平面钢架程序设计(PPT27).ppt

第八讲平面钢架程序设计 第一节概述第二节平面刚架内力和位移计算的框图与程序第三节平面刚架程序计算实例 第一节概述 一 程序编制说明 平面刚架在荷载作用下的结点位移和杆端力图3 15所示的六种固端梁的等效结点荷载平面和桁架组合结构 本程序建立整体刚度矩阵时 采用直接刚度法中的 先处理法 各单元为等截面杆 当两结点间的梁自然段抗弯刚度不等时 可将截面突变点作为结点处理 本章根据第一章所述的计算原理和方法 讨论用矩阵位移计算平面刚架结构的程序设计 本程序可用于计算 编制说明 计算模型与计算方法 以杆件联结点 支座结点 截面突变和外伸端点作为计算结点 任意两结点间的杆件作为计算单元 在局部坐标系下 单元两端的杆端力 杆端位移列阵如式 1 15 式 1 16 所示 即 1 计算模型 在局部坐标系下 单元刚度矩阵如下式所示 即 3 支承条件的引入及整体刚度矩阵的组集 整体刚度矩阵的组集采用 直接刚度矩阵法 整体坐标系下单元刚度矩阵各元素的下标由单元定位数组确定 即在组集整体刚度矩阵之前引入支承条件 确定单元数组时应注意以下两个问题 1 支座结点的未知位移分量编号 若单元的某一端与支座相联 则单元支座结点的未知位移分量信息应按表5 1输入 2 杆件联结点未知位移分量编号 若单元的某一端与其他杆件相联 则应首先根据联结情况确定结点编码 而后再确定与结点相应的单元未知位移分量编码 现将常遇到的几种情况列于表5 2中 开始 1 标题及数组说明 读入题目序号no no是否为零 2 读入数据并打印 3 形成整体刚度矩阵 4 形成结点荷载 5 解方程并打印杆端位移 6 计算并打印杆端力 结束 7 子程序read 8 子程序mke 9 子程序mr 10 子程序make 11 子程序calm 12 子程序mk 13 子程序pe 14 子程序mulv6 15 子程序mf 16 子程序solv 17 子程序made 19 子程序mulv 18 子程序tran 第二节 平面刚架内力和位移计算的框图与程序 一 程序标识符说明 平面刚架静力分析程序名为 pfsap planefarmestructuralanalysisprogram 其 主要标识符说明如下 title 2 0 算力标题 实型数组 输入参数 nj 结点总数 输入参数 n 结点自由度 即整体刚度矩阵的阶数 整型变量 输入参数 ne 单元总数 整型变量 输入参数 nm 单元类型总数 同类型的单元 e a i 相同 整型变量 输入参数 npj 结点载荷总数 整型变量 输入参数 npf 非结点载荷总数 整型变量 输入参数 jn 3 100 结点位移号数组 整型数组 输入参数 x 100 y 100 结点坐标数组 实型数组 输入参数 je 2 100 单元两端结点号数组 整型 数组 输入参数 jeai 100 单元类型信息数组 jeai e 为单元的类型号 同类型的单元 弹性模量 横截面积及极惯性矩均相同 整型数组 输入参数 rt 6 6 单元坐标转换矩阵的转置矩阵 实型数组 p 100 综合结点荷载数组 实型数组 ff 6 局部坐标系下单元杆端力数组 实型数组 fe 6 局部坐标系下单元等效荷载数组 实型数组 afe 6 整体坐标系下单元等效荷载数组 实型数组 d 50 整体坐标系下自由解点位移数组 实型数组 ade 6 整体坐标系下单元杆端位移数组 实型数组 de 6 局部坐标系下单元杆端位移数组 实型数组 f 3 整体坐标系下结点位移数组 实型数组 no 计算题目的符 号 整型变量 输入参数 sqrt 标准函数 计算非负实数的平方根 read 子程序 输入原始数据 mke 子程序 计算局部坐标系下单元刚度矩阵 mr 子程序 计算单元坐标转换矩阵 平面刚架静力分析原程序 pfsap for 1 canalysisprogramforplaneframe2 realk 200 200 ke 6 6 ake 6 6 x 100 y 100 al 100 3 eai 3 100 pj 100 pf 2 100 r 6 6 p 100 ff 6 4 fe 6 d 100 ade 6 de 6 rt 6 6 afe 6 f 3 5 integerje 2 100 jn 3 100 jpj 100 jpf 2 00 m 6 6 jeai 100 no7 open 6 file pfsap in 8 open 8 file pfsap out 9 read 6 no10 if no eq 0 stop11 write 8 a5 i3 a1 no no 12 callread nj n ne nm npj npf jn x y je jeai eai jpj pj jpf pf 13 do5i 1 n14 p i 015 do5j 1 n16 k i j 017 do10ie 1 ne18 callmke ke ie je jeai eai x y al 19 callmr r ie je x y 20 callmake ke r ake 2 6 数组说明7 8 定义输入输出设备9 11 读题目序号 若序号为零 停止运算 程序结束 否则 将序号打印出来 18 调用mke 形成局部坐标系下的单元刚度矩阵 19 调用mr 形成单元坐标转换矩阵 20 调用make 形成整体坐标系的单元刚度矩阵 在该子程序中又调用了tran和mulv 21 callcalm m ie jn je22 callmk k ake m 23 10continue24 do20ip 1 np25 callmr r jpf 1 ip je x y 26 calltran r rt 27 callpe fe ip jpf pf al 28 callmulv6 rt fe afe 29 callcalm m jpf 1 ip jn je 30 callmf p afe m 31 20continue32 do30i 1 