结构力学求解器用法

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,结构力学求解器,使用介绍,制作：周书敬 郭延华,1,结构力学求解器(,SM Solver for Windows),是一个面向教师、学生以及工程技术人员的计算机辅助分析计算软(课)件，其求解内容包括了二维平面结构(体系)的几何组成、静定、超静定、位移、内力、影响线、自由振动、弹性稳定、极限荷载等经典结构力学课程中所涉及的一系列问题，全部采用精确算法给出精确解答。,一、版本区别,目前有两个版本：,学生版,和,专业版,。,学生版(,V 1.5),解题规模有如下限制：几何组成、静力分析、影响线、截面法等问题最多80个单元；自由振动、弹性稳定和极限分析最多40个单元。专业版解题规模无此限制，只受机器的内外存空间大小的限制。,2,二、程序功能,平面体系的几何组成分析，对于可变体系可静态或动画显示机构模态；,平面静定结构和超静定结构的内力计算和位移计算，并绘制内力图和位移图；,平面结构的自由振动和弹性稳定分析，计算前若干阶频率和屈曲荷载，并静态或动画显示各阶振型和失稳模态；,平面结构的极限分析，求解极限荷载，并可静态或动画显示单向机构运动模态；,平面结构的影响线分析，并绘制影响线图。, 自动求解功能,3, 智能求解功能,平面体系的几何构造分析：按两刚片或三刚片法则求解，给出求解步骤；,平面桁架的截面法：找出使指定杆成为截面单杆的所有截面；,平面静定组合结构的求解：按三种模式以文字形式或图文形式给出求解步骤。, 其它辅助功能,强大的命令文档编辑及文件读写功能；,二维结构的,图形显示,；,分析求解结果的数值显示、图形显示和动画显示。,4,三、预装题目,子目录,Prob2,下含有结构力学教程(龙驭球、包世华主编，高等教育出版社出版，1988)一书中各章节中绝大多数习题题目，分别在子目录,chp1, chp2, .,之中。,预装题目可以作为输入示范，同时可免除学生和教师大量的输入工作。,四、装机运行, 将软件安装到硬盘上,在,Win95/98,环境运行光盘上的,SMSetup,.exe。,然后按提示操作即可完成装机。, 启动运行,5,双击桌面上的,SM Solver,图标，再单击程序的封面，便可使用求解器了。,五、,V1.5,版的新增功能, 安装,完善了安装程序,对于,Win 95/98,可以自动在桌面上安装图标。, 求解功能,组合结构,：智能求解模式增添了平面“静定组合结构”的求解，按三种模式(所有杆件内力、作弯矩图需要的内力、指定杆件的内力)以文本或图文形式给出解题步骤。,四精度求解：,可选用四精度实型数(约28位)求解，结果更精确、可更好地模拟无穷大刚度。,6,几何构造检验,：,v1.0,版中求解时先进行几何构造检验，此版本中可设为否，以提高求解速度。,求解速度提高,：求解速度提高3,-,4倍，一个10跨20层的刚架的基频和相应的振型计算(学生版不行)，达到0.1%的精度，在,PII333,上只用0.5秒。,求解规模加倍,：求解问题对单元数的限制比,v1.0,版放松了一倍。, 修改功能,中文关键词,：为了方便对输入命令的修改，添加了中文关键词选项(“查看”菜单下)，并将其设为默认方式，即用对话框输入的命令默认为中文关键词。,7,“修改”工具钮,：将光标置于要查看或修改的命令行，单击“修改”工具钮，即可返回到输入该命令的对话框，重现各个参数值。若不修改，单击“关闭”；若有修改，单击“应用”即可。,注,：这两个功能极大地方便了对命令的修改，几乎没有必要再去记命令格式。, 显示功能,定制编码,：可在结点码和单元码的位置显示用户定制的文本。,尺寸线,：用户可以在指定位置(按整体坐标)进行水平、竖直和任意斜方向的尺寸线的标注。标注文本的字体风格和大小均可调。,8,加文本,：用户可以通过输入命令在观览器的指定位置(按整体坐标)显示文本，字体风格和大小可调。, 显示改进,隔离体,：截面法的隔离体的显示更加突出醒目，增强可视化效果。,支座位移,：可以显示支座位移，并可以调整位移幅值(按“加大幅值”或“减小幅值”按钮)。,弹簧支承,：线位移的弹簧支承可以显示了。