结构力学求解器(使用指南)

结构力学求解器结构力学求解器 使用指南使用指南 结构力学求解器 SM Solver of Windows 是一个关于结构力学 分析计算的计算机软件 其功能包括求解平面杆件结构 体系 的几何组成 静定和超静 定结构的内力 位移 影响 线 自由振动的自振频率和振型 以及弹性稳定等结构力学课程 中所涉及的绝大部分问题 对几何可变体系可作静态或动态显示机构模态 能绘制结构内力 图和位移图 能静态或动态 显示结构自由振动的各阶振型和弹性稳定分析的失稳模态 能绘 制结构的影响线图 该软件的版本为 V1 5 清华大学土木系研制 高教出版社发行 一 运行环境 Windows 98 NT 8M 内存 2M 硬盘空间 二 装机与运行 将软件光盘置入光驱 在 Windows 环境下运行光盘上的 SMsetup exe 然后按提示操作 即可完成装机 装机完成后 桌面上将出现一个名为 求解器 的 图标 双击桌面上的 求解器 图标 再单击软件的封面 便可使用该求解器 三 输入数椐 先对结构的结点及单元进行编码 然后按以下诸项输入数椐 1 结点定义 N Nn x y Nn 结点编码 x 结点的 x 坐标 y 结点的 y 坐标 结构整体坐标系为 xoy 一般取结构左下支座结点为坐标原点 0 0 2 结点生成 即成批输入结点坐标 NGEN Ngen Nincr N1 N2 N12incr Dx DY Ngen 结点生成的次数 Nincr 每次生成的结点码增量 N1 N2 基础结点范围 N12incr 基础结点的编码增量 Dx DY 生成结点的 x y 坐标增量 3 单元定义 E N1 N2 DOF11 DOF12 DOF13 DOF21 DOF22 DOF23 N1 N2 单元两端的结点码 以下连接方式 1 为连接 0 为不连接 DOF11 DOF12 分别为单元在杆端 1 处的 x y 方向自由度的 连接方式 缺省值 1 DOF13 单元在杆端 1 处的转角方向自由度的连接方式 缺省 值 0 DOF21 DOF22 分别为单元在杆端 2 处的 x y 方向自由度的 连接方式 缺省值 1 DOF23 单元在杆端 2 处的转角方向自由度的连接方式 缺省 值 0 4 单元生成 即成批输入单元两端的连接方式 EGEN Ngen E1 E2 Nincr Egen 生成次数 E1 E2 基础单元范围 Nincr 生成中单元两端点对应的结点码增量 5 支座约束定义 NSUPT Sn Stype Sdir Sdisx Sdisy SdisR Sn 支座的结点码 Stype 支座类型码 Sdir 支座方向 以图示方向为零 绕结点逆时针旋转为正 Sdisx x 方向的支座位移 缺省值 0 Sdisy y 方向的支座位移 缺省值 0 SdisR 转角方向的支座位移 缺省值 0 以上 1 6 为支座类型码 6 单元材料性质 ECHAR ElemStart ElemEnd EA EI m ElemStart 单元起始码 ElemEnd 单元终止码 EA EI 分别为单元的抗拉和抗弯刚度 m 单元的均布质量 kg m 7 结点荷载 NLOAD Ln Ltype Lsize Ldir Ln 荷载作用的结点码 Ltype 荷载类型 Ltype 1 1 集中荷载 指向 背离 结点 Ltype 2 2 逆时 顺时 针方向的集中力矩 Lsize 荷载大小 kn kn m Ldir 荷载方向 度 仅当 Ltype 1 或 1 时入 缺省值 0 说明 竖向集中力 作用在结点上方时 取 90 反之 取 90 水平集中力 作用在结点左方时 取 0 反之 取 180 8 单元荷载 ELOAD Ln Ltype Lsize1 Lpos1 Lpos2 Ldir Ln 荷载作用的单元码 Ltype 荷载类型 Ltype 1 1 集中荷载 指向 背离 单元 Ltype 2 2 逆时 顺时 针方向的集中力矩 Ltype 3 3 均布荷载 指向 背离 单元 Lsize1 荷载大小 Lpos1 荷载起点至单元杆端 1 的距离与单元杆长的比值 缺 省值 0 Lpos2 荷载终点至单元杆端 1 的距离与单元杆长的比值 缺 省值 1 仅对均布荷载输入 Lpos2 Ldir 荷载方向 度 仅当 Ltype 1 3 或 1 3 时输入 缺省 值 0 注 按局部坐标系定义 其角度以逆时针方向为正 9 频率计算参数 FREQ Nfreq FreqStart Tol Nfreq 欲求的频率数目 FreqStart 频率起始阶数 Tol 精度误差限 如 0 0005 10 影响线参数 IL LoadDOF En pos Fdof LoadDOF 单位荷载的方向 整体坐标系 1 为水平 2 为竖直 3 为转角 En 单元码 pos 单元上截面位置 距杆端 1 的距离与杆长的比值 Fdof 欲求影响线的内力自由度 局部坐标系 