结构力学求解器使用指南.docx

1、结构力学求解器使用指南结构力学求解器(使用指南) 结构力学求解器(SM Solver of Windows)是一个关于结构力学分析计算的计算机软件, 其功能包括求解平面杆件结构(体系)的几何组成、静定和超静定结构的内力、位移,影响 线、自由振动的自振频率和振型,以及弹性稳定等结构力学课程中所涉及的绝大部分问题. 对几何可变体系可作静态或动态显示机构模态;能绘制结构内力图和位移图;能静态或动态 显示结构自由振动的各阶振型和弹性稳定分析的失稳模态;能绘制结构的影响线图. 该软件的版本为V1.5.清华大学土木系研制.高教出版社发行. 一.运行环境 Windows 98/NT. 8M内存. 2M硬盘空

2、间. 二.装机与运行 将软件光盘置入光驱,在Windows环境下运行光盘上的SMsetup.exe,然后按提示操作 即可完成装机.装机完成后,桌面上将出现一个名为求解器的图标.双击桌面上的 求解器图标,再单击软件的封面,便可使用该求解器. 三.输入数椐 先对结构的结点及单元进行编码,然后按以下诸项输入数椐: 1.结点定义 N,Nn,x,y Nn-结点编码; x-结点的x 坐标; y-结点的y 坐标. 结构整体坐标系为xoy,一般取结构左下支座结点为坐标原点(0,0). 2.结点生成(即成批输入结点坐标) NGEN,Ngen,Nincr,N1,N2,N12incr,Dx,DY Ngen-结点生成

3、的次数; Nincr-每次生成的结点码增量; N1、N2-基础结点范围; N12incr-基础结点的编码增量; Dx,DY-生成结点的x ,y坐标增量. 3.单元定义 E，N1,N2,DOF11,DOF12,DOF13,DOF21,DOF22,DOF23 N1,N2-单元两端的结点码; 以下连接方式:1为连接,0为不连接; DOF11,DOF12-分别为单元在杆端1处的x、y方向自由度的连接方式, 缺省值=1; DOF13-单元在杆端1处的转角方向自由度的连接方式,缺省值=0; DOF21,DOF22-分别为单元在杆端2处的x、y方向自由度的连接方式, 缺省值=1; DOF23-单元在杆端2处

4、的转角方向自由度的连接方式,缺省值=0. 4.单元生成(即成批输入单元两端的连接方式) EGEN,Ngen,E1,E2,Nincr Egen-生成次数; E1,E2-基础单元范围; Nincr-生成中单元两端点对应的结点码增量. 5.支座约束定义 NSUPT,Sn,Stype,Sdir,Sdisx,Sdisy,SdisR Sn-支座的结点码; Stype-支座类型码; Sdir-支座方向,以图示方向为零,绕结点逆时针旋转为正; Sdisx-x方向的支座位移,缺省值=0; Sdisy-y方向的支座位移,缺省值=0; SdisR-转角方向的支座位移,缺省值=0. 以上(1)(6)为支座类型码. 6

5、.单元材料性质 ECHAR,ElemStart,ElemEnd,EA,EI,m ElemStart-单元起始码; ElemEnd-单元终止码; EA,EI-分别为单元的抗拉和抗弯刚度; m-单元的均布质量(kg/m). 7.结点荷载 NLOAD,Ln,Ltype,Lsize,Ldir Ln-荷载作用的结点码; Ltype-荷载类型; Ltype=1(-1),集中荷载,指向(背离)结点; Ltype=2(-2),逆时(顺时)针方向的集中力矩; Lsize-荷载大小(kn,kn-m); Ldir-荷载方向(度),仅当Ltype=1或-1时入,缺省值=0 . 说明:竖向集中力,作用在结点上方时,取

6、=-90 ,反之,取 =90 ; 水平集中力,作用在结点左方时,取 =0 ,反之,取 =180 . 8.单元荷载 ELOAD,Ln,Ltype,Lsize1,Lpos1Lpos2,Ldir Ln-荷载作用的单元码; Ltype-荷载类型; Ltype=1(-1),集中荷载,指向(背离)单元; Ltype=2(2),逆时(顺时)针方向的集中力矩; Ltype=3(-3),均布荷载,指向(背离)单元; Lsize1-荷载大小; Lpos1-荷载起点至单元杆端1的距离与单元杆长的比值,缺省值=0; Lpos2-荷载终点至单元杆端1的距离与单元杆长的比值,缺省值=1; (仅对均布荷载输入Lpos2)

