结构力学经典考研复习笔记强力推荐吐血推荐.docx
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结构力学经典考研复习笔记-强力推荐-吐血推荐
第一章绪论
一、教学内容
结构力学的基本概念和基本学习方法。
二、学习目标
∙了解结构力学的基本研究对象、方法和学科内容。
∙明确结构计算简图的概念及几种简化方法,进一步理解结构体系、结点、支座的形式和内涵。
∙理解荷载和结构的分类形式。
在认真学习方法论——学习方法的基础上,对学习结构力学有一个正确的认识,逐步形成一个行之有效的学习方法,提高学习效率和效果。
三、本章目录
§1-1结构力学的学科内容和教学要求
§1-2结构的计算简图及简化要点
§1-3杆件结构的分类
§1-4荷载的分类
§1-5方法论
(1)——学习方法
(1)
§1-6方法论
(1)——学习方法
(2)
§1-7方法论
(1)——学习方法(3)
§1-1结构力学的学科内容和教学要求
1.结构
建筑物和工程设施中承受、传递荷载而起骨架作用的部分称为工程结构,简称结构。
例如房屋中的梁柱体系,水工建筑物中的闸门和水坝,公路和铁路上的桥梁和隧洞等。
从几何的角度,结构分为如表1.1.1所示的三类:
表1.1.1结构的分类
(2)变形的几何连续条件。
(3)应力与变形间的物理条件(本构方程)。
利用以上三方面进行计算的,又称为“平衡-几何”解法。
采用虚功和能量形式来表述时候,则称为“虚功-能量”解法。
随着计算机的进一步发展和应用,结构力学的计算由过去的手算正逐步由计算机所代替,本课程的特点是将结构力学求解器集成到网络中,主要利用求解器进行计算和画图。
3.课程教学中的能力培养
(1)分析能力
∙选择结构计算简图的能力:
将实际结构进行分析,确定其计算简图。
∙进行力系平衡分析和变形几何分析的能力:
对结构的受力状态进行平衡分析,对结构的变形和位移状态要进行几何分析。
这两方面的分析能力是结构分析的两个看家本领,要在反复运用中加以融会贯通,逐步提高,力求达到能正确、熟练、灵活运用的水平。
∙选择计算方法的能力:
要了解结构力学中的各种计算方法的特点,具有根据具体问题选择恰当的计算方法的能力。
(2)计算能力
∙具有对各种结构进行计算或确定计算步骤的能力。
∙具有对计算结果进行定量校核或定性判断的能力。
∙初步具有应用计算机计算的能力。
做题练习是学习结构力学的重要环节。
不做一定量的习题就很难对基本概念和方法有深入的理解和掌握,也很难培养较好的计算能力。
(3)自学能力
自学包含两个方面:
消化已学知识、摄取新的知识。
§1-2结构的计算简图及简化要点
实际结构往往是很复杂的,进行力学计算以前,必须加以简化,用一个简化的图形来代替实际结构,这个图形称为结构的计算简图。
一、简化的原则
(1)从实际出发——计算简图要反映实际结构的主要性能。
(2)分清主次,略去细节——计算简图要便于计算。
二、简化的要点
1.结构体系的简化
一般的结构都是空间结构。
但是,当空间结构在某一平面内的杆系结构承担该平面内的荷载时,可以把空间结构分解成几个平面结构进行计算。
本课程主要讨论平面结构的计算。
当然,也有一些结构具有明显的空间特征而不宜简化成平面结构。
2.杆件的简化
在计算简图中,结构的杆件总是用其纵向轴线代替。
3.杆件间连接的简化
结构中杆件相互连接的部分称为结点,结点通常简化为铰结点或刚结点。
铰结点是指相互连接的杆件在连接处不能相对移动,但可相对转动,即:
可传递力,但不能传递力矩。
刚结点是指相互连接的杆件在连接处不能相对移动,也不能相对转动,既可传递力,又能传递力矩。
4.结构与基础间连接的简化
结构与基础的连接区简化为支座。
按受力特征,通常简化为:
(1)滚轴支座:
只约束了竖向位移,允许水平移动和转动。
提供竖向反力。
在计算简图中用支杆表示。
(2)铰支座:
约束竖向和水平位移,只允许转动。
提供两个反力。
在计算简图中用两根相交的支杆表示。
(3)定向支座:
只允许沿一个方向平行滑动。
提供反力矩和一个反力。
在计算简图中用两根平行支杆表示。
(4)固定支座:
约束了所有位移。
提供两个反力也一个反力矩。
5.材料性质的简化
在土木、水利工程中结构所用的建筑材料通常为钢、混凝土、砖、石、木料等。
在结构计算中,为了简化,对组成各构件的材料一般都假设为连续的、均匀的、各向同性的、完全弹性或弹塑性的。