np33 30p jpj i p jpj i pj i 34 callslov k p d n 35 write 8 2 26 1h a resultsofcalculation 36 write 8 40 37 40format 5x no n 4x x displacement 2x 38 y displacement 3x ang rot rad 39 do60kk 1 nj40 do50ii 1 341 f ii 042 i1 jn ii kk 21 调用calm 形成单元定位数组 22 调用mk子程序 按单元定位数组给出的编号 对号入座 组集整体坐标系下的整体结构刚度矩阵k 25 30 分别调用mr tran 单元坐标转换矩阵的转置矩阵 pe 等效结点荷载 mulv6 6阶矩阵与6元素列阵相乘 calm 单元定位数组 mf 整体坐标系下荷载列阵 32 对直接作用在结点上的荷载循环 33 将直接作用在结点上的荷载按位移编号累加入p 35 38 打印计算结果表名和结点位移表名 39 45 打印各结点的位移值 43 50if i1 gt 0 f ii d i1 44 60write 8 70 kk f 1 f 2 f 3 45 70format i8 2x 3g16 5 46 write 8 80 47 80format no e 5x n 1 8x q 1 8x m 1 48 do130ie 1 ne50 callmade ie jn je d ade 51 callmke ke ie je jeai eai x y al 52 callmr r ie je x y 53 callmulv6 r ade de 54 callmulv6 ke de ef 55 do100ip 1 npf56 if jpf 1 ip eq ie then57 callpe ef ip jpf pf al 58 do90i 1 659 90fe i ff i fe i 60 endif61 100continue62 write 8 110 ie ff i i 1 6 63 110format i5 2x 6g12 5 64 130continue 50 54 分别调用made mke mr mulv6子程序 56 60 若非结点荷载不为零 则将由于非结点荷载引起的固端力取出并存入ff数组 65 goto166 end 7 子程序read67 subroutineread nj n ne nm npj npf jn x y je jeai eai 68 jpj pj jpf pf 69 realx 100 y 100 eai 3 100 pj 100 pf 2 100 70 integerje 2 100 jn 3 1000 jpj 100 jpf 2 100 jeai 100 71 title 20 72 read 6 20a4 title i i 1 20 73 write 8 7x 20a4 title74 read 6 nj n ne nm npj npf75 write 8 3 5x a4 1h i2 nj nj 76 n n ne ne nm nm npj npj npf npf77 write 8 5 78 5format 4x no 1 2 3 10x x 8x y 79 read 6 10 jn j i j 1 3 x i y i 1 nj 80 10format 2 3i5 2g16 4 81 do20i 1 nj82 20write 8 2x 1h i2 1h 3i6 4x 2f10 3 i jn 1 i jn 2 i 83 jn 3 i x i y i 84 write 8 30 85 30format 10x elementno node 1node 2materials 86 read 6 40 je 1 i je 2 i jeai i i 1 ne 87 40format 5 3i5 88 do50i 1 ne89 50write 8 14x i2 3 7x i3 i je 1 i je 2 i jeai i 90 read 6 eai i j i 1 3 j 1 nm 91 write 8 60 j eai i j i 1 3 j 1 nm 92 60format 3x no mat 6x elasticmodulus 8x 93 area 5x momentofinertia i6 9x 3g16 6 94 if npj eq 0 goto9095 write 8 20x 16hnodelloads 96 write 8 16xa no disp value 97 read 6 70 jpj i pj i i 1 npj 98 70format 5 i5 g16 4 99 do80i 1 np100 80write 8 14x i7 f16 3 jpj i pj i 101 90continue102 if npf eq 0 goto130103 write 8 20x 16hnon nodelloads 104 write 8 11x a 8x a 9x a no e no load model a c 105 read 6 100 jpf 1 j jpf 2 i pf 1 i pf 2 i i 1 npf 106 format 2 2i5 2g16 4 107 do110i 1 npf108 110write 8 120 jpf j i j 1 2 pf 1 i pf 2 i 109 120format 6x 2i8 10x 2f10 3 110 130continue112end 8 子程序mke113 subroutinemke ke ie je jeai eai x y al 114 realke 6 6 x 100 y 100 eai 3 100 al 100 l115 integerje 2 100 