,刚性单元,：刚度无穷大单元可以加粗显示，线条粗细可调。,内力图,：内力图显示作了改进，如：若内力在一个单元上为常数，则将其值标在中间；轴力图用两种颜色区分拉力和压力。,9,温度标注,：对于温度改变，在杆件两侧标注出温度值。,设置选项,：在观览器中“设置”菜单下，单击“选项”打开“设置选项”对话框，其中有多种显示选项，如标注字体大小、变形曲线的粗细和直线段数等。,六、符号约定,整体坐标,：(,x,y,)，,其中的转角或弯矩以,x,向,y,转为正；,局部坐标,：,x,从单元的端点1指向端点2；,y,坐标从,x,坐标按右手准则转90度获得；,所有与位移有关的量均按整体坐标(,x,y,),输入和给出；,结点荷载方向按整体坐标定义，与整体坐标同向为正；,单元荷载方向按局部坐标定义，其正方向为局部坐标的反方向；,10,弯矩图画在杆件受拉一边，局部坐标,y,轴的反方向取为正号；,剪力正方向同局部坐标,y,轴正方向；,轴力受拉为正；,角度按度取值；,七、求解器的使用, 编辑器的菜单结构及使用,(,数据文件的编辑及求解,), 观览器的菜单结构及使用(,二维结构的,图形显示,),11, 编辑器的常用按钮及相应功能,新建,：新建一个空文档。,打开,：打开一个已有的文档，,SM Solver,显示“打开”对话框，在其中可以打开所要文件。,保存,：以当前文件名保存活动文档。如果文档未命名，将显示“另存为”对话框。,修改,：调用对话框以修改当前光标所在的命令行。,剪切,：从文档中删除选定的正文，并将其存到剪贴板上。,复制,：复制所选正文并存到剪贴板上。,粘贴,：把剪贴板内容插入在插入点处。,12,复原,：取消上一次所做的编辑。,观览器,：显示结构图观览器。,前一问题,：显示文档中当前问题前面的一个问题。,下一问题,：显示文档中当前问题后面的一个问题。, 观览器的常用按钮及相应功能,缩放比例选择框,：通过选择不同的显示比例，用户可将整个图形按比例地放大或缩小。缺省的缩放比例是100%，此时整个图形刚好充满观览器。,光标位置显示框,：当鼠标停留在观览器的图形显示区域中时，此框显示出当前鼠标位置的在整体坐标系中的坐标值(左边是,x,坐标，右边是,y,坐标)。通过移动鼠标，用户可以不必查询编辑器中的命令文本而直接得到各结点的坐标值。,13,加大幅值,：增加内力图或位移图等的显示幅度，而结构图大小和外观不变。,减小幅值,：减小内力图或位移图等的显示幅度，而结构图大小和外观不变。,单步显示,：观览器一次只读取编辑器中活动文档的一条命令，并相应地加以显示。单步显示钮按下后，工具栏的最右方将出现一个“,停止单步显示,”按钮，可用于中断单步显示。,连续显示,：观览器的缺省状态，此时观览器随时根据编辑器中的活动文档的命令行绘出最新的图形。,暂停显示,：此时观览器被“冻结”，不再对编辑器中活动文档的命令改变发生反应。,停止单步显示,：用于中断单步显示。,14, 定义问题有关参数的步骤, 问题定义,：确定新问题开始，输入新问题标题，通过对话框选择方式也可以结束当前问题；, 变量定义,：对某些常用的数值、表达式，可直接将其定义为变量，以方便输入和以后修改；, 结点定义,：结点的生成有三种方式，即结点定义、结点生成和结点填充；, 单元生成,：单元的生成有两种方式，即单元定义和单元生成；, 位移约束,：提供结构的位移约束条件；, 荷载条件,：提供结构的荷载状况；, 材料性质,：输入单元的刚度值和极限弯矩值等；,15, 温度改变,：若单元有温度变化，输入温度荷载；, 其它参数,：求解下列四种情况时需要。,自振频率,：,求解自由振动时需要；,临界荷载,：,求解弹性稳定时需要；,极限荷载,：,求解极限荷载时需要；,影响线,：,求解影响线时需要。, 问题的求解,在“求解”菜单中选择几何组成、内力计算或位移计算等命令，可进行分析计算；,在“求解”菜单中选择截面法、几何构造或组合结构命令，可给出按这三种方法进行求解的基本步骤；,16,若想观看结构图、内力图及变形图等，可在“查看”菜单中选择“观览器”命令进行查看。