《结构力学(第五版)第二章-平面体系的机动分析ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《结构力学(第五版)第二章-平面体系的机动分析ppt课件.ppt（49页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、,第二章 平面体系的机动分析,第二章 平面体系的机动分析,2-1 引言,2-2 平面体系的计算自由度,2-3 几何不变体系的简单组成规则,2-4 瞬变体系,2-7 机动分析示例,2-5 几何构造与静定性的关系,2-6 三刚片体系中虚铰在无穷远处的情况,21 引 言,1.体系：,2.几何不变体系：,P,若干个杆件相互联结而组成的构件。,在任何荷载作用下，若不计杆件的变形，其几何形状与位置均保持不变的体系。,平面体系的机动分析,返 回,3.几何可变体系,即使不考虑材料的变形，在很小的荷载 作用下，会产生机械运动的体系。,平面体系的机动分析,返 回,4.机动分析:,判断体系是否几何 不变这一工作，又
2、称作几何构造分析 或几何组成分析。,5.刚片：,在平面体系中将刚体称为刚片。,可表示为：,平面体系的机动分析,返 回,22 平面体系的计算自由度,1.自由度:,是指物体运动时可以独立变化的几何参数 的数目,即确定物体位置的独立坐标数目。,平面上的点有两个自由度,x,y,独立变化的几何参数为：x、y。,A,x,y,o,平面体系的机动分析,返 回,平面上的刚片有三个自由度,x,y,x,y,o,独立变化的几何参数为：x、y、。,A,B,平面体系的机动分析,返 回,2.约束:,减少自由度的装置（又称为联系）。凡 是减少一个自由的装置称为一个约束。,3.约束的种类:,链杆:一根链杆相当一个约束。,x,y
3、,B,A,x,y,o,A,x,y,o,2,1,B,平面体系的机动分析,返 回,单铰：,复铰：,x,y,A,x,y,1,2,o,连结n个刚片的 复铰相 当于(n1)个单铰,一个单铰相当于两个 约束。,x,y,A,x,y,1,2,o,3,连结两个 刚片的铰称为单铰。,连结两个 以上刚片的铰称为复 铰。,平面体系的机动分析,返 回,4.平面体系的计算自由度:,m刚片数目,h单铰数目,r链杆数目,W计算自由度,w=3m(2h+r),（21）,一个平面体系,通常由若干个刚片彼此用铰并用链杆与基础相联而组成。,平面体系的机动分析,返 回,5.讨论：,w0,体系缺少足够的联系，为几何可变。,任何平面体系的计
4、算自由度，其计算结果将有以下三种情况：,w0,体系具有成为几何不变所必需的最少联系数目。,w0,体系具有多余联系。,则几何不变体系的必要条件是:w0,但这不是充分条件，还必需研究几何不变体系的合理组成规则。,平面体系的机动分析,返 回,通常情况下，由于有多余约束，使得增加的约束并不一定能减少自由度w，故称其为计算自由度。,例1：,刚片个数,单铰个数,链杆个数,W=39（122+3）=0,虽然 W=0,但其上部有多余联系，而下部又缺少联系，仍为几何可变。,1,1,3,3,2,2,m=9,h=12,r=3,平面体系的机动分析,返 回,试计算图示体系的计算自由度,有一个多余约束的几何不变体系,例2：
5、,解:,刚片个数,单铰个数,链杆个数,m=4,h=4,r=5,试计算图示体系的计算自由度,解:,由结果不能判定其是否能作为结构,例3：,刚片个数,单铰个数,链杆个数,m=8,h=11,r=3,试计算图示体系的计算自由度,解:,由结果可判定其不能作为结构,例4：,刚片个数,单铰个数,链杆个数,m=28,h=40,r=3,试计算图示体系的计算自由度,解:,几何不变无多余约束,例5：,刚片个数,单铰个数,链杆个数,m=8,h=10,r=4,练习 1,1、,2、,3、,4、,练习 2,1、,2、,3、,4、,23 几何不变体系的简单组成规则,1.基本的三刚片规则（三角形规则）:,三个刚片用不共线的三个
