结构力学实验报告材料实用模板1.docx
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结构力学实验报告材料实用模板1
结构力学实验报告
班级12土木2班
姓名
学号
实验报告一
实验名称
在求解器中输入平面结构体系
一实验目的
1、了解如何在求解器中输入结构体系
2、学习并掌握计算模型的交互式输入方法；
3、建立任意体系的计算模型并做几何组成分析；
4、计算平面静定结构的内力。
二实验仪器
计算机，软件：
结构力学求解器
三实验步骤
图2-4-3是刚结点的连接示例，其中图2-4-3a中定义了一个虚拟刚结点和杆端的连接码；各个杆端与虚拟刚结点连接后成为图2-4-3b的形式，去除虚拟刚结点后的效果为图2-4-3c所示的刚结点；求解器中显示的是最后的图2-4-3c。
图2-4-4是组合结点的连接示例，同理，无需重复。
铰结点是最常见的结点之一，其连接示例在图2-4-5中给出。
这里，共有四种连接方式，都等效于图2-4-5e中的铰结点，通常采用图2-4-5a所示方式即可。
值得一提的是，如果将三个杆件固定住，图2-4-5b~d中的虚拟刚结点也随之被固定不动，而图2-4-5a中的虚拟刚结点仍然存在一个转动自由度，可以绕结点自由转动。
这是一种结点转动机构，在求解器中会自动将其排除不计①。
结点机构实际上也潜存于经典的结构力学之中，如将一个集中力矩加在铰结点上，便可以理解为加在了结点机构上（犹如加在可自由转动的销钉上），是无意义的。
综上所述，求解器中单元对话框中的“连接方式”是指各杆端与虚拟刚结点的连接方式，而不是杆件之间的连接方式。
这样，各杆件通过虚拟刚结点这一中介再和其他杆件间接地连接。
这种处理的好处是可以避免结点的重复编码（如本书中矩阵位移法中所介绍的），同时可以方便地构造各种复杂的组合结点。
另外，在定义位移约束时，结点处的支座约束也是首先加在虚拟刚结点上，再通过虚拟刚结点施加给其他相关的杆端。
解输入后的结构如图2-4-6b所示，命令数据文档如下，其中左边和右边分别为中、英文关键词命令数据文档。
结点,1,0,0
结点,2,0,1
结点,3,1,1
结点,4,1,0
结点,5,1,2
结点,6,2.5,0
结点,7,2.5,2.5
单元,1,2,1,1,0,1,1,1
单元,2,3,1,1,1,1,1,0
单元,4,3,1,1,0,1,1,1
单元,3,5,1,1,1,1,1,1
单元,5,7,1,1,1,1,1,0
单元,6,7,1,1,1,1,1,0
结点支承,1,4,0,0,0
结点支承,4,4,0,0,0
结点支承,6,6,0,0,0,0
END
N,1,0,0
N,2,0,1
N,3,1,1
N,4,1,0
N,5,1,2
N,6,2.5,0
N,7,2.5,2.5
E,1,2,1,1,0,1,1,1
E,2,3,1,1,1,1,1,0
E,4,3,1,1,0,1,1,1
E,3,5,1,1,1,1,1,1
E,5,7,1,1,1,1,1,0
E,6,7,1,1,1,1,1,0
NSUPT,1,4,0,0,0
NSUPT,4,4,0,0,0
NSUPT,6,6,0,0,0,0
END
（1）结点定义
（2）单元定义
（3）结点支承定义
四、上机体会：
通过这么多次上机操作，已经熟练的掌握力学求解器的使用。
能够运用求解器去分析结构的构造，为以后的学习工作提供便利。
实验报告二
实验名称
用求解器求解静定结构的内力分析
一实验目的
1、了解如何在求解器中输入结构体系
2、学习并掌握计算模型的交互式输入方法；
3、建立任意体系的计算模型并做几何组成分析；
4、计算平面静定结构的内力。
二实验仪器
计算机，软件：
结构力学求解器
三实验步骤
例3-11-1试用求解器求解图3-11-1a、b中静定结构的内力。
解先输入结构体系，其中图3-11-1a和b中结构的差别仅在于结点5的水平坐标不同。
输入的数据文档如下（参见图3-11-1）：
TITLE,例3-11-1
结点,1,0,0