, 求解器用法举例,以结构力学教程上册课后习题为例进行讲解：,(1) 第142页题3,-,8(,d,)；,(2) 第148页题3,-20,(,a,)；,(3) 第229页题5,-,4,。,The end. Thank you. Good bye!,17,编辑器的“,文件,”菜单包括如下几项：,新建,、,打开,、,关闭,、,保存,、,另存为,、,打印,、,退出,、,“退出”下方的文件名,。,编辑器的,文件菜单,和,编辑菜单,提供了各种常见的文件及编辑操作，这些菜单的使用方法和一般的,Windows,应用程序完全一样，这里就不详细介绍了。,编辑器的“,编辑,”菜单包括如下几项：,复原,、,剪切,、,复制,、,粘贴,、,删除,、,查找,、,查找下一个,、,全选,、,时间/日期,。,返回,18,返回,编辑器的“,查看,”菜单包括如下几项：,整个文档,、,单个问题,、,观览器,、,中文关键字,、,工具栏,、,状态栏,、,字体,。,允许用户检查和更改编辑器窗口当前所处的状态。,整个文档,：当整个文档被选中时，此命令名旁出现一个选中标记。且相应地在编辑器下方的状态栏上最左边显示出“整个文档”。此时活动文档窗中显示整个文档。,单个问题,：当某一个问题被选中时，此命令名旁出现一个选中标记。且相应地在编辑器下方的状态栏上最左边显示出“问题：,n”，n,代表当前问题在整个文档中的序号。此时活动文档窗中显示的只是当前的单个问题，而其它问题则被隐藏起来。,19,观览器,：此菜单可以控制观览器窗口的显现和隐藏，具体观览器的使用请参见下章“观览器使用介绍”。,中文关键字,：由对话框输入的命令行时，选择中文/英文关键字。默认选取中文关键字。,返回,工具栏,：此命令用于显示或隐藏工具栏。工具栏包括了,SM Solver,中大多数的常用命令按钮，如打开、复制和打印等。当工具栏被显示时，此命令名旁出现一个选中标记。,状态栏,：显示设计文档的总行数、光标所在行数及列数等信息。,字体,：使用该命令，可控制编辑器窗体中字符的字体、字形、大小等字符格式。,20,编辑器的“,命令,”菜单包括如下几项：,问题定义,、,变量定义,、,结点,、,单元,、,位移约束,、,荷载条件,、,材料性质,、,温度改变,、,其它参数,、,尺寸线,、,文本,、,修改命令,。,返回,命令菜单中各个子菜单的作用是通过对话框选择的方式来向当前文档中添写各种命令，以输入各种结构体系信息(结点定义，单元定义，支座定义，荷载定义等),问题定义,：由于一个文档中可同时存放几个问题，使用该子菜单通过对话框选择的方式既可以结束当前问题，也可以开始一个新问题。,变量定义,：对某些常用的数值、表达式，可直接将其定义为变量，以方便输入和以后的修改。,21,结点,：提供生成结点的三种方式：结点定义，结点生成和结点填充。,单元,：提供生成单元的两种方式：单元定义和单元生成。,位移约束,：提供结构的位移约束条件。,荷载条件,：提供结构的荷载状况。,材料性质,：输入单元的刚度值和极限弯矩值等。,温度改变,：输入各个单元的温度荷载。,其它参数,：其下又有如下的4个子菜单:,自振频率：输入求解自由振动时所需的控制参数,临界荷载；输入求解弹性稳定时所需的控制参数,极限荷载：输入求解极限荷载时所需的控制参数,影响线:输入求解影响线时所需的控制参数,返回,22,尺寸线,：输入结构图中的尺寸线标注。,文本,：输入结构图中的文本标注。,修改命令,：调用对话框对当前光标所在的命令行进行解释，用户可通过改变参数完成对该行的修改。,返回,23,编辑器的“,求解,”菜单包括如下几项：,路径设置,、,几何组成,、,内力计算,、,位移计算,、,位移内力,、,自由振动,、,弹性稳定,、,极限荷载,、,影响线,、,截面法,、,几何构造,、,组合结构,。,求解菜单中几乎每一个子菜单对应于一个求解功能，且子菜单彼此之间的求解功能都是独立的(即不象在“命令”菜单中，必须先由“结点”子菜单输入结点，才能接着由“单元”子菜单输入单元)。,路径设置,：修改计算程序的外部路径，一般取默认值即可。,几何组成,：对所设计的体系进行几何组成分析，并弹出显示分析结果的对话框。,返回,24,内力计算,：对所输入的结构进行内力计算，并弹出显示内力计算结果的对话框。