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《结构力学II课程》(上机)实验操作指导书 | 教学文件
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结构力学II课程》(上机)实验操作指导书

本课程实验采用阳日主编《结构力学计算程序包》中的部分应用程序(即以下打“√”的四个应用程序)进行上机操作。

一、《结构力学计算程序包》内容:

1.——平面杆系机动分析 (ANS)(屏幕提示)

2.——平面刚架计算 (APF)√

3.——桁架计算 (TRUSS)√

4.——平面任意杆件结构计算 (FASB)√

5.——平面刚架动力计算 (DAF)√

6.——平面网架稳定计算 (SAF)

7.——平面问题三结点三角形单元应力分析 (PLA3)

8.——平面问题六结点三角形单元应力分析 (PLA6)

二、运行环境

程序用Visual Basic 6.0编写,可在Win9x环境中运行。

三、使用方法:

建立文件夹,将程序包装入文件夹中。计算将在此文件夹中进行。根据计算题目的不同而建立相应的数据文件, 即可按照程序包的提示步骤进行计算。计算结果可用Windows中的“记事本”打开结果文件, 进行阅读或打印。

下面只介绍APF、TRUSS、FASB、DAF四个程序的使用说明。

1.平面刚架内力计算程序

    (一)程序功能及编制方法

    平面刚架内力计算程序(APF),能够计算任意形状的平面刚架和连续梁的内力和结点位移。能够适应任意荷载、温度变化及支座移动等复杂情况。但不能处理刚架有内部铰结点的情况。

    程序用直接刚度法集成总刚度矩阵,等带宽二维数组贮存总刚度矩阵,后处理法引进支座条件,高斯消去法解刚度方程。

    (二)程序使用方法

       1.填写数据文件

    将要计算的题目按规定的格式用Word或Windows中的“记事本”编辑写成数据文件,(数据文件的填写格式见后)并给数据文件一个恰当的名字后存入程序包所在的文件夹中。

       2.运行

    按程序包提示的步骤运行。该题的计计结果全部数据部将写在这个文件中。计算结束后可用Windows中的“记事本”打开结果文件的内容,或用打印机打印输出文件以供使用。

    (三)数据文件填写格式

    可用Word或Windows中的“记事本”或“文本文档”编辑器建立数据文件。

    数据文件的内容为:

    1.总信息:NJ,NE,NZ,NB,NP,NF,E0,DS。

其中:NJ——结点数。通常把杆件的交点作为结点,也可将单元上任意点当成结点。

      NE——单元数;

      NZ——支座约束数;

      NB——杆的类型数。不同截面尺寸的杆就属于不同的类型。

      NP——结点荷载数;

      NF——非结点荷载数;

      E0 ——弹性模量;

      DS——是否显示打印结点位移的信息。如要求显示和打印结点位移,则DS=1否则   DS=0。

  2.结点坐标数组XY(NJ,2)

  每个结点填一行,每行两个数分别是结点的x坐标和y坐标。

  3.单元信息数组JM (NE,3)

  每个单元填一行,每行三个数分别是单元左右两端的结点号和单元的类型号。

  4.单元截面信息数组AI(NB,2)

  每类单元填一行,每行两个数分别是单元横截面面积和惯性矩。

  5.约束信息数组ZC(NZ,2)

每个支座约束填一行,每行2个数分别为约束所在的结点号和约束方向。约束方向规定沿x方向的约束为“1”,y方向的约束为“2”,力矩约束为“3”。

  6.结点荷载信息PJ (NP,3)

    每个结点荷载填一行,每行3个数分别为荷载作用结点号,荷载的方向和荷载的数值。荷载作用方向以沿x方向为“1”,y方向为“2”力矩为“3”。荷载数值以与整体坐标方向一致的力为正值,反之为负值。以绕结点顺时针转的力矩为正值,反之为负值。

如果没有结点荷载,这个数组不填。

7.非结点荷载信息PF(NF,5)

    每个非结点荷载填一行,每行5个数分别为荷载作用的单元号,荷载类型号和常数c,a,G。程序中提供了9种不同类型的荷载,任何复杂的荷载都可由这9种荷载组合而成。非结点荷载的正负号与单元坐标系有关,与单元坐标系方向一致的荷载为正值,反之为负值。各类型荷载如图⑴所示。

如果结构上未作用非结点荷载则此数组不填。

 

图⑴

(四)计算例题

例1.刚架如图⑵所示。已知其横梁尺寸为: 40*80cm2(A1=0.32 m2,I1=0.01707m4)。柱的截面尺寸为 40cm*60cm(A2 = 0.24m2,I2 = 0.0072m4),弹性模量 E0=1E7kN/m2。试求图示荷载作用下的各柱端内力。

 