结点,4,6,0
结点填充,1,4,2,2,1
Ccase（a）
结点,5,8,0
Ccase（b）
C结点,5,10,0
结点生成,1,4,2,4,1,0,-1.5
单元,1,2,1,1,0,1,1,1
单元,2,3,1,1,1,1,1,0
单元,3,4,1,1,0,1,1,1
单元,4,5,1,1,1,1,1,0
单元,2,6,1,1,0,1,1,1
单元,6,7,1,1,1,1,1,0
单元,7,8,1,1,0,1,1,1
单元,8,4,1,1,1,1,1,0
结点支承,1,1,0,0
结点支承,5,1,0,0
结点支承,7,3,0,0,0
单元荷载,1,1,1,1/2,90
单元荷载,4,1,1,1/2,90
输入结构后，继续进行如下操作：
1）选择菜单“求解”、“内力计算”，求解器打开“内力计算”对话框，在“内力显示”组中选“结构”，然后可在下面表格中看到杆端内力值。
2）在“内力类型”组中选“弯矩”，可在观览器中看到弯矩图。
3）在“内力类型”组中选“剪力”，可在观览器中看到剪力图。
4）在“内力类型”组中选“轴力”，可在观览器中看到轴力图。
5）可单击观览器中的“加大幅值”或“减小幅值”按钮调节图形幅值；或者选“设置菜单”中的“显示幅度设置”，然后在对话框中给定具体的显示幅度值。
趣的现象，图3-11-1a、b所示结构的最右边一跨梁相当于一个简支梁的受力状态，整个内力图除以上求得图3-11-1a、b所示结构的内力图分别如图3-11-2和3-11-3所示从内力图可以看出一个有了最右边一跨梁有所区别以外，其余部分的内力图都是一样的。
读者可以验证，无论最右边一跨梁的长度如何，只要集中荷载作用在跨中，其余部分的内力就不会改变。
四、上机体会：
通过这么多次上机操作，已经熟练的掌握力学求解器的使用。
能够运用求解器去分析结构的构造，用求解器求解一般静定结构，为以后的学习工作提供便利。
实验报告三
实验名称
用求解器计算结构的影响线
一实验目的
1、了解如何在求解器中输入结构体系
2、学习并掌握用求解器计算结构的影响线；
3、建立任意体系的计算模型并做几何组成分析；
4、讨论静定结构影响线的求解器计算方法。
二实验仪器
计算机，软件：
结构力学求解器
三实验步骤
例4-7-1试求解图3-11-1a中结构在竖直荷载作用下杆件
（2）和（6）中点弯矩、剪力和轴力的影响线。
解先输入结构体系，输入的数据文档见图3-11-1。
在该命令文档中END命令之前，插入一空行，以备插入命令用。
下面以杆件
（2）中点的弯矩影响线为例，进一步说明做法。
按上一节做法打开“影响线求解参数”对话框。
在单位荷载数据栏中，类型选为“力”，方向选“向下”。
在截面内力框中，单元码选2，距杆端1选“1/2”L处，内力类型选“弯矩”。
单击应用、关闭后，可在命令文档中见到命令行：
“影响线参数,-2,2,1/2,3”。
其中关键词“影响线参数”后边的-2代表单位荷载沿y轴方向（竖直的），指向y轴的反方向（即向下）；再后面的2代表第2个单元；1/2表示截面位置；3代表弯矩。
杆件
（2）和（6）中点弯矩、剪力和轴力的影响线计算所需的命令行分别为：
杆件
（2）:
影响线参数,-2,2,1/2,3
影响线参数,-2,2,1/2,2
影响线参数,-2,2,1/2,1
杆件（6）
影响线参数,-2,6,1/2,3
影响线参数,-2,6,1/2,2
影响线参数,-2,6,1/2,1
后一条命令。
为计算影响线，依次选菜单：
“求解”、“影响线”。
在打开的“影响线”对话框的最上部，可以看到影响线的一些参数。
在“影响线显示”数据栏里，选“结构”后，便可在观览器中看到相应的影响线的图形，具体的数值可以从“单元影响线分析”数据框中获得。
各影响线图形如图4-7-1和4-7-2所示。
求解器最新版本（v2.0.2以上）对影响线计算增加了一项很实用的新功能，即不必退出“影响线”对话框，即可改变指定杆件上的截面位置和内力类型，只需在“选项”栏中按需选择即可。
下面再讨论如何使用影响线图形。