,位移计算,：对所设计的结构进行位移计算，并弹出显示位移计算结果的对话框。,位移内力,：对所设计的结构既进行内力计算又进行位移计算，并弹出两个对话框，一个显示内力计算结果，另一个显示位移计算结果。,自由振动,：对所设计的结构计算前若干阶自振频率和振型，弹出显示计算结果的对话框，可动画显示各阶振型。,弹性稳定,：对所设计的结构计算临界荷载，弹出显示计算结果的对话框，并可显示其失稳模态。,返回,25,极限荷载,：对所设计的结构计算极限荷载，弹出显示计算结果的对话框，并可动画显示相应单向破坏机构。,影响线,：对所设计的结构进行影响线计算，并弹出显示计算结果的对话框。,截面法,：对所设计的桁架结构进行“单杆截面”的搜寻。,几何构造,：对所设计的体系用两刚片或三刚片法则进行几何构造组成的分析。,组合结构,：对所设计的静定组合结构进行分析，给出最简的“单步求解”步骤。,返回,26,编辑器的“,窗口,”菜单包括如下几项：,层叠,、,平铺,、,排列图标,、,1，2，3，9命令,。,层叠,：窗口安排成重叠方式，保持每个窗口的标题栏均可见，使您能很容易选定其中任何一个窗口。,平铺,：一个挨一个地排列窗口，每个窗口都可看见，没有重叠部分。,排列图标,：排列图标(缩小的文档窗口)以使它们整齐排列并且不重叠。,1，2，3，9命令,：要使一个打开的文档窗口变成活动的，从此列表中选择它的名字。所有打开的窗口都列在表中，包括已经缩成图标的。,返回,27,编辑器的“,帮助,”菜单包括如下几项：,目录,、,选择帮助主题,、,帮助使用方法,、,关于,SM Solver,。,目录,：使用该命令，可以显示打开的第一幅帮助屏幕。从此初始屏幕上，您可以转到使用,SM Solver,的功能介绍和各种类型的参考信息。,选择帮助主题,：单击您要查看的带下划线的主题。或按,TAB,键选定该主题，然后按输入键。,帮助使用方法,：介绍帮助系统使用方法。,关于,SM Solver,：,使用该命令，可以显示您使用的,SM Solver,的版本号、版权声明以及可得到的磁盘空间和内存。,返回,28,观览器的“,查看,”菜单包括如下几项：,总在最前,、,连续显示,、,暂停显示,、,复制到剪贴板,、,缩放,、,剪裁,、,缩放比率,、,颜色,、,退出,。,总在最前,：这个命令使得观览器的窗口不会被其他窗口挡在后面，总是能在前面显现出来。,连续显示,：根据设计文档，一次性地将当前问题的整个结构图形画出。,单步显示,：根据设计文档，逐行(命令行)显示当前问题的结构图形。单步显示钮按下后，工具栏的最右方将出现一个“停止单步显示”钮，可用于中断单步显示。,暂停显示,：暂时中断结构图形的显示。,返回,29,复制到剪贴板,：将观览器中图片复制到剪贴板，下有两个子菜单：,点位图：将当前观览器中图形以点位图形式按原大小复制到剪贴板上。,矢量图：将当前观览器中图形以矢量图形式复制到剪贴板上。下有四个子菜单：,原始大小：剪贴板上的矢量图大小取默认值；,3/4,倍大小：剪贴板上的矢量图大小取3/4倍默认值；,1/2,倍大小：剪贴板上的矢量图大小取1/2倍默认值；,1/4,倍大小：剪贴板上的矢量图大小取1/4倍默认值；,返回,30,缩放,：改变观览器窗体大小时，自动按比例放大或缩小内力图形。,剪裁,：改变观览器窗体大小时，内力图形大小及位置保持不变。,缩放比率,：根据选定比率，放大或缩小内力图形。,颜色,：使用“颜色”选项，可以改变,SM Solver,观览器中图形中各组成元素的颜色设置。,此时,SM Solver,会出现一个“调色板”对话框，它可以允许用户控制各种图形元素(包括背景，结点、单元、支座、荷载、结点码、单元码、荷载值、文本、尺寸线、单元刚度和极限弯矩等)在观览器中的显示颜色。,返回,31,例如想将背景色改成白色的，可以首先在对话窗体的“图形元素选择栏”中选中“背景”元素，然后按下其中的“调色板”按钮，此时弹出一个标准的“调色板”对话框，选中白色后，按下此对话框左下方的“确定”按钮后返回“调色板”对话窗体，此时可在“颜色效果预览区”观察其颜色效果，如果满意，再按下该对话窗体下方的“确定”按钮则可。,退出,：关闭图形观览器。