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结构力学习题:求杆端力及M图

时间:2023-11-20 理论教育 版权反馈
【摘要】: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:代入数据解方程得:求各杆端力:单元①:单元②:单元③:作最终M 图。单元分析:单元①:单元③:α=270°,cosα=0,sinα=-1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。

结构力学习题:求杆端力及M图

(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=v11=u3=v33=u4=v44=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,θ2T

综合结点荷载向量:[F]=[Fx2,Fy2,M2T=[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=v11=u4=v44=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,M3T=[0,0,-8kN·m,6kN,0,4kN·m]T

未知结点位移向量:[Δ]=[u2,v2,θ2,u3,v3,θ3T

整体刚度方程:[F]=[K]·[Δ],即:

(5)求解方程可得:

[Δ]=[u2,v2,θ2,u3,v3,θ3T=[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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