影响线图形中任一杆件中任一点的纵距，表示单位荷载作用在该点时指定截面处的内力值。
影响线的纵距值的量取规则为荷载类型
标距方向
正负号
竖直荷载
整体竖直方向
正值标在上方
水平荷载
整体水平方向
正值标在左方
单位力矩
杆件垂直方向
正值标在局部坐标y的正方向
为了简单，取量纲一的量1=d。
这是一个间接荷载下的结构影响线问题。
用求解器求解时，可以建立一个等效的计算模型，如图4-7-4a所示。
输入的数据命令从略，计算出来的影响线形状如图4-7-3b所示。
注意，由于单位荷载作用在上层的水平杆件上，因此应取上层杆件的图形作为影响线图，而下面的图形是单位荷
载作用在下面梁上时的影响线。
四、上机体会：
通过这么多次上机操作，已经熟练的掌握力学求解器的使用。
能够运用求解器去分析结构的构造，为以后的学习工作提供便利。
实验报告四
实验名称
用求解器进行位移计算
一实验目的
1、了解如何用求解器进行位移计算
2、学习并掌握计算模型的交互式输入方法；
3、建立任意体系的计算模型并做几何组成分析；
4、计算平面静定结构的内力。
二实验仪器
计算机，软件：
结构力学求解器
三实验步骤
1.输入材料性质
在“编辑器”中依次选择菜单“命令”、“材料性质”便可打开材料性质对话框。
选择相同材料性质的单元范围，再选择或输入所需的杆件刚度性质（质量和极限弯矩可以空缺），然后单击“应用”按钮将命令写到命令文档中去。
若还有单元刚度未定义，可在对话框中继续输入新的数据，再“应用”，直至定义完毕，单击“关闭”退出。
注意，若前后两个命令行中的定义有重复和冲突时，则以后面的定义为准，亦即前面的定义被后面的定义覆盖和取代。
2.输入温度改变
在“编辑器”中依次选择菜单“命令”、“温度改变”，可打开温度改变对话框。
与上面类似，选择相同温度改变的单元范围，再按照提示选择或输入所需的各项参数，然后单击“应用”按钮将命令写到命令文档中去。
若还要继续定义，可在对话框中输入新的数据，再“应用”，直至定义完毕，单击“关闭”退出。
温度改变须提供截面高度，输入时要注意同结构其他的尺寸采用统一单位。
例5-7-1试用求解器求解例5-4。
解本例力和尺寸单位统一采用kN和cm。
输入的数据文档如下（图5-7-1a）：
TITLE,例5-7-1
变量定义,L=1200,P=39
变量定义,Ah1=18*24,Ah2=18*18,Ag=3.8
变量定义,Eh=3000,Eg=20000,EAg=Eg*Ag
变量定义,EAh1=Eh*Ah1,EAh2=Eh*Ah2
结点,1,0,0
结点,2,0.278*L,0
结点,3,0.722*L,0
结点,4,L,0
结点,6,L/2,L/6
结点填充,1,6,1,5,1
结点填充,6,4,1,7,1
单元,1,2,1,1,0,1,1,0
单元,3,4,1,1,0,1,1,0
单元,2,3,1,1,0,1,1,0
单元,1,5,1,1,0,1,1,0
单元,5,6,1,1,0,1,1,0
单元,6,7,1,1,0,1,1,0
单元,7,4,1,1,0,1,1,0
单元,2,5,1,1,0,1,1,0
单元,3,7,1,1,0,1,1,0
单元,2,6,1,1,0,1,1,0
单元,3,6,1,1,0,1,1,0
结点支承,1,1,0,0
结点支承,4,2,0,0,0
结点荷载,5,1,39,-90
结点荷载,6,1,39,-90
结点荷载,7,1,39,-90
单元材料性质,1,2,3*EAg,1,0,0,-1
单元材料性质,3,3,2*EAg,1,0,0,-1
单元材料性质,10,11,EAg,1,0,0,-1
单元材料性质,4,7,EAh1,1,0,0,-1
单元材料性质,8,9,EAh2,1,0,0,-1
END
由于本例与抗弯刚度无关，因此输入了单位值。
输入结构体系后，继续如下操作：
1）选择菜单“求解”、“位移计算”，打开“位移计算”对话框；
2）“位移显示”栏中选“结构”，在观览器中便可以看到变形图，如图5-7-2b所示；