jeai 100 116 ii je 1 ie 117 jj je 2 ie 118 mt jeai ie 119 l sqrt x jj x ii y jj y ii 2 120 al ie l121 a1 eai 1 mt eai 2 mt l122 a2 eai 1 mt eai 3 mt l 3123 a3 eai 1 mt eai 3 mt l 2124 a4 eai 1 mt eai 3 mt l125 ke 1 1 a1126 ke 1 4 a1127 ke 2 2 12 a2128 ke 2 3 6 a3129 ke 2 5 12 a2130 ke 2 6 6 a3131 ke 3 3 4 a4132 ke 3 5 6 a3133 ke 3 6 2 a4134 ke 4 4 a1 135 ke 5 5 12 a2136 ke 5 6 6 a3137 ke 6 6 4 a4138 do10i 1 6139 do10k i 6140 10ke k i ke i k 141 return142 end 9 子程序mr143 subroutinemr r ie je x y 144 realr 6 6 x 100 y 100 l cx cy145 integerje 2 100 146 i je 1 ie 147 j je 2 ie 148 l sqrt x j x i 2 y j y i 2 149 cx x j x i l150 cy y j y i l151 do10j 1 6152 do10i 1 6153 10r i j cx154 do20i 1 4 3155 r i i cx156 r i i 1 cy157 r i 1 i cy 158 r i 1 i 1 cx159 20r i 2 i 2 1160 return161 end 10 子程序make162 subrutinemake ke r ake 163 realke 6 6 r 6 6 rt 6 6 tmp 6 6 ake 6 6 164 calltran r rt 165 callmulv rt ke tmp 166 callmulv tmp r ake 167 return168 end 11 子程序calm169 subroutinecalm m je jn je 170 integerm 6 jn 3 100 je 2 100 ie171 do10i 1 3172 m i jn i je 1 ie 173 10m i 3 jn i je 2 ie 174 return175 end 12 子程序mk176 subroutinemk k ake m 177 realk 200 200 ake 6 6 make子程序需用tran和mulv调用 178 integerm 6 179 do10i 1 6180 do10j 1 6181 if m i ne 0 and m j ne 0 182 k m i m j k m i m j ake i j 183 10continue184 return185 end 13 子程序pe186 subroutinepe fe ip jpf pf al 187 realfe 6 pf 2 100 al 100 l188 integerjpf 2 100 189 a pf 1 ip 190 c pf 2 ip 191 l al jpf 1 ip 192 ind jpf 2 ip 193 do5i 1 6194 5fe i 0195 goto 10 20 30 40 50 60 ind196 10fe 2 7 a 20 3 c 20 l197 fe 3 a 20 c 30 l 2198 fe 5 3 a 20 7 c 20 l199 fe 6 a 30 c 20 l 2 200 return201 20fe 5 a c 3 2 l c 2 l 3202 fe 2 a c fe 5 203 fe 3 a c 2 6 l l 8 c l 3 c c 12 l l204 fe 6 a c 3 4 l 3 c 12 l l205 return206 fe 2 a l c 2 l c 2 l 3207 fe 3 a c c l 2 l 2208 fe 5 a fe 2 209 fe 6 a c 2 l c l 2210 return211 fe 2 6 a c l c l 2212 fe 3 a l c l 3 c l 2213 fe 5 fe 2 214 fe 6 a c 3 c 2 l l 2215 return216 fe 1 a 1 c l 217 fe 4 a c l218 return219 end220 fe 4 fe 1 221 return222 end 梁长为l的两端固定梁的等效结点荷载 见书57页 14 子程序mulv6223 subroutinemulv6 a b c 224 realc 6 a 6 6 b 6 225 do10i 1 6226 c i 0 0227 do10j 1 6228 10c i c i a i j b j 229 return230 end 15 子程序mf231 subroutinemf p afe m 232 realp 100 afe 6 233 integerm 6 234 do10i 1 6235 if m i ne 0 p m i afe i p m i 236 10continue237 return238 end 16 子程序slov239 subroutineslov ak p d n 240 realak 200 200 p 100 d 100 241 do5i 1 100242 5do i p i 243 do10k 1 n 1244 do10i k 1 n245 c ak k i ak k k 246 do20j i n247 20ak i j ak