中南大学结构力学实验报告.docx

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中南大学结构力学实验报告

结构力学

矩阵位移法上机实践报告

矩阵位移法上机实践报告

绪言

本学期结构力学第十章学习了矩阵位移法，这是本书中一章与计算机结合紧密的内容。

我们先前学习的都是结构力学中最基本的理论基础，这些理论可以解决结构力学中所遇到的大多问题，但是当遇到未知量多且十分复杂的结构时，运用先前的方法就不能轻松得出答案。

但随着计算机科学的发展，结构力学的复杂问题可以利用计算机程序解决，例如本章介绍的PF程序。

在学习本章的过程中，首先是要熟悉矩阵位移法的原理，但是最重要的还是要学会实际操作电脑解决这些问题。

一、实践目的

学会使用矩阵位移法,掌握PF程序的使用并用来计算给定的平面刚架、桁架和连续粱的内力。

二、实践要求

（1）用PF程序计算给定的平面钢架、桁架和连续粱的内力；

（2）绘制给出上述结构的内力图。

三、实践步骤

（1）编号：

对杆件和结点编号，选定局部坐标系和整体坐标系。

（2）建立输入文件：

根据题目已给数据，建立格式为.txt的输入数据文件。

（3）运行计算：

运行程序，得到输出文件。

（4）绘图：

利用计算机绘制内力图。

四、实践收获

（1）对于各杆弹模不同的情况，可以取统一的

值，将其截面积

和二次矩

均乘以（

）输入。

（2）在内力图的绘制的过程中，应注意弯矩受拉边及剪力、轴力图正负号的判定。

（3）平面桁架各杆截面二次矩

取很小的值，如实际值的10-3至10-9倍。

（4）遇到集中力偶作用时，集中力偶作用点也要单独为一个结点。

第一题：

作图示刚架的

、

、

图，已知各杆截面均为矩形，柱截面宽0.4m,高0.4m,大跨梁截面宽0.35m,高0.85m，小跨梁截面宽0.35m,高0.6m，各杆E=3.0×104MPa。

标单元号和结点号

注：

1、整体坐标系为

2、局部坐标系以结点小号到大号为x轴正向。

1.1输入文件

*******************************************************************

**

*1compositebeam2012.10.09*

**

*******************************************************************

3.0e7161391

12.162.13333e-3

23.162.13333e-3

34.162.13333e-3

56.162.13333e-3

67.162.13333e-3

78.162.13333e-3

910.162.13333e-3

1011.162.13333e-3

1112.162.13333e-3

413.29751.791198e-2

813.29751.791198e-2

812.216.3e-3

37.29751.791198e-2

711.216.3e-3

26.29751.791198e-2

610.216.3e-3

00

04.5

07.7

010.9

7.60

7.64.5

7.67.7

7.610.9

11.40

11.44.5

11.47.7

11.410.9

3.810.9

110

120

130

510

520

530

910

920

930

4

310000

410000

800-15

1300-15

7

13204.5

134-367.6

144-363.8

154-367.6

164-363.8

152-263.8

162-262.7

1.2输出文件

*******************************************************************

**

*1compositebeam2012.10.09*

**

*******************************************************************

TheInputData

TheGeneralInformation

ENMNJNSNLC

3.000E+07161391

TheInformationofMembers

memberstartendAI

1121.600000E-012.133330E-03

2231.600000E-012.133330E-03

3341.600000E-012.133330E-03

4561.600000E-012.133330E-03

5671.600000E-012.133330E-03

6781.600000E-012.133330E-03

79101.600000E-012.133330E-03

810111.600000E-012.133330E-03

911121.600000E-012.133330E-03

104132.975000E-011.791198E-02

118132.975000E-011.791198E-02

128122.100000E-016.300000E-03

13372.975000E-011.791198E-02

147112.100000E-016.300000E-03

15262.975000E-011.791198E-02

166102.100000E-016.300000E-03

TheJointCoordinates

jointXY

1.000000.000000

2.0000004.500000

3.0000007.700000

4.00000010.900000

57.600000.000000

67.6000004.500000

77.6000007.700000

87.60000010.900000

911.400000.000000

1011.4000004.500000

1111.4000007.700000

1211.40000010.900000

133.80000010.900000

TheInformationofSupports

ISVS

11.000000

12.000000

13.000000

51.000000

52.000000

53.000000

91.000000

92.000000

93.000000

（NA=375）

（NW=1203）

LoadingCase1

TheLoadingsatJoints

NLJ=4

ILJPXPYPM

3100.0000.0000.00000

4100.0000.0000.00000

