第八章矩阵位移法.ppt

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1、第八章 矩阵位移法,8-1 概述8-2 矩阵位移法的基本原理8-3 单元刚度矩阵8-4 直接刚度法8-5 直接刚度法的另一种形式先处理法8-6 等效结点荷载,8-1 概述,工程结构的日趋复杂性对结构分析提出更高的要求；计算机的飞速发展为复杂的结构分析提供了可能性；位移法更容易用矩阵形式表示，适宜计算机分析。,8-2 矩阵位移法的基本原理,矩阵位移法是以位移法为基础的结构分析方法;以结点位移为基本未知量，以结点力平衡为基本方程,矩阵位移法与位移法的区别：矩阵位移法一般考虑轴向变形；矩阵位移法不区分静定和超静定部分，将杆端所有变形都作为未知量；,矩阵位移法的基本步骤,结构标识。结点、单元编号，选择

2、局部和整体坐标；计算各单元刚度矩阵ke；形成总刚度矩阵K0和总刚度方程K0 D0=F0；引入位移边界条件，形成结构刚度矩阵K和结构刚度方程K D=F；求解结构刚度方程，得到结点位移D；计算各单元杆端力和支座反力；,8-3 单元刚度矩阵,8-3-1 桁架单元的刚度矩阵,局部坐标系,材料力学中轴向拉压杆的变形公式,在小位移线性分析下，结点的位移不会引起y方向的反力,局部坐标系中桁架单元的刚度矩阵,局部坐标系中桁架单元的杆端位移向量,局部坐标系中桁架单元的杆端力向量,局部坐标系中桁架单元的刚度方程,结构坐标系中桁架单元的刚度方程,结构坐标系,桁架单元坐标转换矩阵,8-3-2 刚架单元的刚度矩阵,顺时

3、针趋势,局部坐标系中梁式单元的刚度方程,局部坐标系中梁式单元的刚度方程,局部坐标系中梁式单元的刚度矩阵,局部坐标系中桁架单元的刚度方程,局部坐标系中梁式单元的刚度方程,局部坐标系中刚架单元的刚度方程,线性小位移范围内，轴力只与杆端轴向位移有关，而杆端剪力与弯矩只与杆端横向位移和转角相关,局部坐标系中刚架单元的刚度矩阵,局部坐标系中刚架单元的杆端位移向量,局部坐标系中刚架单元的杆端力向量,类似桁架单元，可以通过坐标变换将刚架单元的杆端力，杆端位移和单元刚度矩阵由局部坐标系转换到结构坐标系下。刚架单元的坐标转换矩阵仅需将桁架单元的转换矩阵扩大而已，区别的是刚架结点可以发生转角，相应的杆端力包括杆端

4、弯矩。考虑到转角与弯矩在坐标转换时不会发生变化,8-3-3 单元的刚度矩阵的性质与特点,8-3-3 单元的刚度矩阵的性质与特点,8-4 直接刚度法,例 8-1,1.结点、单元编号，建立结构和局部坐标系；,2.建立结点位移向量和结点力向量；,3.建立单元刚度矩阵；,例 8-1,1.结点、单元编号，建立结构和局部坐标系；,2.建立结点位移向量和结点力向量；,3.建立单元刚度矩阵；,例 8-1,1.结点、单元编号，建立结构和局部坐标系；,2.建立结点位移向量和结点力向量；,3.建立单元刚度矩阵；,单元,3.建立单元刚度矩阵；,单元,3.建立单元刚度矩阵；,单元,4.形成总刚度矩阵和总刚度方程,总刚度

5、矩阵,桁架的总刚度方程,5 建立桁架的结构刚度方程,6 计算结点位移,7 计算杆端力,7 计算杆端力,8 计算支座反力,9 校核,整体平衡,8-5 直接刚度法的另一种形式先处理法,1 结构标识,2 建立结点位移向量和结点力向量,例 8-3,1 结构标识,2 建立结点位移向量和结点荷载向量,例 8-3,3 计算单元刚度矩阵,(4)建立结构刚度方程,(4)建立结构刚度方程,(4)建立结构刚度方程,(4)建立结构刚度方程,(4)建立结构刚度方程,(4)建立结构刚度方程,(4)建立结构刚度方程,(4)建立结构刚度方程,结构刚度方程,例8-4,1 结构标识,2 建立结点位移向量和结点荷载向量,I=1.5

6、10-6m4,A=6.2510-5m2,3 计算单元刚度矩阵,I=1.510-6m4,A=6.2510-5m2,3 计算单元刚度矩阵,I=1.510-6m4,A=6.2510-5m2,3 计算单元刚度矩阵,I=1.510-6m4,A=6.2510-5m2,3 计算单元刚度矩阵,I=1.510-6m4,A=6.2510-5m2,3 计算单元刚度矩阵,I=1.510-6m4,A=6.2510-5m2,4 建立结构刚度方程,5 计算结点位移,6 计算杆端力,7 结构弯矩图,8-6 等效结点荷载,结构的荷载 结点荷载与非结点荷载 原荷载换成与之相应的结点荷载等效的原则：要求两种荷载在基本结构中产生相同

7、的结点约束反力。,按单元集成发求整体结构的等效结点荷载,局部坐标系下的单元等效结点荷载记住上册181页中几种经典荷载所引起的固端约束力，（两端是固定端）,将固端约束力反号，即得单元等效结点荷载,结构坐标系下单元的等效结点荷载,整体结构的等效结点荷载将结构坐标系下单元的等效结点荷载对号入座，集成整体结构的等效结点荷载,8-6 等效结点荷载,结点荷载：荷载作用在结点上,结间荷载：荷载作用在结点之间,例8-5,(1)结构标识,(2)建立结点位移向量和结点荷载向量,(2)建立结点位移向量和结点荷载向量,(3)计算单元刚度矩阵,(4)建立结构刚度矩阵,(4)建立结构刚度矩阵,(4)建立结构刚度矩阵,(4)建立结构刚度矩阵,