7、Ldir-荷载方向(度),仅当Ltype=1,3或-1,-3时输入,缺省值=0. (注:按局部坐标系定义,其角度以逆时针方向为正) 9.频率计算参数 FREQ,Nfreq,FreqStart,Tol Nfreq-欲求的频率数目; FreqStart-频率起始阶数; Tol-精度误差限,如0.0005. 10.影响线参数 IL,LoadDOF,En,pos,Fdof LoadDOF-单位荷载的方向(整体坐标系):1为水平,2为竖直,3为转角; En-单元码; pos-单元上截面位置:距杆端1的距离与杆长的比值; Fdof-欲求影响线的内力自由度(局部坐标系),1为轴力,2为剪力, 3为弯矩. 说

8、明: 1.计算结构的内力和位移时,仅输入1(或及2),3(或及4),5,6,7,8 项; 2.当单元的抗拉刚度(EA)或抗弯刚度(EI)为无穷大时,则分别填-1; 3.当斜杆单元作用沿水平线的均布荷载时,需按合力相等的原则,变换成 沿杆轴线分布的均布荷载输入,荷载类型码仍为3(见例5). 四.上机操作步骤 1.双击桌面上的求解器图标,再单击求解器的封面进入使用状态; 2.键入数椐文件名(如TITLE,XXXX),逐行输入数椐(也可用命令方式输入); 3.将数椐文件存盘 单击桌面上方的文件,在文件菜单中点保存或另存为,键入文件名, 点确定; 4.再单击文件,在文件菜单中点退出; 5.见提示?此命

9、令将结束本次SM Solver! 点取消或确定,重新进入SM Solver; 6.单击文件,在文件菜单中点打开; 7.点所要运行的数椐文件名,并单击确定; 8.单击桌面下方的观览器图标,(桌面上显示结构计算简图的形状),并单 击最大化按钮,将图形放大; 9.单击桌面上方的标注,在标注菜单中点所要显示的参数; (如无误,则进行下一步,若有误,则进行修改) 10.单击观览器图标,点桌面上方的求解; 11.在求解菜单中,点所要计算的内容(如内力计算、位移计算等),即可显 示计算结果(如各杆杆端的内力或位移,对照结构的单元编号或结点编号阅读); 12.单击所要显示的内力类型(轴力、剪力、弯矩)及显示对

10、象(如结构或单元); 13.单击观览器图标,则显示出内力图或位移图; 14.重复单击观览器图标,即可选定和显示不同的内力图; 15.逐层单击标题栏右边的关闭按钮,当显示:此命令将结束本次SM Solver的 运行或提示结力求解器!Overflow时,则点确定退出. 五.计算例题 例1 求图示刚架的内力.各杆的 EA=3.12X10 KN, EI=4.16X10 KN-M. TITLE,AAA-1 N,1,0,0 N,2,4,0 N,3,0,4 N,4,4,4 E,1,3,1,1,1,1,1,0 E,3,4,1,1,0,1,1,1 E,4,2,1,1,1,1,1,1 NSUPT,1,6,0,0,

11、0,0 NSUPT,2,6,0,0,0,0 ECHAR,1,3,3.12E+06,4.16E+04 NLOAD,3,1,30,0 ELOAD,1,3,20,0,1,90 例2 求图示组合结构的内力.设各杆的 EA = EI = 1. TITLE,AAA-2N,1,0,0 NSUPT,1,2,-90,0,0N,2,2,0 NSUPT,5,1,0,0N,3,4,0 ECHAR,1,9,1,1N,4,6,0 ELOAD,1,3,1,0,1,90N,5,8,0 ELOAD,2,3,1,0,1,90N,6,2,-2 ELOAD,3,3,1,0,1,90N,7,6,-2 ELOAD,4,3,1,0,1,9