8.0000.0000-15.00000

13.0000.0000-15.00000

TheLoadingsatMembers

NLM=7

ILMITLPVDST

1320.00004.500000

134-36.00007.600000

144-36.00003.800000

154-36.00007.600000

164-36.00003.800000

152-26.00003.800000

162-26.00002.700000

TheResultsofCalculation

TheJointDisplacements

jointuvphi

17.105140E-21-1.638199E-20-1.781240E-20

21.131896E-02-1.535811E-04-1.283790E-03

31.608364E-02-2.069972E-04-9.277627E-04

41.845124E-02-1.982724E-04-1.263057E-04

59.610950E-21-4.106570E-20-2.156966E-20

61.131667E-02-3.849910E-043.865227E-05

71.600937E-02-5.147195E-046.589946E-05

81.837968E-02-5.043552E-04-1.356579E-04

97.783910E-21-2.983231E-20-1.882129E-20

101.130431E-02-2.796779E-04-9.193358E-04

111.599353E-02-3.701333E-04-4.819522E-04

121.836092E-02-3.892224E-04-1.683575E-04

131.841546E-02-3.424292E-04-8.179462E-06

TheTerminalForces

memberN（st）Q（st）M（st）N（en）Q（en）M（en）

1163.820116.051211.874-163.820-26.051107.857

280.12428.73938.862-80.124-28.73953.103

3-13.08715.9639.51213.087-15.96341.570

4410.65796.109215.697-410.657-96.109216.796

5194.593113.906181.704-194.593-113.906182.794

6-15.54752.93888.73215.547-52.93880.670

7298.32377.839188.213-298.323-77.839162.063

8135.68357.35583.021-135.683-57.355100.516

928.63431.09943.486-28.634-31.09956.030

1084.037-13.087-41.570-84.03713.087-8.161

1184.037-13.087-42.892-84.03713.087-6.839

1231.099-28.634-52.778-31.09928.634-56.030

1387.22493.211-62.615-87.224180.389-268.660

1426.25629.750-2.866-26.256107.050-144.002

152.68883.696-146.719-2.688215.904-355.672

1620.484.160-42.828-20.484162.640-245.084

（NA=375）

（NW=1231）

1.3钢架内力图绘制

弯矩图：

轴力图

剪力图

第二题

计算图示桁架各杆的轴力。

已知A=2400mm2,E=2.0×105MPa。

标单元号和结点号

2.1输入文件

*******************************************************************

**

*2compositebeam2012.10.11*

**

*******************************************************************

2.0e814941

120.00241.0e-12

230.00241.0e-12

130.00241.0e-12

240.00241.0e-12

340.00241.0e-12

450.00241.0e-12

350.00241.0e-12

560.00241.0e-12

570.00241.0e-12

670.00241.0e-12

680.00241.0e-12

780.00241.0e-12

890.00241.0e-12

790.00241.0e-12

00

06

23

26

46

66

63

86

80

110

120

910

920

5

20-500

40-500

50-500

60-500

8-10-500

0

2.2输出文件

*******************************************************************

**

*2compositebeam2012.10.11*

**

*******************************************************************

TheInputData

TheGeneralInformation

ENMNJNSNLC

2.000E+0814941

TheInformationofMembers

memberstartendAI

1122.400000E-031.000000E-12

2232.400000E-031.000000E-12

3132.400000E-031.000000E-12

4242.400000E-031.000000E-12

5342.400000E-031.000000E-12

6452.400000E-031.000000E-12

7352.400000E-031.000000E-12

8562.400000E-031.000000E-12

9572.400000E-031.000000E-12

10672.400000E-031.000000E-12

11682.400000E-031.000000E-12

12782.400000E-031.000000E-12

13892.400000E-031.000000E-12

14792.400000E-031.000000E-12

TheJointCoordinates

