结构力学矩阵位移法实践报告..pdf

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1、结构力学 上机实验报告 姓名:学号：指导老师:专业班级:日期:矩阵位移法上机实践报告 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，存放在与 PF 程序相当的文件夹下。(3）运行计算：运行程序，分别按照要求键入输入数据的文本名和输出存储数据的文件名从而得到相应的输出文件。(4）绘图:根据得到的结

2、果，画出内力图.四、每题的题目及具体解题步骤如下所示：1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。0104 MPa.解：(1）编号 根据刚架进行编号。注意到作用在杆上的集中力偶由于 PF 程序未直接处理的算法,故在此点增加一个绞结点 11.（2）建立输入文件 timu1。txt，存于 PF 同一文件夹内。具体输入如下:*EX。1 A Simple Suppoted Frame 2013.06.08 *3E7 16 13 9 1 1 2 16E2 213E-5 2 4

3、2975E4 179E4 3 4 16E2 213E5 4 6 21E2 63E4 5 6 16E-2 213E-5 2 7 16E-2 213E5 7 8 2975E4 179E-4 4 8 16E-2 213E5 8 9 21E-2 63E4 6 9 16E-2 213E-5 7 10 16E2 213E-5 10 11 2975E4 179E-4 11 12 2975E-4 179E-4 8 12 16E-2 213E5 12 13 21E-2 63E4 9 13 16E2 213E5 0 0 0 4.5 7。6 0 7。6 4。5 11。4 0 11。4 4.5 0 7.7 7.6 7

4、。7 11.4 7.7 0 10。9 3.8 10。9 7。6 10.9 11.4 10.9 11 0 12 0 13 0 31 0 32 0 33 0 51 0 52 0 53 0 4 7 100 0 0 10 100 0 0 11 0 0 -15 12 0 0 -15 7 1 3 20 4.5 2 2-26 3。8 2 4-36 7.6 4 4-36 3.8 4 2 26 2.7 7 4 36 7。6 9 4-36 3。8(3)运行 PF 程序,得到如下的 timu1out。txt 输出文件：Input Data File Name:timu1.txt Output File Name:t

5、imu1out.txt *EX.1 A Simple Suppoted Frame 2013.06。08 *The Input Data The General Information E NM NJ NS NLC 3。000E+07 16 13 9 1 The Information of Members member start end A I 1 1 2 1。600000E-01 2.130000E03 2 2 4 2。975000E01 1.790000E-02 3 3 4 1.600000E01 2。130000E03 4 4 6 2。100000E-01 6。300000E-03

6、5 5 6 1.600000E01 2。130000E03 6 2 7 1。600000E-01 2.130000E-03 7 7 8 2。975000E01 1.790000E-02 8 4 8 1.600000E-01 2。130000E-03 9 8 9 2。100000E-01 6。300000E03 10 6 9 1.600000E01 2。130000E03 11 7 10 1.600000E-01 2.130000E-03 12 10 11 2。975000E-01 1。790000E-02 13 11 12 2。975000E01 1。790000E-02 14 8 12 1.

7、600000E-01 2.130000E03 15 12 13 2.100000E01 6.300000E-03 16 9 13 1.600000E01 2.130000E-03 The Joint Coordinates joint X Y 1 .000000 。000000 2 。000000 4。500000 3 7。600000 .000000 4 7.600000 4。500000 5 11。400000 。000000 6 11.400000 4。500000 7 。000000 7。700000 8 7。600000 7。700000 9 11.400000 7.700000 1

8、0 。000000 10。900000 11 3。800000 10.900000 12 7。600000 10.900000 13 11。400000 10。900000 The Information of Supports IS VS 11 .000000 12 .000000 13 。000000 31 。000000 32 .000000 33 。000000 51 。000000 52 .000000 53 。000000 Loading Case 1 The Loadings at Joints NLJ=4 joint FX FY FM 7 100。000000 。000000

9、.000000 10 100.000000 。000000 。000000 11 .000000 。000000 15.000000 12 。000000 。000000 -15.000000 The Loadings at Members NLM=7 member type VF DST 1 3 20。000000 4。500000 2 2 -26.000000 3.800000 2 4 -36。000000 7.600000 4 4 -36.000000 3.800000 4 2 26.000000 2.700000 7 4 -36.000000 7。600000 9 4 -36。0000