1 为轴力 2 为 剪力 3 为弯矩 说明 1 计算结构的内力和位移时 仅输入 1 或及 2 3 或及 4 5 6 7 8 项 2 当单元的抗拉刚度 EA 或抗弯刚度 EI 为无穷大时 则分别 填 1 3 当斜杆单元作用沿水平线的均布荷载时 需按合力相等的原 则 变换成 沿杆轴线分布的均布荷载输入 荷载类型码仍为 3 见例 5 四 上机操作步骤 1 双击桌面上的 求解器 图标 再单击 求解器 的封面进入使 用状态 2 键入数椐文件名 如 TITLE XXXX 逐行输入数椐 也可用命 令方式输入 3 将数椐文件存盘 单击桌面上方的 文件 在文件菜单中点 保存 或 另存为 键 入文件名 点 确定 4 再单击 文件 在文件菜单中点 退出 5 见提示 此命令将结束本次 SM Solver 点 取消 或 确定 重新进入 SM Solver 6 单击 文件 在文件菜单中点 打开 7 点所要运行的数椐文件名 并单击 确定 8 单击桌面下方的 观览器 图标 桌面上显示结构计算简图的 形状 并单 击 最大化 按钮 将图形放大 9 单击桌面上方的 标注 在 标注 菜单中点所要显示的参数 如无误 则进行下一步 若有误 则进行修改 10 单击 观览器 图标 点桌面上方的 求解 11 在 求解 菜单中 点所要计算的内容 如内力计算 位移计 算等 即可显 示计算结果 如各杆杆端的内力或位移 对照结构的单元编号或 结点编号阅读 12 单击所要显示的内力类型 轴力 剪力 弯矩 及显示对象 如 结构 或 单元 13 单击 观览器 图标 则显示出内力图或位移图 14 重复单击 观览器 图标 即可选定和显示不同的内力图 15 逐层单击标题栏右边的 关闭 按钮 当显示 此命令将结束 本次 SM Solver 的 运行 或提示 结力求解器 Overflow 时 则点 确定 退出 五 计算例题 例 1 求图示刚架的内力 各杆的 EA 3 12X10 KN EI 4 16X10 KN M TITLE AAA 1 N 1 0 0 N 2 4 0 N 3 0 4 N 4 4 4 E 1 3 1 1 1 1 1 0 E 3 4 1 1 0 1 1 1 E 4 2 1 1 1 1 1 1 NSUPT 1 6 0 0 0 0 NSUPT 2 6 0 0 0 0 ECHAR 1 3 3 12E 06 4 16E 04 NLOAD 3 1 30 0 ELOAD 1 3 20 0 1 90 例 2 求图示组合结构的内力 设各杆的 EA EI 1 TITLE AAA 2 N 1 0 0 NSUPT 1 2 90 0 0 N 2 2 0 NSUPT 5 1 0 0 N 3 4 0 ECHAR 1 9 1 1 N 4 6 0 ELOAD 1 3 1 0 1 90 N 5 8 0 ELOAD 2 3 1 0 1 90 N 6 2 2 ELOAD 3 3 1 0 1 90 N 7 6 2 ELOAD 4 3 1 0 1 90 E 1 2 1 1 0 1 1 1 E 2 3 1 1 1 1 1 0 E 3 4 1 1 0 1 1 1 E 4 5 1 1 1 1 1 0 E 6 7 1 1 0 1 1 0 E 6 2 1 1 0 1 1 0 E 7 4 1 1 0 1 1 0 E 6 1 1 1 0 1 1 0 E 7 5 1 1 0 1 1 0 例 3 求图示桁架各杆的轴力 TITLE AAA 3 N 1 1 0 NGEN 4 1 1 1 1 1 0 NGEN 1 5 1 5 1 0 1 E 1 2 1 1 0 1 1 0 EGEN 3 1 1 1 EGEN 1 1 4 5 E 6 1 1 1 0 1 1 0 EGEN 4 9 9 1 E 1 7 1 1 0 1 1 0 E 1 8 1 1 0 1 1 0 E 8 5 1 1 0 1 1 0 E 5 9 1 1 0 1 1 0 NSUPT 1 2 90 0 0 NSUPT 5 1 0 0 NLOAD 8 1 1 90 NLOAD 9 1 2 90 注 此题系静定结构 其内力与材料性质无关 故可不输入 ECHAR 项 例 4 求图示桁架的轴力 提示 支座约束和结点荷载信息为 NSUPT 1 2 90 0 0 NSUPT 2 1 0 0 NLOAD 7 1 8 90 NLOAD 8 1 4 180 NLOAD 5 1 4 180 例 5 求图示三铰刚架的内力 提示 支座约束及斜杆单元的荷载信息为 NSUPT 1 2 90 0 0 NSUPT 2 2 0 0 0 ELOAD 2 3 9 48682596 0 1 71 565 注 将沿水平线均布荷载 q 变换成沿杆轴线的均布荷载 q 即 q qcos 10X6 40 9 48682596 例 6 求图示刚架的内力 设 EI 1 TITLE AAA 6 N 1 0 0 N 2 4 0 N 3 8 0 N 4 4 4 E 1 