jointXY

1.000000.000000

2.0000006.000000

32.0000003.000000

42.0000006.000000

54.0000006.000000

66.0000006.000000

76.0000003.000000

88.0000006.000000

98.000000.000000

TheInformationofSupports

ISVS

11.000000

12.000000

91.000000

92.000000

（NA=180）

（NW=727）

LoadingCase1

TheLoadingsatJoints

NLJ=5

ILJPXPYPM

2.0000-50.0000.00000

4.0000-50.0000.00000

5.0000-50.0000.00000

6.0000-50.0000.00000

8-10.0000-50.0000.00000

TheLoadingsatMembers

NLM=0

TheResultsofCalculation

TheJointDisplacements

jointuvphi

1-3.833333E-21-1.325000E-20-2.257495E-04

2-1.052370E-04-9.375000E-04-7.026906E-05

33.860368E-04-8.812350E-041.226822E-04

4-1.746814E-04-1.193735E-031.087908E-04

5-2.441259E-04-8.137529E-04-3.230397E-05

6-3.552370E-04-1.302888E-03-1.022944E-04

7-7.938922E-04-9.903881E-04-6.211764E-05

8-4.663480E-04-9.375000E-041.412286E-04

92.833333E-21-1.175000E-203.510751E-04

TheTerminalForces

memberN（st）Q（st）M（st）N（en）Q（en）M（en）

175.000.000.000-75.000.000.000

2-30.046.000.00030.046.000.000

369.106.000.000-69.106.000.000

416.667.000.000-16.667.000.000

550.000.000.000-50.000.000.000

616.667.000.000-16.667.000.000

739.060.000.000-39.060.000.000

826.667.000.000-26.667.000.000

921.032.000.000-21.032.000.000

1050.000.000.000-50.000.000.000

1126.667.000.000-26.667.000.000

12-30.046.000.00030.046.000.000

1375.000.000.000-75.000.000.000

1451.079.000.000-51.079.000.000

（NA=180）

（NW=727）

2.3钢架内力图绘制

轴力图

无弯矩图和剪力图

第三题

作图示连续梁的

、

图，已知各梁截面面积A=6.5

惯性矩I=5.50

，各杆E=3.45×104MPa。

标单元号和结点号

3.1输入文件

*******************************************************************

**

*3compositebeam2012.10.11*

**

*******************************************************************

3.45e74561

126.55.5

236.55.5

346.55.5

456.55.5

00

400

600

800

1200

110

120

130

220

420

520

1

30-320-100

4

14-10.540

24-10.520

34-10.520

44-10.540

3.2输出文件

*******************************************************************

**

*3compositebeam2012.10.11*

**

*******************************************************************

TheInputData

TheGeneralInformation

ENMNJNSNLC

3.450E+074561

TheInformationofMembers

memberstartendAI

1126.500000E+005.500000E+00

2236.500000E+005.500000E+00

3346.500000E+005.500000E+00

4456.500000E+005.500000E+00

TheJointCoordinates

jointXY

1.000000.000000

240.000000.000000

360.000000.000000

480.000000.000000

5120.000000.000000

TheInformationofSupports

ISVS

11.000000

12.000000

13.000000

22.000000

42.000000

52.000000

（NA=66）

（NW=299）

LoadingCase1

TheLoadingsatJoints

NLJ=1

ILJPXPYPM

3.0000-320.0000-100.00000

TheLoadingsatMembers

NLM=4

ILMITLPVDST

14-10.500040.000000

24-10.500020.000000

34-10.500020.000000

44-10.500040.000000

TheResultsofCalculation

TheJointDisplacements

jointuvphi

10.000000E+003.713942E-214.951923E-20

20.000000E+00-2.916827E-20-5.219418E-05

30.000000E+00-1.405865E-031.038816E-06

40.000000E+00-3.4