12、0 E,1,2,1,1,0,1,1,1E,2,3,1,1,1,1,1,0E,3,4,1,1,0,1,1,1E,4,5,1,1,1,1,1,0E,6,7,1,1,0,1,1,0E,6,2,1,1,0,1,1,0E,7,4,1,1,0,1,1,0E,6,1,1,1,0,1,1,0E,7,5,1,1,0,1,1,0 例3.求图示桁架各杆的轴力. TITLE,AAA-3 N,1,1,0 NGEN,4,1,1,1,1,1,0 NGEN,1,5,1,5,1,0,1 E,1,2,1,1,0,1,1,0 EGEN,3,1,1,1 EGEN,1,1,4,5 E,6,1,1,1,0,1,1,0 EGEN,4,9,

13、9,1 E,1,7,1,1,0,1,1,0 E,1,8,1,1,0,1,1,0 E,8,5,1,1,0,1,1,0 E,5,9,1,1,0,1,1,0 NSUPT,1,2,-90,0,0 NSUPT,5,1,0,0 NLOAD,8,1,1,-90 NLOAD,9,-1,2,-90 (注:此题系静定结构,其内力与材料性质无关,故可不输入ECHAR项) 例4.求图示桁架的轴力. 提示:支座约束和结点荷载信息为 NSUPT,1,2,-90,0,0 NSUPT,2,1,0,0 NLOAD,7,1,8,-90 NLOAD,8,1,4,180 NLOAD,5,1,4,180 例5.求图示三铰刚架的内力.

14、提示:支座约束及斜杆单元的荷载信息为 NSUPT,1,2,-90,0,0 NSUPT,2,2,0,0,0 ELOAD,2,3,9.48682596,0,1,71.565 注:将沿水平线均布荷载(q)变换成沿杆轴线的均布荷载(q ) 即q =qcos =10X6 / 40 = 9.48682596 例6.求图示刚架的内力.设EI=1. TITLE,AAA-6 N,1,0,0 N,2,4,0 N,3,8,0 N,4,4,-4 E,1,2,1,1,1,1,1,1 E,2,3,1,1,1,1,0,1 E,4,2,1,1,0,1,1,1 NSUPT,1,6,-90,0,0,0 NSUPT,3,5,0,0

15、,0 NSUPT,4,4,90,0,0 ECHAR,1,1,-1,1 ECHAR,2,2,-1,2 ECHAR,3,3,-1,1 ELOAD,1,3,30,0,1,90 ELOAD,2,1,50,0.5,90 (注:取EA= ,填-1) 例7.求图示梁的内力和位移 .EI=5X10 KN-M .TITLE,AAA-7N,1,0,0N,2,6,0N,3,7.5,0E,1,2,1,1,0,1,1,1E,2,3,1,1,1,0,0,0NSUPT,1,3,0,0NSUPT,2,1,0,0ECHAR,1 2 -1,5E+04ELOAD,2,3,16,0,1,90ELOAD,2,1,20,1,90 例8.

16、求图示铰接排架的内力. EI = 1, EI = 6 (设横梁的 EI=1,柱子的 EA= ) TITLE,AAA-8 N,1,0,0 NSUPT,1,6,0,0,0,0 N,2,6,0 NSUPT,2,6,0,0,0,0 N,3,16,0 NSUPT,3,6,0,0,0,0 N,4,0,6 ECHAR,1,1,-1,1 N,5,6,6 ECHAR,2,4,-1,6 N,6,6,7 ECHAR,5,6,-1,1 N,7,6,10 ECHAR,7,8,-1,1 N,8,16,10 ELOAD,6,1,20,1/3,90 N,9,16,7 E,1,4,1,1,1,1,1,0 E,2,5,1,1,1

17、,1,1,1 E,3,9,1,1,1,1,1,1 E,5,6,1,1,1,1,1,1 E,6,7,1,1,1,1,1,0 E,9,8,1,1,1,1,1,0 E,4,5,1,1,0,1,1,0 E,7,8,1,1,0,1,1,0 例9.计算图示两层刚架的自振频率和主振型 横梁的均布质量m = m = 15X10 kg/m 柱子的抗弯刚度 EI =1X10 kn.m 设EA = TITLE,AAA-9 N,1,0,0 N,2,4,0 N,3,0,3 N,4,4,3 N,5,0,6 N,6,4,6 E,1,3,1,1,1,1,1,1 E,3,5,1,1,1,1,1,1 E,2,4,1,1,1,1,

