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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,*,第2章 结构模型设计,2.1 概述,模型一般是指按比例制成的小物体，它具有实际结构的全部或部分特征。模型的性能在一定程度上可以代表或反映与它相似的更大物体的性能。,结构模型试验中将与原型结构尺寸相同的模型称为足尺模型；将原型结构按比例缩小的模型称为缩尺模型。,将要求满足几何相似、力学相似和材料相似的模型称为相似模型。,优点：,经济性好,数据准确,针对性强,可在实验室内进行大型结构和整体结构的模型试验,2.2 相似理论,结构模型设计要求按相似理论进行设计，以保证“试验过程与试验结果相似”,几何相似,材料相似,物理相似,荷载相似,（一）模型的相似要求和相似常数,相似常数的独立性,几何相似,要求模型和真型之间所有对应部分尺寸成比例。S,l,（长度）、S,A,（面积）、Sw（抗弯模量），S,I,（惯性矩），Sx（位移）、S（应变）。,质量相似,Sm（质量）、S（比重）。,荷载相似,S,P,（集中力）、Sw（面力）、Sq（体力）、S,M,（弯矩）。,物理相似,S（应力）、S（剪力）、S（剪切角）、S,E,（弹性模量）。,时间相似,S,t,，时间相似不是指时刻相似，而是指时刻的间隔相似。,边界条件相似,指模型的支承与约束条件相似。,初始条件相似,针对动力问题，包括初始位置、位移、速度、加速度等。,相似原理是研究自然界相似现象的性质和鉴别相似现象的基本原理，由三个相似定理组成：,第一相似定理：彼此相似的现象，单值条件相同，其相似准数也相同，由牛顿在1786年首先提出，它确定了相似现象的性质。,第二相似定理：某一现象各物理量之间的关系方程式，都可表示为相似准数之间的函数关系。相似准数常用表示。第二相似定理也称定理，为模型设计提供了理论基础。,第三相似定理：现象的单值条件相同，并且由单值条件导出的相似准数相等，是现象彼此相似的充要条件。,按模型设计的相似理论确定相似条件的方法有：方程式分析法、量纲分析法。,方程式分析法：已知各参数与物理量的函数关系，并有显式表达式时。适用于较简单的物理现象。,量纲分析法：对较复杂的物理现象，不能用显式表达来描述各参数与物理量之间的函数关系。此时，物理参数的合理选择对模型设计具有决定性的作用。,1、静力试验模型的相似条件,可见，相似常数的数目多于相似条件的数目，模型设计时须预先假设几个相似常数，一般假设几何相似常数S,l,和材料相似常数S,E,。,6.4 模型材料、制作,模型材料的要求,相似要求：材料的基本性质相似。,测量要求：为便于测量仪表有足够的读数，弹性模量应适当低一些。,材料性能稳定，受环境温度、湿度的影响较小。,加工制作方便,模型材,料,料的种,类,类,金属（,一,一般钢,材,材和铝,合,合金）,：,：,弹性好,、,、变形,量,量大、,泊,泊松比,与,与钢筋,砼,砼相似,。,。,塑料和,有,有机玻,璃,璃：,强度大,、,、弹性,模,模量低,、,、各向,同,同性、,加,加工方,便,便、但,徐,徐变较,大,大、热,稳,稳定性,较,较差。,石膏,：加工,容,容易、,成,成本低,、,、泊松,比,比与砼,十,十分接,近,近、弹,性,性模量,可,可人为,调,调整、,但,但抗拉,强,强度低,、,、较脆,。,。石膏,被,被广泛,用,用于制,作,作弹性,模,模型，,也,也可大,致,致模拟,砼,砼的塑,性,性性能,。,。,水泥砂,浆,浆,：相比,上,上述三,种,种材料,，,，最接,近,近混凝,土,土，常,用,用于制,作,作砼薄,壁,壁结构,，,，此时,采,采用的,钢,钢筋为,钢,钢丝或,铅,铅丝。,细石混,凝,凝土：,非弹性,性,性能较,难,难模拟,，,，缩尺,比,比例不,宜,宜太小,。,。主要,缺,缺点是,粘,粘结应,力,力模拟,不,不好，,不,不适用,于,于研究W,max,等,。