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有限元法是计算固体力学的常用方法,其基本思想是将研究对象解耦成几个单元分别分析。其中,在对单元体进行力学特性计算的时候,单元刚度矩阵(element stiffness matrix)将力与变形联系起来,是非常重要的系数矩阵。
1考虑到应变与位移的关系以及广义虎克定律,并代入虚功原理,可以得到有限元分析的基本方程:[K]{D}={R}(2)其中,[K]=A[B]T[D][B]J|tdξdη 称为刚度矩阵,{R}=∫Γ[N]T{F}|J|dξdη 称为节点载荷向量
2、式中[K]称为刚度矩阵,{D}为需要求解的节点位移向量,{R}反映的是外界荷载及约束的影响.同其它线弹性结构有限元软件一样,钢岔管有限元程序最终也是归结为求解该线性代数方程组
刚度矩阵和刚度差不多 就是把刚度变到了多维 比考虑了在多维的情况下 各个维度的相关性。单元刚度矩阵在有限元的概念,把物体离散为多个单元分析,每个单元的刚度矩阵,也就是单元刚度矩阵简称单刚。
选用局部坐标系,都是以杆件的轴线作为x轴。但从整体分析时,在一个结构中,各个杆件的杆轴方向不尽相同,各个局部坐标系也不尽相同,很不统一。为了便于整体分析,必须选用统一的公共坐标系,称为整体坐标系。从局部坐标系的单元刚度矩阵到整体坐标系下的单元刚度矩阵是很关键的一步。
节点编码:在整体分析中,节点位移在结构中要进行统一编码,称为总码。在单元分析中,每个单元的两个节点位移各自的编码,称为局部码。
当得到了整体坐标系下各单元的单元刚度矩阵时,就需要按照两种编码对各个单元刚度矩阵进行整合,以形成整体坐标系下的整体刚度矩阵。
矩阵数学表达力强,运算简洁方便并且适于计算机组织运算,是用计算机进行结构数值分析的最强有力的数学工具。
矩阵位移法与结构力学的力法和位移法相对应,也就是结构的矩阵分析方法。
矩阵位移法便于编制程序,因而在工程界得到广泛应用。
矩阵位移法并不因采用矩阵数学的描述手段,而改变位移法的基本原理。它与位移法的区别仅仅在于表达形式不同。 2100433B
矩阵位移法在对支承条件处理的先后顺序上又分为后处理与前处理两种方法,后处理计算程度易于编写,但通用性差。前处理计算程序编写较为繁琐,但通用性好。
矩阵位移法是以传统结构力学的位移法为理论基础,利用矩阵在计算机上进行运算的一种方法。它的解题方法可分为两大步骤:
(1)单元分析——研究单元的力学特性。
(2)整体分析——考虑单元的集合,研究整体方程组的组成原理和求解方法。
电算与手算不同:手算怕繁,电算怕乱;手算怕重复性的大量运算;电算怕头绪太多及灵活机动的计算方法。手算追求机敏的计算技巧;电算追求系统化的计算程序。手算的“好”方法是运算次数较少的方法;电算的“好”方法是程序简单,精度高,通用性强的方法。
CD部分是静定的,最后弯矩图加上这个部分(悬臂梁弯矩图);把D点的荷载简化到C点(顺时针集中力偶矩10KN.m,竖向力5KN不影响计算),用位移法求解只有一个未知量(C点的转角).
(参考同济大学的朱慈勉编的结构力学):杆端弯矩,转角,弦转角均以顺时针为证(即线位移以使杆件顺时针旋转为正)。由牛顿第三定律,杆件对结点弯矩以逆时针为证。i指的是杆件线刚度,均取正号。至于外力作用的固...
CD部分是静定的,最后弯矩图加上这个部分(悬臂梁弯矩图);把D点的荷载简化到C点(顺时针集中力偶矩10KN.m,竖向力5KN不影响计算),用位移法求解只有一个未知量(C点的转角).
矩阵位移法分析弹性地基上空间巨型框架结构
矩阵位移法分析弹性地基上空间巨型框架结构——将空间巨型框架结构的辅助框架中的柱只考虑其轴向变形,将基沿巨型框架梁的轴线方向连续化后,作为巨型梁单元的弹性地基,然后将巨型柱和巨型弹性地基梁组成空间巨型框架,在考虑了地基的弹性变形后,用矩阵位移法...