,返回,32,观览器的“,标注,”菜单包括如下几项：,全部标注,、,单元长度,、,结点码,、,单元码,、,定制结点码,、,定制单元码,、,抗拉刚度,、,抗弯刚度,、,抗剪刚度,、,极限弯矩,、,均布质量,、,荷载大小,、,内力大小,。,全部标注,：当此命令被选中时(其旁边出现一个选中标记)，所有的标注项(除定制编码外)均标注出。,若再次单击此菜单时，按默认情况标注出结点码、单元码和内力大小。,单元长度,：当此命令被选中时(其前面出现一个选中标记)，在所有单元的边上标注单元的长度。,结点码,：当此命令被选中时(其前面出现一个选中标记)，标注所有结点的编码。,返回,33,单元码,：当此命令被选中时(其前面出现一个选中标记)，标注所有单元的编码。,定制结点码,：当此命令被选中时(其前面出现一个选中标记)，可以允许将指定的结点以指定的编码标注。,定制单元码,：当此命令被选中时(其前面出现一个选中标记)，可以允许将指定的单元以指定的编码标注。,抗拉刚度,：当此命令被选中时(其前面出现一个选中标记)，标注所有单元的抗压刚度值。,抗弯刚度,：当此命令被选中时(其前面出现一个选中标记)，标注所有单元的抗弯刚度值。,抗剪刚度,：当此命令被选中时(其前面出现一个选中标记)，标注所有单元的抗剪刚度值。,返回,34,极限弯矩,：当此命令被选中时(其前面出现一个选中标记)，标注所有单元的极限弯矩值。,均布质量,：当此命令被选中时(其前面出现一个选中标记)，标注所有单元的均布质量值。,荷载大小,：当此命令被选中时(其前面出现一个选中标记)，标注所有荷载的数值大小。,内力大小,：当此命令被选中时(其前面出现一个选中标记)，标注所有单元的最大和最小内力值。,返回,35,观览器的“,显示,”菜单包括如下几项：,单元方向,、,结点,、,单元,、,支座,、,荷载,。,单元方向,：当此命令被选中时(其前面出现一个选中标记)，在单元中点处标出一个箭头用以显示单元的方向。(单元输入时先后有两个结点，单元方向是指由第一个结点指向第二个结点的方向),结点,：当此命令被选中时(其前面出现一个选中标记)，显示体系所有的结点。,单元,：当此命令被选中时(其前面出现一个选中标记)，显示体系所有的单元。,返回,36,支座,：当此命令被选中时(其前面出现一个选中标记)，显示体系所受的全部约束。,荷载,：当此命令被选中时(其前面出现一个选中标记)，显示体系所受的全部荷载。,返回,37,观览器的“,设置,”菜单包括如下几项：,结点编码形式,、,显示幅度设置,、选项.。,结点编码形式,：用此命令可允许用户选择三种不同的结点码的标注格式。,这三种编码形式分别是：1，2，3，；,a，b，c，.,或者,A，B，C，。,显示幅度设置,：用此命令可改变位移，内力图形的显示幅度。,此时会出现一个“显示幅度设置”对话框，通过改变对话框中的位移或某一内力的“最大值显示单位”，可以使观览器中的相应的位移或内力图形的显示幅度增大或减小。,返回,38,例如观览器中正显示位移图，如果想将其显示幅度放大，可将“最大值显示单位”选项组中“位移”一栏的数值增大一些。,选项,：此时出现一个“设置选项”对话窗体，其中：,“线条宽度”选择栏中有多级选项，可以调节观览器中不同线形的显示宽度，1级最细，3级最粗；,“,刚性单元”选择栏可定义刚性单元并调节其线形的加宽倍数；,“,铰的半径”和“集中质量半径”可以调节观览器中画出的铰半径、集中质量块半径的大小；,另外也可以通过观览器工具栏中的,和,按钮直接来,调节位移或某一内力的显示幅度。,返回,39,“标注字体大小”选择栏可以按磅数确定观览器中各种标注的字号大小；,“标注位置”选择栏可以确定杆件上各种标注的相对位置；,“杆件内力图划分段数”和“杆件变形图划分段数”可以确定绘制杆件内力图、变形图时的数据点数；数据点的采集首先保证取到图形的关键点。,“全部默认”按钮将对话框中的所有参数恢复为默认值。,观览器的“,帮助,”菜单包括如下几项：,目录,、,选择帮助主题,、,帮助使用方法,、,关于,SM Solver,。,各命令用法与编辑器窗口菜单栏中的“,帮助,”菜单完全相同，这里不再介绍。,返回,40,