,6.4.3,模,模型制,作,作与试,验,验要点,加工模,型,型要求,：,：,严格控,制,制误差,；,；,保证模,型,型材料,性,性能分,布,布均匀,；,；,模型安,装,装和加,载,载部位,的,的连接,满,满足试,验,验要求,。,。,试验要,求,求：,试验前,先,先进行,结,结构材,料,料试验,；,；,对试验,环,环境有,更,更高要,求,求；,对测试,和,和加载,设,设备要,求,求高；,安装在,模,模型上,测,测试元,件,件不得,改,改变模,型,型局部,受,受力和,整,整体性,。,。,第7章,试,试验,数,数据的,处,处理和,分,分析,数据处,理,理的内,容,容和步,骤,骤,原始数,据,据的整,理,理与转,换,换,数据的,统,统计分,析,析,数据的,误,误差分,析,析,数据的,表,表达,7.2,数,数据,整,整理和,转,转换,数据整,理,理：应,该,该根据,试,试验要,求,求和测,量,量精度,，,，按照,有,有关规,定,定（如,标准,数,数值修,约,约规则,）进,行,行修约,。,。,国家标,准,准数,值,值修约,规,规则,将数值,修,修约成,规,规定有,效,效位数,的,的数值,拟舍弃,数,数字的,最,最左一,位,位数字,小,小于5,，,，则舍,去,去；,拟舍弃,数,数字的,最,最左一,位,位数字,大,大于等,于,于5，,但,但其后,跟,跟有并,非,非全部,为,为零的,数,数字，,则,则进1,；,；,拟舍弃,数,数字的,最,最左一,位,位数为5，而,右,右边无,数,数字或,皆,皆为0,时,时，若,所,所保留,的,的末位,数,数字为,奇,奇数则,进,进1，,为,为偶数,则,则舍去,；,；,负数修,约,约时，,先,先将它,的,的绝对,值,值按上,述,述规则,修,修约后,再,再加负,号,号；,一次修,约,约，不,得,得连续,修,修约；,数值运,算,算时，,加,加减：,先,先加减,运,运算，,再,再修约,；,；,乘除：,先,先乘除,运,运算，,再,再按最,小,小有效,位,位数修,约,约；,乘方、,开,开方：,同,同“乘,除,除”运,算,算。,数据转,换,换,跨中变,形,形的计,算,算：,梁曲率,计,计算：,梁的挠,度,度修正,结构在,自,自重和,设,设备重,量,量下产,生,生的变,形,形无法,测,测量，,但,但可利,用,用试验,得,得到的,荷,荷载与,变,变形的,关,关系进,行,行推算,。,。,截面测,点,点布置,与,与相应,的,的应变,分,分布、,内,内力计,算,算公式,截面测,点,点布置,与,与相应,的,的应变,分,分布、,内,内力计,算,算公式,7.3,数,数据,的,的误差,误差的定,义,义：真值,与,与测量值,的,的差值称,为,为测量误,差,差，简称,误,误差。,实际试验,中,中，真值,是,是无法确,定,定的，常,用,用平均值,代,代替。,绝对误差,、,、相对误,差,差，相对,误,误差为绝,对,对误差除,以,以真值。,误差的分,类,类：系统,误,误差，随,机,机误差、,过,过失误差,（一）误,差,差的分类,1、系统,误,误差（经,常,常误差）,特点：误,差,差值在整,个,个测量过,程,程中保持,一,一定规律,，,，而且是,可,可以避免,的,的。,产生原因,：,：测量方,法,法、测量,工,工具、环,境,境、操作,不,不当、主,观,观性等；,表示方法,：,：准确度,（,（表示系,统,统误差的,大,大小），,它,它反映平,均,均值的大,小,小；,处理办法,：,：查明系,统,统误差的,原,原因，在,测,测量中采,取,取改进措,施,施或在数,据,据处理时,对,对测量结,果,果进行修,正,正。