(a)【解】 结构标识如下图所示,用后处理法建立结构的总刚度方程。
(1)单元分析:
;单元①、②无需进行坐标转换,故有
单元③:α=270°,cosα=0,sinα=-1;
故有:
(2)整体分析:用直接刚度法集成结构的原始总刚[KP],各单元的单刚子块“对号入座”。
其中[kij]ⓔ为3×3矩阵,[KP]为12×12矩阵。
(3)引入边界条件:u1=v1=θ1=u3=v3=θ3=u4=v4=θ4=0,故删去[KP]中的第1、2、3、7、8、9、10、11、12行(列),得到结构的总刚度矩阵。
(4)未知结点位移向量:[Δ]=[u2,v2,θ2]T
综合结点荷载向量:[F]=[Fx2,Fy2,M2]T=[20kN,-20kN,-40kN·m]
总刚度方程:[F]=[K]·[Δ],即:
(5)代入数据解方程得:
(6)求各杆端力:
单元①:
单元②:
单元③:
作最终M 图。
【注解】 本题若采用先处理法形成结构的总刚过程较为简便,且易快速求得,读者可自行尝试。(www.xing528.com)
(b)【解】 结构标识如下图所示,用后处理法求解结构的总刚度方程。
(1)单元分析:
单元①:
单元③:α=270°,cosα=0,sinα=-1
(2)整体分析:用直接刚度法集成结构的原始总刚[KP],将各单元相应的子块“对号入座”可得。
(3)引入边界条件:u1=v1=θ1=u4=v4=θ4=0,删去原始总刚[KP]中1、4子块对应的行和列,得到结构的总刚度矩阵:
(4)综合结点荷载向量:[F]=[Fx2,Fy2,M2,Fx3,Fy3,M3]T=[0,0,-8kN·m,6kN,0,4kN·m]T
未知结点位移向量:[Δ]=[u2,v2,θ2,u3,v3,θ3]T
整体刚度方程:[F]=[K]·[Δ],即:
(5)求解方程可得:
[Δ]=[u2,v2,θ2,u3,v3,θ3]T=[598.782 1 m,-597.657 9 m,-107.824 5rad,599.228 1m,-0.348 9m,74.335 3rad]T×10-4
(6)求各杆端力:
单元①:
单元②:
单元③:
作最终M 图。
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