衡控制方程在形式上完全相同。两种物质遵守相同的客观运动物理规律0102传统固、液体力学的部分共性

在荷载作用时间很长的情况下，固体可能表现出液体的性状，而当荷载作用时间足够短时，液体也可表现出固体的性状。在荷载作用下，两者都会表现出平衡分叉现象，也可认为是混沌现象。固体力学中的失稳：稳定分叉流体力学中的湍流：不稳定分叉

物质不同，它们的本构也不同。导致虽然遵守相同的运动规律，但却表现出看似完全不同的物理现象在数学上，当把本构方程代入到完全相同的平衡控制方程后，得到的将是在形式和内容上均有显著差异的动量方程。传统固体，当作用于其上的荷载不发生变化时，在有限的时间里，物体就一般不再发生显著的变形，而液体则不同，只要荷载不移去，变形就会永远继续下去。传统固、液体力学的部分异性

固体在荷载作用下的各稳定状态间的间隔较大；例如压杆总是出现临界荷载较低的失稳模态。而液体的运动粘性系数很低，运动过程中表现出高度的几何非线性。由于物理现象的显著差别，固体力学和液体力学的研究方法存在很多差别。例如：计算力学中的很多数值方法，在流体动力学中不再具有适用性。即使在计算流体力学中，可压缩流体与不可压缩流体的数值研究方法均有很大的差异。0102

广义本构方程：非各向同性材料的本构关系，比较复杂：目前，岩土领域可查阅到的本构关系，有100种以上。各向同性弹性材料：虎克定律本构关系，是一切力学分析的基础。在非线性（材料非线性、几何非线性）力学中，本构关系与结构内力水平、时间密切相关2341固体力学中的本构关系

复杂结构的几何可变性分析，一般会用到几何拓扑学，该学科是专门研究物体几何构成的学科。结构的几何形状、几何构成。理论上，几何不变的结构都是可以实现的。结构首先必须是几何不变的。四角锥网架的几何可变性问题；钢结构屋盖系统中的屋盖、支撑、系杆、檩条设置的目的就是为了构成一个在空间上几何不变的屋盖体系。几何条件

是组成结构的各部分保持整体、不发生局部撕裂、断裂、倒塌等非连续性损坏必须遵守的条件。在有限元(在连接节点处是连续的，在节点之间是用形函数来协调)分析中的形函数。直接影响着分析的精度和可靠性。01变形连续直接影响着结构内力、应力组成构件间的分配，分配原则，以考虑边界条件、初始条件、几何条件以后的结构刚度为分配标准。（弹性地基梁、平面交叉梁系）02变形协调

涉及松弛和蠕变现象较为敏感的材料时，必须关注加载速率、荷载持续时间。例如公路工程中的沥青混凝土、油膏受荷特性。在超长、超厚或超大混凝土结构的分析和设计中，必须考虑混凝土的收缩和徐变（包括温度