10、00 3.800000 The Results of Calculation The Joint Displacements joint u v rotation 1 7.105461E21 -1。638202E-20 1。781187E-20 2 1.133506E02 -1.535815E-04 -1.284918E03 3 9.610091E-21 -4。106481E20 2.156737E20 4 1。133276E02 3。849826E04 3.897026E-05 5 7。784447E-21 -2.983317E20 -1。882111E20 6 1.132041E02 -2

11、。796859E04 9.197894E04 7 1.610528E-02 2。069985E04 9.285745E-04 8 1.603101E-02 -5.147110E04 6。617797E05 9 1.601517E02 3。701405E-04 4。822142E04 10 1.847558E02 -1。982752E04 1.263834E-04 11 1.843980E-02 3.424985E04 -8。166131E-06 12 1.840402E-02 -5.043449E04 1。356586E-04 13 1。838526E-02 -3.892299E-04 -1。

12、683735E-04 The Terminal Forces member FN FS M 1 start 1 163.820232 116.054614 211。868721 end 2 163.820232 26。054614 107。877041 2 start 2 2.696605 83。694719 146.763245 end 4 2.696605 215.905278 355.636874 3 start 3 410.648087 96.100915 215.673680 end 4 -410.648087 -96。100915 216。780436 4 start 4 20。4

13、75884 .150115 -42.808557 end 6 20.475884 162.649883 245.140956 5 start 5 298。331671 77。844472 188.211070 end 6 298。331671 77。844472 162.089052 6 start 2 80。125514 28。751219 38。886205 end 7 80。125514 28.751219 53。117689 7 start 7 87。216625 93.210427 62。647484 end 8 -87.216625 180。389569 -268.633252 8

14、 start 4 194。592693 113。880194 181。664996 end 8 -194。592693 113.880194 182。751603 9 start 8 26。265385 29。752419 -2。835098 end 9 26.265385 107。047579 -144.025679 10 start 6 135。681788 57。368587 83.051904 end 9 135。681788 -57。368587 100.527564 11 start 7 13。084913 15。967843 9。529794 end 10 13。084913 1

15、5。967843 41.567301 12 start 10 84.032157 -13.084913 -41.567301 end 11 84。032157 13。084913 -8。155369 13 start 11 84。032157 -13。084913 -6。844631 end 12 -84.032157 13.084913 -42.878040 14 start 8 15。549295 52。928954 88。716747 end 12 15。549295 52。928954 80。655897 15 start 12 31.103202 -28.634209 -52。777

16、857 end 13 -31.103202 28.634209 -56。032127 16 start 9 28.634209 31。103202 43.498115 end 13 28。634209 -31。103202 56.032127（4）根据得到的数据，绘制内力图如下:FN图：Fs 图：M 图：2、计算图示桁架各杆的轴力.已知 A=2400mm2，E=2。0105 MPa。解：（1)编号：（2）建立输入文件 timu2.txt,存于 PF 同一文件夹内.注意到，由于题目中将桁架结点简化为铰结，故各杆只受轴力而不受剪力和弯矩，故将 I 假设尽可能小（1E-18）。具体输入如下：*EX.

17、2 A Frame with Hinges 2013。06。08 *2E8 14 9 4 1 1 2 24E-4 1E-18 1 3 24E-4 1E18 2 3 24E-4 1E18 2 4 24E4 1E18 3 4 24E-4 1E-18 3 5 24E-4 1E-18 4 5 24E4 1E-18 5 6 24E4 1E-18 5 7 24E-4 1E-18 7 6 24E-4 1E-18 6 8 24E-4 1E-18 7 8 24E-4 1E18 7 9 24E-4 1E18 9 8 24E-4 1E18 0 0 0 6 2 3 2 6 4 6 6 6 6 3 8 6 8 0 11

18、 0 12 0 91 0 92 0 5 2 0 -50 0 4 0 50 0 5 0 50 0 6 0 -50 0 8 -10 50 0 0（3）运行 PF 程序，得到如下的 timu2out.txt 输出文件：Input Data File Name：timu2.txt Output File Name:timu2out.txt *EX.2 A Frame with Hinges 2013。06.08 *The Input Data The General Information E NM NJ NS NLC 2.000E+08 14 9 4 1 The Information of Mem