,2、随机,误,误差（偶,然,然误差）,特点：误,差,差的绝对,值,值和符号,变,变化无常,，,，但当测,量,量数据较,多,多时，随,机,机误差的,数,数值分布,符,符合一定,的,的统计规,律,律，一般,是,是正态分,布,布，随机,误,误差是不,可,可避免的,；,；,产生原因,：,：测量仪,器,器、方法,和,和环境条,件,件的随机,变,变化等；,表示方法,：,：精确度,（,（它与准,确,确度是独,立,立的，反,映,映标准的,大,大小）；,处理办法,：,：对随机,误,误差进行,统,统计分析,，,，在数据,处,处理时进,行,行修正；,3、过失,误,误差（粗,差,差）,一,般,般数值较,大,大，应予,以,以剔除,误差计算,误差平均,值,值：,标准差：,离散程度,：,：,误差的检,验,验,误,差,差的检验,：,：区分误,差,差的类型,，,，尽可能,减,减小误差,或,或计,算中考虑,误,误差,1、系统,误,误差的发,现,现和消除,系,统,统误差有,积,积累变化,、,、周期变,化,化、按复,杂,杂规律变,化,化三,种，可通,过,过数种不,同,同的测量,方,方法或同,时,时用几种,测,测量工,具进行测,量,量比较即,可,可发现；,2、随机,误,误差：进,行,行统计分,析,析予以检,验,验；,3、异常,数,数据的舍,弃,弃。,常用的过,失,失误差判,别,别范围和,鉴,鉴别方法,3,法,法：误差,服,服从正态,分,分布，误,差,差绝对值,大,大于3,的,的概率仅,为,为0.3,，大于,应,应剔除该,数,数据。,肖维,纳,纳方法：,进,进行n次,试,试验，误,差,差服从正,态,态分布，,误,误差绝对,值,值大于(,x,x,)的概率小,于,于1/2n，大于,应,应剔除该,数,数据。,格拉,布,布斯方法,：,：以t分,布,布为基础,，,，某数据,误,误差绝对,值,值满足,时,时,，,，应剔除,。,。,线性回归,公称油压,P,（,MPa,）,输出力,F,（,kN,）,第一次,第二次,第三次,平均数,0,0,0,0,0,5,243.5,243.8,243.6,243.6,10,466.9,466.9,467.1,467.0,15,693.9,694.7,694.5,694.4,20,925.0,925.9,926.0,925.6,25,1156.3,1156.3,1156.1,1156.2,30,1393.1,1393.6,1393.2,1393.3,35,1622.8,1622.2,1623.0,1622.7,40,1853.6,1854.7,1853.9,1854.1,45,2088.4,2086.6,2085.4,2086.8,50,2323.0,2319.9,2321.0,2321.3,54,2506.1,2502.8,2501.9,2503.6,检测结果,一元一次线性回归方程,F=46.303P+2.91 相关系数=0.99999,7.4,试,试验数据,的,的表达,为了把试,验,验中采集,到,到的各个,仪,仪器不同,的,的数据，,完,完整、准,确,确地展现,出,出来，让,别,别人可以,一,一目了然,得,得理解试,验,验结构的,性,性能，我,们,们会采取,各,各种方式,来,来表达试,验,验结果。,常用的有,表,表格式、,图,图形式和,曲,曲线拟合,式,式等。,7.4.1 表,格,格式,表格式就,是,是把采集,到,到的数据,处,处理后二,维,维的数据,格,格式表达,出,出来，它,可,可以精确,地,地给出多,个,个物理量,与,与某一个,物,物理量之,间,间的对应,方,方式，常,用,用与试验,结,结果的总,结,结、比较,和,和归纳，,可,可以一目,了,了然地浏,览,览试验结,果,果。,7.4.2 图形,式,式,图形式直,观,观明了，,是,是常用的,一,一种数据,表,表达方式,。,。,常用的有,曲,曲线图、,形,形态图、,直,直方图等,。,。,其中曲线,图,图可以表,示,示两个以,上,上变量之,间,间的关系,，,，曲线可,以,以显示变,化,化过程或,分,分布范围,中,中的转折,点,点、最高,点,点、最低,点,点及周期,变,变化的规,律,律，结构,性,性能可以,方,方便的表,达,达出来，,对,对定性分,析,析和整体,规,规律分析,最,最合适。,混凝土加,固,固梁荷载,与,与挠度曲,线,线图,形态图是,把,把试验中,各,各种难以,用,用数值表,示,示的形态,用,用图像表,示,示。如混,凝,凝土结构
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