矩阵位移法在杆系预应力混凝土结构中的应用
矩阵位移法在杆系预应力混凝土结构中的应用——以平面正则刚架为例,介绍了杆系预应力砼结构的矩阵位移法,系统分析了预应力混凝土构件是混凝土材料高抗压性能和钢材高抗拉性能的理想组合,其结构广泛应用于各种具有大空间需要的建筑之中,并提出了随结构超静定...
《普通高等教育"十二五"规划教材:结构力学电算》着重介绍了结构力学电算的基本方法,包括结构体系的数值化、矩阵位移法及利用矩阵位移法分别对平面超静定结构和空间超静定结构进行分析。
前辅文
第11章 矩阵位移法——结构矩阵分析基础
§11-1 概述
§11-2 结构体系的数值化
§11-3 单元分析
§11-4 连续梁的整体刚度矩阵
§11-5 刚架的整体刚度矩阵
§11-6 等效结点荷载向量
§11-7 矩阵位移法的计算步骤
§11-8 桁架及组合结构的矩阵位移法
§11-9 小结
§11-10 思考与讨论
习题
第12章 结构动力计算基础
§12-1 结构动力计算的特点和动力自由度
§12-2 单自由度体系的自由振动
§12-3 单自由度体系的强迫振动
§12-4 阻尼对振动的影响
§12-5 双自由度体系的自由振动
§12-6 双自由度体系在简谐荷载下的强迫振动
§12-7 小结
§12-8 思考与讨论
习题
第13章 能量原理
§13-1 可能内力与可能位移
§13-2 应变能与应变余能
§13-3 势能驻值原理
§13-4 势能法与位移法之间的对偶关系
§13-5 由势能原理推导矩阵位移法基本方程
§13-6 余能驻值原理
§13-7 余能法与力法之间的对偶关系
§13-8 分区混合能量驻值原理
*§13-9 卡氏第一与第二定理和克罗蒂-恩格塞定理
*§13-10 势能和余能偏导数定理——卡氏定理的推广
*§13-11 分区混合能量偏导数定理
§13-12 结构力学中的对偶关系
§13-13 思考与讨论
习题
*第14章 结构矩阵分析续论
*§14-1 概述
*§14-2 单元平衡矩阵及其两种方案(局部坐标系)
*§14-3 单元几何矩阵及其两种方案(局部坐标系)
*§14-4 “平衡-几何”互伴定理
*§14-5 整体坐标系中的单元平衡矩阵与单元几何矩阵
*§14-6 整体平衡矩阵与整体几何矩阵
*§14-7 本构矩阵
*§14-8 刚度矩阵的新算式
*§14-9 矩阵内力法及其两种应用方案
*§14-10 超静定结构的矩阵冗力法
*§14-11 思考与讨论
*习题
第15章 结构动力计算续论
§15-1 多自由度体系的自由振动
§15-2 多自由度体系主振型的正交性和主振型矩阵
§15-3 多自由度体系的强迫振动
§15-4 无限自由度体系的自由振动…
*§15-5 无限自由度体系自由振动的常微分方程求解器解法
§15-6 近似法求自振频率
*§15-7 有限元法求刚架的自振频率…
*§15-8 用求解器求解自振频率与振型
§15-9 小结
§15-10 思考与讨论
习题
第16章 结构的稳定计算
§16-1 两类稳定问题概述
§16-2 两类稳定问题计算简例
§16-3 有限自由度体系的稳定——静力法和能量法
§16-4 无限自由度体系的稳定——静力法
§16-5 无限自由度体系的稳定——能量法
*§16-6 无限自由度体系稳定的常微分方程求解器法
*§16-7 刚架的稳定——有限元法
*§16-8 组合杆的稳定
*§16-9 拱的稳定
*§16-10 考虑纵向力对横向荷载影响的二阶分析
*§16-11 用求解器求临界荷载和失稳形态
§16-12 小结
§16-13 思考与讨论
习题
第17章 结构的极限荷载
§17-1 概述
§17-2 极限弯矩、塑性铰和极限状态…
§17-3 超静定梁的极限荷载
§17-4 比例加载时判定极限荷载的一般定理
*§17-5 刚架的极限荷载——增量变刚度法
*§17-6 用求解器求极限荷载
§17-7 小结
§17-8 思考与讨论
习题
第18章 结构力学与方法论
§18-1 静定结构算法中蕴含的方法论
§18-2 超静定结构算法中蕴含的方法论
§18-3 力学方法论的常用三法
§18-4 分合法