19、bers member start end A I 1 1 2 2.400000E-03 1。000000E18 2 1 3 2.400000E-03 1.000000E18 3 2 3 2。400000E03 1。000000E-18 4 2 4 2.400000E-03 1.000000E-18 5 3 4 2.400000E-03 1。000000E18 6 3 5 2。400000E-03 1。000000E-18 7 4 5 2.400000E-03 1。000000E18 8 5 6 2.400000E03 1。000000E-18 9 5 7 2.400000E03 1.0000

20、00E-18 10 7 6 2.400000E03 1。000000E-18 11 6 8 2.400000E-03 1.000000E-18 12 7 8 2。400000E03 1.000000E-18 13 7 9 2.400000E03 1.000000E18 14 9 8 2.400000E03 1。000000E-18 The Joint Coordinates joint X Y 1 。000000 .000000 2 。000000 6。000000 3 2。000000 3.000000 4 2。000000 6。000000 5 4.000000 6。000000 6 6.

21、000000 6。000000 7 6。000000 3。000000 8 8。000000 6。000000 9 8。000000 。000000 The Information of Supports IS VS 11 。000000 12 .000000 91 。000000 92 .000000 Loading Case 1 The Loadings at Joints NLJ=5 joint FX FY FM 2 .000000 50。000000 。000000 4 。000000 50.000000 .000000 5 。000000 50。000000 。000000 6 。0

22、00000 50.000000 .000000 8 10.000000 50。000000 。000000 The Loadings at Members NLM=0 The Results of Calculation The Joint Displacements joint u v rotation 1 -3。833333E21 -1。325000E-20 -2。257495E04 2 -1.052370E04 9.375000E-04 7。026908E05 3 3。860368E-04 8.812351E04 1。226822E-04 4 1。746814E04 1.193735E-

23、03 1。087908E-04 5 -2。441259E-04 -8.137529E04 -3。230398E-05 6 3.552370E-04 -1.302888E03 1。022944E04 7 -7.938923E04 -9。903881E-04 -6。211765E-05 8 4。663481E04 9.375000E-04 1.412286E-04 9 2。833333E-21 1.175000E20 3。510751E-04 The Terminal Forces member FN FS M 1 start 1 75。000000 .000000 。000000 end 2 -

24、75。000000 .000000 .000000 2 start 1 69。106399 。000000 。000000 end 3 69.106399 。000000 .000000 3 start 2 30。046261 .000000 .000000 end 3 30.046261 。000000 .000000 4 start 2 16.666667 。000000 .000000 end 4 16.666667 。000000 .000000 5 start 3 50。000000 .000000 。000000 end 4 -50.000000 。000000 。000000 6

25、 start 3 39。060139 .000000 。000000 end 5 39.060139 .000000 .000000 7 start 4 16.666667 。000000 .000000 end 5 16。666667 。000000 .000000 8 start 5 26.666667 .000000 。000000 end 6 -26。666667 。000000 。000000 9 start 5 21。032382 .000000 .000000 end 7 -21。032382 。000000 。000000 10 start 7 50。000000 .00000

26、0 .000000 end 6 -50。000000 。000000 .000000 11 start 6 26。666667 .000000 。000000 end 8 26.666667 .000000 。000000 12 start 7 30。046261 。000000 。000000 end 8 30。046261 .000000 。000000 13 start 7 51。078643 .000000 。000000 end 9 51.078643 .000000 .000000 14 start 9 75.000000 .000000 .000000 end 8 -75.000

27、000 .000000 。000000（4）根据得到的数据，绘制内力图，由于桁架只受轴力，故只画出轴力图如下：FN 图：3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=3.45104MPa。解:（1)编号：根据刚架进行编号.注意到作用在杆上的集中力偶由于 PF 程序未直接处理的算法,故在此点增加一个铰节点3。（2）建立输入文件 timu3.txt，存于 PF 同一文件夹内。具体输入如下：*EX.3 A Simple Suppoted Frame 2013.06.08 *345E5 4 5 6 1 1 2 6.5 5.5 2 3 6。5 5.5 3 4 6.5