18、1,1 E,4,6,1,1,1,1,1,1 E,3,4,1,1,1,1,1,1 E,5,6,1,1,1,1,1,1 NSUPT,1,6,0,0,0,0 NSUPT,2,6,0,0,0,0 ECHAR,1,4,-1,1E+08,1E-08 ECHAR,5,6,-1,-1,1.5E+04 FREQ,2,1,0.0005 (注:柱子的质量不能填0,可填一个很小的数,如10 ) 例10.对图示两跨四层框架结构,分别计算竖向荷载和水平荷载作用下的内力. 各杆的EA、EI值见下表: 框架梁柱计算参数表 截面 弹性模量 惯性矩 EA EI 构件 A=bXh(m ) E(kn/m ) I(m ) (kn) (

19、kn-m ) 底层 0.25xX0.5 3X10 0.521X10 0.375X10 1.563X10 梁 其它层 0.25X0.5 2.8X10 0.521X10 0.350X10 1.459X10 底 边柱 0.4X0.4 3X10 0.213X10 0.480X10 0.639X10 层 中柱 0.45X0.45 3X10 0.342X10 0.608X10 1.026X10 柱 其 边柱 0.4X0.4 2.8X10 0.213X10 0.448X10 0.596X10 它 层 中柱 0.45X0.45 2.8X10 0.342X10 0.567X10 0.958X10 TITLE,A

20、AA-10 N,1,0,0 水平荷载作用 N,2,5.0,0 NLOAD，4,1,8.05,0 N,3,10.0,0 NLOAD,7,1,11.17,0 NGEN,1,3,1,3,1,0,4.5 NLOAD,10,1,15.20,0 NGEN,3,3,4,6,1,0,3 NLOAD,13,1,19.10,0 E,1,4,1,1,1,1,1,1 竖向荷载作用 EGEN,2,1,1,1 ELOAD,13,3,19.30,0,1,9 EGEN,3,1,3,3 ELOAD,14,3,19.30,0,1,90 E,4,5,1,1,1,1,1,1 ELOAD,15,3,19.30,0,1,90 E,5,6

21、,1,1,1,1,1,1 ELOAD,16,3,19.30,0,1,90 E,7,8,1,1,1,1,1,1 ELOAD,17,3,19.30,0,1,90 EGEN,2,15,15,3 ELOAD,18,3,19.30,0,1,90 E,8,9,1,1,1,1,1,1 ELOAD,19,3,19.50,0,1,90 EGEN,2,18,18,3 ELOAD,20,3,19.50,0,1,90 NSUPT,1,6,0,0,0,0 NLOAD,4,1,53.79,-90 NSUPT,2,6,0,0,0,0 NLOAD,7,1,53.79,-90 NSUPT,3,6,0,0,0,0 NLOAD,1

22、0,1,53.79,-90 ECHAR,1,1,4.8E+06,6.39E+04 NLOAD,6,1,53.79,-90 ECHAR,2,2,6.08E+06,10.26E+04 NLOAD,9,1,53.79,-90 ECHAR,3,3,4.8E+06,6.39E+04 NLOAD,12,1,53.79,-90 ECHAR,4,4,4.48E+06,5.96E+04 NLOAD,5,1,71.97,-90 ECHAR,6,6,4.48E+06,5.96E+04 NLOAD,8,1,71.97,-90 ECHAR,7,7,4.48E+06,5.96E+04 NLOAD,11,1,71.97,-

23、90 ECHAR,9,9,4,48E+06,5.96E+04 NLOAD,13,1,44.08,-90 ECHAR,10,10,4.48E+06,5.96E+04 NLOAD,15,1,44.08,-90 ECHAR,12,12,4.48E+06,5.96E+04 NLOAD,14,1,50.86,-90 ECHAR,5,5,5.67E+06,9.58E+04 ECHAR,8,8,5.67E+06,9.58E+04 ECHAR,11,11,5.67E+06,9.58E+04 ECHAR,13,14,3.75E+06,15.63E+04 ECHAR,15,20,3.50E+06,14.59E+04