2 1 1 1 1 1 1 E 2 3 1 1 1 1 0 1 E 4 2 1 1 0 1 1 1 NSUPT 1 6 90 0 0 0 NSUPT 3 5 0 0 0 NSUPT 4 4 90 0 0 ECHAR 1 1 1 1 ECHAR 2 2 1 2 ECHAR 3 3 1 1 ELOAD 1 3 30 0 1 90 ELOAD 2 1 50 0 5 90 注 取 EA 填 1 例 7 求图示梁的内力和位移 EI 5X10 KN M TITLE AAA 7 N 1 0 0 N 2 6 0 N 3 7 5 0 E 1 2 1 1 0 1 1 1 E 2 3 1 1 1 0 0 0 NSUPT 1 3 0 0 NSUPT 2 1 0 0 ECHAR 1 2 1 5E 04 ELOAD 2 3 16 0 1 90 ELOAD 2 1 20 1 90 例 8 求图示铰接排架的内力 EI 1 EI 6 设横梁的 EI 1 柱子的 EA TITLE AAA 8 N 1 0 0 NSUPT 1 6 0 0 0 0 N 2 6 0 NSUPT 2 6 0 0 0 0 N 3 16 0 NSUPT 3 6 0 0 0 0 N 4 0 6 ECHAR 1 1 1 1 N 5 6 6 ECHAR 2 4 1 6 N 6 6 7 ECHAR 5 6 1 1 N 7 6 10 ECHAR 7 8 1 1 N 8 16 10 ELOAD 6 1 20 1 3 90 N 9 16 7 E 1 4 1 1 1 1 1 0 E 2 5 1 1 1 1 1 1 E 3 9 1 1 1 1 1 1 E 5 6 1 1 1 1 1 1 E 6 7 1 1 1 1 1 0 E 9 8 1 1 1 1 1 0 E 4 5 1 1 0 1 1 0 E 7 8 1 1 0 1 1 0 例 9 计算图示两层刚架的自振频率和主振型 横梁的均布质量 m m 15X10 kg m 柱子的抗弯刚度 EI 1X10 kn m 设 EA TITLE AAA 9 N 1 0 0 N 2 4 0 N 3 0 3 N 4 4 3 N 5 0 6 N 6 4 6 E 1 3 1 1 1 1 1 1 E 3 5 1 1 1 1 1 1 E 2 4 1 1 1 1 1 1 E 4 6 1 1 1 1 1 1 E 3 4 1 1 1 1 1 1 E 5 6 1 1 1 1 1 1 NSUPT 1 6 0 0 0 0 NSUPT 2 6 0 0 0 0 ECHAR 1 4 1 1E 08 1E 08 ECHAR 5 6 1 1 1 5E 04 FREQ 2 1 0 0005 注 柱子的质量不能填 0 可填一个很小的数 如 10 例 10 对图示两跨四层框架结构 分别计算竖向荷载和水平荷 载作用下的内力 各杆的 EA EI 值见下表 框架梁柱计算参数表 截面 弹性模量 惯性矩 EA EI 构件 A bXh m E kn m I m kn kn m 底层 0 25xX0 5 3X10 0 521X10 0 375X10 1 563X10 梁 其它层 0 25X0 5 2 8X10 0 521X10 0 350X10 1 459X10 底 边柱 0 4X0 4 3X10 0 213X10 0 480X10 0 639X10 层 中柱 0 45X0 45 3X10 0 342X10 0 608X10 1 026X10 柱 其 边柱 0 4X0 4 2 8X10 0 213X10 0 448X10 0 596X10 它 层 中柱 0 45X0 45 2 8X10 0 342X10 0 567X10 0 958X10 TITLE AAA 10 N 1 0 0 水平荷载作用 N 2 5 0 0 NLOAD 4 1 8 05 0 N 3 10 0 0 NLOAD 7 1 11 17 0 NGEN 1 3 1 3 1 0 4 5 NLOAD 10 1 15 20 0 NGEN 3 3 4 6 1 0 3 NLOAD 13 1 19 10 0 E 1 4 1 1 1 1 1 1 竖向荷载作用 EGEN 2 1 1 1 ELOAD 13 3 19 30 0 1 9 EGEN 3 1 3 3 ELOAD 14 3 19 30 0 1 90 E 4 5 1 1 1 1 1 1 ELOAD 15 3 19 30 0 1 90 E 5 6 1 1 1 1 1 1 ELOAD 16 3 19 30 0 1 90 E 7 8 1 1 1 1 1 1 ELOAD 17 3 19 30 0 1 90 EGEN 2 15 15 3 ELOAD 18 3 19 30 0 1 90 E 8 9 1 1 1 1 1 1 ELOAD 19 3 19 50 0 1 90 EGEN 2 18 18 3 ELOAD 20 3 19 50 0 1 90 NSUPT