3）在下面的“杆端位移值”的表格里，找到单元5的第2个端点的竖向位移；
4）再在“乘以系数”下拉框中选0.01，则可以看出结点6的竖向位移为：
例5-7-2试用求解器求解例5-13。
解本例尺寸单位统一采用cm。
输入的数据文档如下（图5-7-2）：
TITLE,例5-7-2
变量定义,A=600,H=60
结点,1,0,0
结点,2,0,A
结点,3,A,A
单元,1,2,1,1,1,1,1,1
单元,2,3,1,1,1,1,1,1
结点支承,1,6,0,0,0,0
单元材料性质,1,2,1,1,0,0,-1
单元温度改变,1,2,5,-10,0.00001,H
END
图5-7-2
4上机体会：
通过这么多次上机操作，已经熟练的掌握力学求解器的使用。
能够运用求解器进行位移计算，为以后的学习工作提供便利。
实验报告五
实验名称
用求解器进行力法计算
一实验目的
1、了解如何用求解器进行力法计算
2、学习并掌握计算模型的交互式输入方法；
3、建立任意体系的计算模型并做几何组成分析；
4、计算平面静定结构的内力。
二实验仪器
计算机，软件：
结构力学求解器
三实验步骤
求解器可以求解一般的平面超静定结构的位移和内力。
超静定结构的计算通常与结构各杆件的刚度有关。
由于前面已经介绍了如何输入各杆件的材料性质，因此超静定结构的求解无需引入新的输入命令；在位移计算的基础上，直接选择“求解”菜单中的“内力计算”、“位移计算”或“位移内力”等菜单即可。
对此这里不再赘述。
为了加深和加强力法的概念，本节讨论如何用求解器进行力法的辅助计算。
传统上，将力法的基本体系取为静定结构，主要是因为静定结构容易摆弄和计算，手算时尤其如此。
其实，只要计算上无困难（譬如用求解器求解），超静定结构同样可以被用作基本体系。
例6-11-1试用求解器求解图6-11-1中的二次超静定刚架。
取结点3水平支杆反力为基本未知力，各杆长相等，刚度参数如下
解力单位为kN，尺寸单位为m。
依题意，取基本体系如图6-11-2a所示，此基本体系是超静定的。
图6-11-2b和图6-11-2c分别给出了仅荷载作用和仅单位未知力作用下的计算简图。
图6-11-2a~6-11-2c的命令文档列在了计算简图的下面，其中后两个文档只在个别给出的命令处有区别。
TITLE,例6-11-1
结点,1,0,0
结点,2,0,4
结点,3,4,4
单元,1,2,1,1,1,1,1,1
单元,2,3,1,1,1,1,1,1
结点支承,1,6,0,0,0,0
结点支承,3,2,0,0
结点荷载,2,1,20,0
单元荷载,2,3,24,0,1,90
单元材料性质,1,1,5.2E6,1.25E5,0,0,-1
单元材料性质,2,2,4.5E6,1.2E5,0,0,-1
END
...
...
...
结点支承,3,1,0,0
...
...
...
...
...
结点荷载,3,-1,1,180
C结点荷载,2,3,24,0,1,90
...
...
首先计算荷载作用下结点3水平位移PΔ。
输入图6-11-2b下面的命令文档后，在“求解”菜单下选“位移计算”打开位移计算对话框。
在“位移显示”栏中选“结构”，可看到对话框下端表格中给出了杆端位移。
找到单元2的第2个杆端的位移的值。
为了获得较多的有效数字，在“乘以系数”下拉框中选0.000001，由此得到。
um26924220.0=PΔ
类似地计算单位未知力作用下结点3的水平位移，得。
由以上结果有11δm651076000.011=δkN28529.90711−−δΔPX。
最后将荷载和求出的基本未知力共同作用在基本结构上，用求解器求解，得变形图、弯矩图如图6-11-3所示。
可以看出
，结点3确实没有水平位移，说明位移协调条件已得到满足。
四、上机体会：
通过这么多次上机操作，已经熟练的掌握力学求解器的使用。
能够运用用求解器进行力法计算，为以后的学习工作提供便利。
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