上述假设对于金属材料在一定受力范围内是符合实际情况的。
对于混凝土、钢筋混凝土、砖、石等材料则带有一定程度的近似性。
至于木材,因其顺纹和横纹方向的物理性质不同,故应用这些假设时应予注意。
6.荷载的简化
作用在实际结构上的荷载形式比较多,简化比较复杂,但根据其分布情况大致可简化为集中荷载和分布荷载两大类。
§1-3杆件结构的分类
结构的分类实际上是计算简图的分类。
1.梁
梁是一种受弯构件,其轴线通常为直线,既可以是单跨,也可以是多跨(图1-1a、b)。
图1-1a
图1-1b
2.拱
拱是一种杆轴为曲线且在竖向力作用下,会产生水平反力的结构(图1-2a、b)。
图1-2a
图1-2b
3.桁架
桁架是由若干个直杆组成,所有结点都为铰结点(图1-3)。
图1-3
图1-4
4.刚架
刚架由直杆组成,其结点通常为刚结点(图1-4)。
5.组合结构
组合结构是桁架和梁或刚架组合在一起的结构(图1-5)。
图1-5
§1-4荷载的分类
一、按作用时间的久暂
荷载可分为恒载和活载。
恒载是长期作用与结构上的不变荷载,如结构的自重、安装在结构上的设备重量等,这种荷载的大小、方向、作用位置是不变的。
活载是建筑物在施工和使用期间可能存在的可变荷载,如吊车荷载、结构上的人群、风、雪等荷载。
二、按荷载的作用范围
荷载可分为集中荷载和分布荷载。
荷载的作用面积相对于总面积是微小的,作用在这个面积上的荷载,可以简化为集中荷载。
分布作用在一定面积或长度上的荷载,可简化为分布荷载,如风、雪、自重等荷载。
三、按荷载作用的性质
荷载可分为静力荷载和动力荷载。
静力荷载的数量、方向和位置不随时间变化或变化极其缓慢,不使结构产生显著的加速度,因而可以忽略惯性力的影响。
动力荷载是随时间迅速变化或在短暂时间内突然作用或消失的荷载,使结构产生显著的加速度。
车辆荷载、风荷载和地震荷载通常在设计中简化为静力荷载,但在特殊情况下要按动力荷载考虑。
四、按荷载位置的变化
荷载可分为固定荷载和移动荷载。
作用位置固定不变的荷载为固定荷载。
如风、雪、结构自重等。
可以在结构上自由移动的荷载称为移动荷载。
如吊车梁上的吊车荷载、公路桥梁上的汽车荷载就是移动荷载。
荷载的确定,常常是比较复杂的,荷载规范总结了设计经验和科学研究的成果,供设计时应用。
但在不少情况下,设计者要深入现场,结合实际情况进行调查研究,才能对荷载作出合理的确定。
§1-5方法论
(1)——学习方法
(1)
学习要讲究方法,要学会,更要会学。
下面是在结构力学的教学和科研过程中产生的一些想法,主要从加、减、问、用和创新五个方面展开讨论。
一、会加
1.勤于积累
摄取和积累知识是培养能力的基础,也是研究创新的基础。
“才须学也。
非学无以广才,非志无以成学”(诸葛亮)。
要有集腋成裘、积土成山的志趣。
2.融会贯通
要把知识连成一片,互相沟通,左右联系,前后呼应,融会贯通。
在数学语言和力学语言之间要会翻译:
把抽象的数学公式翻译成具体生动的物理概念;把直观的力学思路翻译成严密的数学程序。
3.用心梳理
积累知识要用心梳理,使之条理化,成为一个脉络清晰、有主有次、有目有纲的知识网。
4.落地生根
把别人的、书本上的知识变成自己的,化他为己,这样的知识才是牢靠的,生了根的。
把新学来的知识融化在自己已有的知识结构上,把“故”作为“新”的基地,使“新”在“故”上生根发芽成长。
二、会减
1.概括的能力
把一章内容概括成三言两语,对一门课理出它的主要脉络,写人能勾出特征,画龙会点睛。
2.简化的能力
盲目简化——不分主次,乱剪乱砍。
合理简化——分清主次,剪枝留干。
选取结构计算简图是结构力学的基本功。
不会简略估算、定性判断,是很危险的。
3.统帅驾驭的能力
学习积累的知识,要形成一个知识系统,要培养提纲挈领、统帅全局的能力,达到纲举目张、灵活驾驭的目的。
4.弃形取神的能力
在力学学习和科学研究中要培养由表入里、弃形取神的能力:
∙个别到一般:
舍弃千差万别的个性和特殊性,摘取其中的共性和普遍性。
∙具体到抽象:
舍弃不同问题的具体性,提炼为一般原理的抽象性。
∙现象到规律:
舍弃现象的表面形态,洞察出深藏的本质和内在的规律。
∙温故到创新:
拆除旧观念的篱笆,标新立异,另辟新路,开拓新途径和新领域。
§1-6方法论
(1)——学习方法
(2)
三、会问
1.多问出智慧
学习中要多问,多打几个问号。
“?