§18-5 对比法
§18-6 过渡法
§18-7 结构力学之道
附录A 习题答案
附录B 平面刚架程序的框图设计和源程序
索引
参考文献
Synopsis
Contents 2100433B
前辅文
第11章 矩阵位移法——结构矩阵分析基础
§11-1 概述
§11-2 结构体系的数值化
§11-3 单元分析
§11-4 连续梁的整体刚度矩阵
§11-5 刚架的整体刚度矩阵
§11-6 等效结点荷载向量
§11-7 矩阵位移法的计算步骤
§11-8 桁架及组合结构的矩阵位移法
§11-9 小结
§11-10 思考与讨论
习题
第12章 结构动力计算基础
§12-1 结构动力计算的特点和动力自由度
§12-2 单自由度体系的自由振动
§12-3 单自由度体系的强迫振动
§12-4 阻尼对振动的影响
§12-5 双自由度体系的自由振动
§12-6 双自由度体系在简谐荷载下的强迫振动
§12-7 小结
§12-8 思考与讨论
习题
第13章 能量原理
§13-1 可能内力与可能位移
§13-2 应变能与应变余能
§13-3 势能驻值原理
§13-4 势能法与位移法之间的对偶关系
§13-5 由势能原理推导矩阵位移法基本方程
§13-6 余能驻值原理
§13-7 余能法与力法之间的对偶关系
§13-8 分区混合能量驻值原理
*§13-9 卡氏第一与第二定理和克罗蒂-恩格塞定理
*§13-10 势能和余能偏导数定理——卡氏定理的推广
*§13-11 分区混合能量偏导数定理
§13-12 结构力学中的对偶关系
§13-13 思考与讨论
习题
*第14章 结构矩阵分析续论
*§14-1 概述
*§14-2 单元平衡矩阵及其两种方案(局部坐标系)
*§14-3 单元几何矩阵及其两种方案(局部坐标系)
*§14-4 “平衡-几何”互伴定理
*§14-5 整体坐标系中的单元平衡矩阵与单元几何矩阵
*§14-6 整体平衡矩阵与整体几何矩阵
*§14-7 本构矩阵
*§14-8 刚度矩阵的新算式
*§14-9 矩阵内力法及其两种应用方案
*§14-10 超静定结构的矩阵冗力法
*§14-11 思考与讨论
*习题
第15章 结构动力计算续论
§15-1 多自由度体系的自由振动
§15-2 多自由度体系主振型的正交性和主振型矩阵
§15-3 多自由度体系的强迫振动
§15-4 无限自由度体系的自由振动…
*§15-5 无限自由度体系自由振动的常微分方程求解器解法
§15-6 近似法求自振频率
*§15-7 有限元法求刚架的自振频率…
*§15-8 用求解器求解自振频率与振型
§15-9 小结
§15-10 思考与讨论
习题
第16章 结构的稳定计算
§16-1 两类稳定问题概述
§16-2 两类稳定问题计算简例
§16-3 有限自由度体系的稳定——静力法和能量法
§16-4 无限自由度体系的稳定——静力法
§16-5 无限自由度体系的稳定——能量法
*§16-6 无限自由度体系稳定的常微分方程求解器法
*§16-7 刚架的稳定——有限元法
*§16-8 组合杆的稳定
*§16-9 拱的稳定
*§16-10 考虑纵向力对横向荷载影响的二阶分析
*§16-11 用求解器求临界荷载和失稳形态
§16-12 小结
§16-13 思考与讨论
习题
第17章 结构的极限荷载
§17-1 概述
§17-2 极限弯矩、塑性铰和极限状态…
§17-3 超静定梁的极限荷载
§17-4 比例加载时判定极限荷载的一般定理
*§17-5 刚架的极限荷载——增量变刚度法
*§17-6 用求解器求极限荷载
§17-7 小结
§17-8 思考与讨论
习题
第18章 结构力学与方法论
§18-1 静定结构算法中蕴含的方法论
§18-2 超静定结构算法中蕴含的方法论
§18-3 力学方法论的常用三法
§18-4 分合法
§18-5 对比法
§18-6 过渡法
§18-7 结构力学之道
附录A 习题答案
附录B 平面刚架程序的框图设计和源程序
索引
参考文献
Synopsis
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