28、5。5 4 5 6。5 5.5 0 0 40 0 60 0 80 0 120 0 11 0 12 0 13 0 22 0 42 0 52 0 1 3 0 320 -100 4 1 4 -10.5 40 2 4 10.5 20 3 4 -10.5 20 4 4 -10。5 40（3）运行 PF 程序，得到如下的 timu3out。txt 输出文件：Input Data File Name:timu3.txt Output File Name：timu3out.txt *EX。3 A Simple Suppoted Frame 2013。06。08 *The Input Data The Gene

29、ral Information E NM NJ NS NLC 3.450E+07 4 5 6 1 The Information of Members member start end A I 1 1 2 6.500000E+00 5.500000E+00 2 2 3 6.500000E+00 5.500000E+00 3 3 4 6.500000E+00 5.500000E+00 4 4 5 6。500000E+00 5。500000E+00 The Joint Coordinates joint X Y 1 。000000 .000000 2 40.000000 .000000 3 60。

30、000000 。000000 4 80。000000 。000000 5 120。000000 。000000 The Information of Supports IS VS 11 。000000 12 .000000 13 .000000 22 .000000 42 .000000 52 .000000 Loading Case 1 The Loadings at Joints NLJ=1 joint FX FY FM 3 。000000 -320.000000 100。000000 The Loadings at Members NLM=4 member type VF DST 1 4

31、 -10.500000 40.000000 2 4 -10.500000 20.000000 3 4 -10。500000 20。000000 4 4 10。500000 40.000000 The Results of Calculation The Joint Displacements joint u v rotation 1 0.000000E+00 3.713942E-21 4。951923E20 2 0。000000E+00 -2。916827E20 5.219418E-05 3 0.000000E+00 -1。405865E-03 1.038816E-06 4 0.000000E

32、+00 3。431731E20 4。276883E05 5 0。000000E+00 6。771635E-21 5。239688E-05 The Terminal Forces member FN FS M 1 start 1 .000000 172。860577 904。807692 end 2 。000000 247。139423 2390。384615 2 start 2 。000000 359.543269 2390。384615 end 3 .000000 -149。543269 2700。480769 3 start 3 。000000 170。456731 2800.480769

33、 end 4 。000000 380.456731 2708.653846 4 start 4 。000000 277.716346 2708。653846 end 5 .000000 142.283654 .000000（4）根据得到的数据，绘制内力图，梁在水平方向未受力，输出数据中 FN 值均为 0，故不必画出轴力图.剪力图与弯矩图如下所示：Fs 图：M 图：四、实验结果与讨论:本次上机实验选取的三个题目各有各自的特点：第 1 题中柱、大跨梁、小跨梁的 A、I 均不同，需要注意输入。并且在结构上,既有集中载荷，又有分布载荷，且作用点也有不同,杆件及结点数量也多，处理起来相对繁琐（需增加一绞

34、结点 11）,需要认真耐心。第 2 题中，题目未给出 I 的大小.但是注意到此题目为桁架问题，故应将 I取足够的小，从而使 Fs 和 M 能够在计算机显示输出时为 0.第 3 题中，同样也需像 1 题中为集中力偶增加结点.不过,此题为静不定梁问题，无水平荷载,故计算出的轴力为 0，这也可以作为验证我们输出结果正确性的一个根据。这次结构力学上机实验让我们充分的运用了所学过的计算机和结构力学知识，并将其相互串接，让我们对运用计算机解决力学问题有了一个较为完整、系统的认识。在此过程中，我们也发现了许多问题：如在输入文件中，一定要注意标题需占 5 行，否则会使下面的读取数据时出现问题,而无法得出答案；在编号时虽然没有特别规定,但还是尽量按照一定的规律进行，这样避免出现输入错误的问题等。当然,也学会了如何正确增加结点处理非杆端的力偶，对 I 等数据进行合理的假设，通过输出的电算结果数据检查输入的是否正确等技巧性的知识。总的来说，此次上机实验课程让我们深刻体会到了结构力学在土木工程中的重要性，同时也让我们第一次学会用计算机来解决我们的力学问题，让我们的综合分析能力、研究问题能力有了更大的提高，对我们今后的专业知识学习奠定了更好的基础.