”像一把钥匙,一把开启心扉和科学迷宫的钥匙。
2.要会问
学习中提不出问题是学习中最大的问题。
发现了问题是好事,抓住了隐藏的问题是学习深化的表现。
3.要追问
重要的问题要抓住不放,要层层剥笋,穷追紧逼,把深藏的核心问题解决了,才能达到“柳暗花明”的境界。
4.要问自己
四、会用
学而时习之,学习=学+习。
什么是“习”,通常把“习”理解为复习;更准确些,应把“习”理解为用,理解为实践。
“用”是“学”的继续、深化和检验。
与“学”相比,“用”有更丰富的内涵:
∙多面性:
把知识应用于解决各式各样的问题,把单面的知识化为多方面的知识。
∙综合性:
处理问题时,要综合应用多种方法和知识。
分门别类地学,综合优选地用。
∙反思性:
正面学,反面用。
计算是由因到果,校核时由果到因。
∙跳跃性:
循规蹈矩地学,跳跃式地用。
∙灵活性:
用能生巧。
∙牢固性:
反复用过的知识是牢固的,久经难忘。
∙悟性:
学习可以获得言传的知识,应用可以体验难以言传的悟性。
∙检验性:
学来的知识是真懂、半懂还是不懂,考几道题就分辨出来了。
针对涉及工程计算的一些学科的情况,还要对“习题”和“校核”两个具体问题作些议论。
1.习题
做题练习,是学习工程计算学科的重要环节。
不作一定数量的习题,就很难对基本概念和方法有深入的理解,也很难培养较好的计算能力。
做题也要避免各种盲目性。
举例如下:
∙不看书,不复习,埋头做题,这是一种盲目性。
应当在理解的基础上做题,通过做题来巩固和加深理解。
∙贪图求快,不求甚解,这是另一种盲目性。
∙只会对答数,不会自己校核和判断,这也是一种盲目性。
∙做错了题不改正,不会从中吸取教训,这又是一种盲目性。
2.校核
计算的结果要经过校核。
“校核”是“计算”中应有之义。
没有校核过的计算书是未完成的计算书。
出错是难免的。
重要的是要会判断、抓错和改错。
判断是对计算结果的真伪性和合理性作出鉴定。
抓错是分析错误根源,指明错在何处。
改错是提出改正对策,得出正确答案。
改错不易,抓错、判断更难。
关于判断和校核可分为三层:
细校、粗算和定性。
另法细校:
细校是指详细的定量的校核,不是重算一遍而是提倡用另外的方法来核算。
毛估粗算:
粗算是指采用简略的算法对计算结果进行毛估,确定其合理范围。
粗算是要能分清主次、抓大放小,对大事不糊涂。
其做法有:
选取简化计算模型,在公式中忽略次要的项,检查典型特例,考虑问题的极限情况,等等。
定性判断:
定性判断是根据基本概念来判断结果的合理性,而不是进行定量的计算。
力学中常用的例子有:
∙采用量纲分析,判断所列方程是否有误。
∙根据物理概念,看答案的数量级和正负号是否对头。
∙根据误差理论,估计误差的范围。
∙
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