6、单较两两相联,组成的体系为几何不变。,例:,此体系由三个刚片用不共线的三个单铰A、B、C两两铰联组成的，为几何不变。,平面体系的机动分析,返 回,2.二元体规则:,在一个刚片上增加一个二元体,仍为几何不变体系。,二元体：两根不共线的连杆联结一个新结点的构造。,结论：在一个体系上增加或拆除二元体，不会改变原体系的几何构造性质。,刚 片,链杆,链杆,铰结点,如：,为没有多余约束的几何不变体系,二元体,平面体系的机动分析,返 回,3.两刚片规则:,两个刚片用一个铰和一根不通过此铰的链杆相联,为几何不变体系。,虚铰：,为相对转动中心。起的作用相当一个单铰，称为虚铰。,铰,链杆,O,刚片,刚片,刚片,刚
7、片,.,刚片,平面体系的机动分析,返 回,O,两个刚片用三根不完 全平行也不交于同一点的 链杆相联，为几何不变体 系。,或者,例如：,基础为刚片，杆 BCE为刚片，用链杆 AB、EF、CD 相联，为几何不变体系。,刚片,刚片,O,平面体系的机动分析,返 回,小 结,以上介绍了几何不变体系的三条简单组成规则，而它们实质上只是一条规则，即三刚片规则（或三角形规则）。按这些规则组成的几何不变体系W=0(体系本身W=3),因此都是没有多余联系的几何不变体系。,平面体系的机动分析,返 回,24 瞬变体系,原为几何可变，但经过微小位移后转化为几何不变体系，这种体系称为瞬变体系。,瞬变体系也是一种几何可变体
8、系。,例如:,.,o,上述情况为瞬变体系。,平面体系的机动分析,返 回,25 几何构造与静定性的关系,只有无多余联系的几何不变体系才是静定的。或者说，静定结构的几何构造特征是几何不变且无多余联系。凡按基本简单组成规则组成的体系，都是静定结构；而在此基础上还有多余联系的便是超静定结构。,平面体系的机动分析,返 回,(a)一铰无穷远情况,不平行,26 三刚片体系中虚铰在无穷远处的情况,平行,平行等长,四杆不全平行,(b)两铰无穷远情况,四杆全平行不等长,四杆平行等长,(c)三铰无穷远情况 无穷远元素的性质：1)一组平行直线相交于同一个无穷远点;2)方向不同的平行直线则相交于不同的无穷 远点;3)平
9、面上的所有无穷远点均在同一条直线 上，这条直线称为无穷远直线（而一切有 限远点均不在此直线上）。,27 机动分析示例,方法：首先计算自由度W，若W0,体系为几何可变，若W0,须进行几何组成分析。但通常可略去W的计算。,例21,解：地基视为刚片。,刚片与梁BC按“两刚片规则”相联，又构成一个更扩大的刚片。,AB梁与地基按“两刚片规则”相联，构成了一个扩大的刚片。,CD梁与大纲片又是按“两刚片规则”相联。则此体系为几何不变，且无多余约束。,平面体系的机动分析,返 回,例22,解：,当拆到结点时，二元体的两杆共线，故此体系为瞬变体系，不能作为结构。,此体系的支座连杆只有三根，且不完全平行也不交于一点
10、，故可只分析体系本身。,平面体系的机动分析,返 回,例 23,解：,ADCF和BECG这两部分都是几何不变的，作为刚片、，地基为刚片。而联结三刚片的O1、O2、C不共线，故为几何不变体系，且无多余联系。,O1,O2,.,.,平面体系的机动分析,返 回,例1:对图示体系作几何组成分析,解:三刚片三铰相连,三铰不共线,所以该体系为无多余约束的几何不变体系。,几何组成分析举例：,例2:对图示体系作几何组成分析,解:该体系为无多余约束的几何不变体系。,注:若基础与其它部分三杆相连,去掉 基础只分析其它部分,例3:对图示体系作几何组成分析,解:该体系为无多余约束的几何不变体系。,注:利用规则将小刚片变成大刚片。,例4:对图示体系作几何组成分析,解:该体系为瞬变体系。,注:将只有两个铰与其它部分相连的刚片看成链杆。,例5:对图示体系作几何组成分析,解:该体系为可变体系。,注:去掉二元体。,例6:对图示体系作几何组成分析,解:该体系为无多余约束几何不变体系。,注:从基础部分(几何不变部分)依次添加。,例7:对图示体系作几何组成分析,解:该体系为有一个多余约束几何不变体系。,练习:试分析图示体系的几何组成,无多余约束几何不变体系,瞬变体系,1.,2.,无多余约束几何不变体系,无多余约束的几何不变体系,3.,4.,5.,几何不变无多余约束,6.,瞬变体系,