图⑵

  [解] 首先将各结点和单元编号如图(b)所示。然后建立名为APFex1.dat的数据文件,内容为:

        5,4,7,2,1,3,1E7,1

        0,0,0,4,6,0,6,4,12,4

        1,2,2,2,4,1,3,4,2,4,5,1

        0.32,0.01707,0.24,0.0072

        1,1,1,2,1,3,3,1,3,2,3,3,5,2

        2,1,150

        2,1,6,3,-25,4,4,0,2,-400,4,4,0,4,-250

输出文件命名为APFex1.jg。计算完成后,此文件中记录了全部输入的数据以供核对,并记录了各结点的位移和各杆端的内力。

2.桁架内力计算程序(TRUSS)

    (一)程序功能及编制方法

    桁架内力计算程序(TRUSS),能计算任意平面和空间桁架(包括网架)在结点荷载作用下各结点的位移和各杆的轴力。程序采用变带宽一维数组贮存总刚度矩阵,先处理法引进支座条件。计算结果输出各结点的位移和各杆的轴力。

    (二)程序使用方法

    使用方法与前述“APF”程序相同。

    (三)数据文件填写格式

    数据文件填写格式大致与APF程序相似。

    1.总信息:T,NJ,NE,NR,NB,NP,E0,DS

    其中:T是桁架类型。平面桁架 T=2,空间桁架 T=3。

          NR是支座约束数。

          其他变量与APF程序相同。

    2.结点坐标数组XYZ(NJ, 3)

    每个结点填一行,每行三个数分别填写结点的x,y,z三个坐标数值,平面桁架只填x,y坐标数值(单位:m)。

    3.单元信息数组G(NE)

    采用紧缩贮存方式,每个单元填一个数。把单元的左端、右端结点号和杆的类型号三个数紧缩为一个数。例如某单元左端结点号为15,在端结点号为8,类型号为3,则写成0.15083,一般格式为0.xx xx x。

    4.单元截面信息数组AI(NB)

    填写各类单元的杆截面面积(m2

    5.约束信息数组R(NR)

    采用紧缩贮存方式,每个约束(支座链杆)填一个数。把约束作用的作用点写在该数的整数部分,约束的方向写在小数部分。x方向的约束为“l”,y方向的约束为“2”。例如某支座链杆作用在 17号结点上,方向沿整体坐标 y方向,则写为 17.2,一般格式为xx.x。

    6.结点荷载信息数组F(NP,2)

每个结点荷载填一行,每行两个数。前一个数用紧缩方式填写荷载作用的结点号和作用方向,格式与约束信息的格式相同。后一个数为荷载的数值。单位为KN,与整体坐标方向一致者为正值,相反者为负值。例如,作用在16号结点上,数值为183.5KN,方向向下的力,则写成:16.2,-183.5(这里,假定坐标轴y轴向上)。

    (四)计算例题

    例2  试计算图(3)所示空间桁架各杆的轴力。

    [解]  因为是静定桁架,各杆的弹性模量和横截面面积大小均不影响杆件的内力,故假定弹性模量和横截面面积均等于1。

选择坐标系及结点编号如图(3)所示。输入数据文件取名为strex1.dat,输出数据文件取名为strex1.jg

 

图(3)

输入数据文件内容为:

3

9,15,12,1,3,1,0

0,6,8,4,6,8,4,0,8,0,0,8

2,0,11,0,6,0,4,6,0,4,0,0,0,0,0

0.01021,0.02031,0.03041,0.04011,0.01051

0.02051,0.03051,0.04051,0.01061,0.02071

0.03081,0.04091,0.04061,0.01071,0.02081

1

6.1,6.2,6.3,7.1,7.2,7.3,8.1,8.2,8.3,9.1,9.2,9.3

3.2,6,4.2,6,5.2,6

3. 平面任意杆件结构内力计算程序(FASB

(一)程序的功能及编制方法

    能计算由不同单元构成的平面任意杆件组合结构的内力及结点位移。

程序用直接刚度法集成总刚度矩阵,变带宽一维数组贮存总刚度矩阵,先处理法引进支座条件。三角分解法解刚度方程。

(二)程序使用方法

使用方法与前述“APF”程序相同。

(三)数据文件填写格式

    数据文件填写格式与程序“APF”基本上相同。输入的变量和数组为:

    总信息:NJ,NE,NZ, NB, NP,NF,E0,DS

    结点坐标数组:XY(NJ,2)

    单元信息数组:JM(NE,5)

    单元截面数组:AI(NB,2)

    约束信息数组:ZC(NZ,2)

    集中荷载信息数组:PJ(NP,3)

    非结点荷载信息数组:PF(NF,4)

    以上输入数据中只有JM数组和PF数组与“APF”程序不同,其他数组均与“APF”程序的相应数组的格式和意义完全相同。

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