结构力学矩阵位移法实践报告..docx

结构力学
上机实验报告
姓名：
W^
指导老师:
专业班级:
-ET>
矩阵位移法上机实践报告
一、实践目的
学会使用矩阵位移法，掌握PF程序的使用并用来计算给定的平面刚架、桁架和连续粱的内力。
二、实践要求
(1) 用PF程序计算给定的平面钢架、桁架和连续粱的内力；
(2) 绘制给出上述结构的内力图。
三、实践步骤
(1) 编号：对杆件和结点编号，选定局部坐标系和整体坐标系。
(2) 建立输入文件：根据题目已给数据，建立格式为.txt的输入数据文件，存放在与PF程序相当的文件夹下。
(3) 运行计算：运行程序，分别按照要求键入输入数据的文本名和输出存储数据的文件名从而得到相应的输出文件。
(4) 绘图:根据得到的结果，画出内力图.
四、每题的题目及具体解题步骤如下所示：
1. 作图示刚架的、、图，已知各杆截面均为矩形，柱截面宽0.4m，高0.4m,大跨梁截面宽0.35m，高0.85m,小跨梁截面宽0o35m,高0.6m,各杆E=3°0x104 MPa.解：(1)编号
根据刚架进行编号。注意到作用在杆上的集中力偶由于PF程序未直接处理的算法，故在此点增加一个绞结点11.
(2)建立输入文件timu1。txt存于PF同一文件夹内。具体输入如下：
* *
* EX。1 A Simple Suppoted Frame 2013.06.08*
* *
3E7 16 13 9 1
1
2
16E-2
213E-5
2
4
2975E-4 179E-4
3
4
16E-2
213E-5
4
6
21E-2
63E-4
5
6
16E-2
213E-5
2
7
16E-2
213E-5
7
8
2975E-4 179E-4
4
8
16E-2
213E-5
8
9
21E-2
63E-4
6
9
16E-2
213E-5
7
10
16E-2
213E-5
10
11
2975E-4
179E-4
11
12
2975E-4
179E-4
8
12
16E-2
213E-5
12
13
21E-2
63E-4
9
13
16E-2
213E-5
0

0

0

4.5

7。
6
0

7。
6
4。5

11。
4
0

11。
4
4.5

0

7.7

7.6
7。7

11.4
7.7

0

10。9

3.8
10。9

7。
6
10.9

11.4
10.9

11
0

12
0

13
0

31 0
32 0
33 0
51 0
52 0
53 0
4
7loo
10 1
11 0 0—15
12 0 0—157
1 3 20 4・5
2 2—26。38
24—36 7・6
44—36 3・8
42——26 2・7
74——367。6
94—36。38
(3M4IPF谎^0卵>苗-^咨二mulourrxr^E&^f^Inpur-t-Dar-t-a FileNam*二mul・r-t-xr

our-t-pur FileNam*二muourr-t-xr
*
* Ex・1ASimplesupposed
*
*Frame2013・OC08 *
*
The Inpur-t-Dar-t-a
TheGeneralInformation
ENMNJNSNLC3。 0E+07 161391TheInformationofMembers
member
end
1121。 60E—01 2・13E——03
2 24
3 34
4 46
5 56
6 27
7 78
2。9750E——01
L 60E——01
2。 10E—01
L 60E——01
1。60E—01
2。9750E——01
L 79E—02
2。 13E——03
6。 30E—03
2。 13E——03
2・13E—03
L 79E—02
8 48
9 89
10 69
11 7 10
L 60E—01
2。 10E—01
L 60E——01
L 60E—01
2。13E—03
6。 30E——03
2。 13E——03
2・ 13E—03

12
1011
2。 9750E-011。 79E-02
13
1112
2。9750E-011。79E-02
14
812
1.60E-012.13E-03
15
1213
2.10E-016.30E-03
16
913
1.60E-012.13E-03
joint
The Joint Coordinates
XY
1
.
。
2
。
4。50
3
7。 60
.
4
7.60
4。50
5
11。 40
。
6
11.40
4。50
7
。
7。 70
8
7。60
7。70
9
11.40
7.70
10
。
10。 90
11
3。 80
10.90
12
7。60
10.90
13
11。 40
10。 90
IS
11
12
13
31
32
33
51
52
53
joint
The Information of Supports
VS
.
.
。
。
.
。
。
.
。
Loading Case 1
The Loadings at Joints
NLJ= 4
FXFYFM
7
1。
。.
10
1.
。。
11
.
。-15.
12
。
。-15.
member
The Loadings at Members
NLM=7
typeVFDST
1
320。
4。50
2
2-26.
3.80

2
4
-36。
7.60
4
4
-36.
3.80
4
2
一 26.
2.70
7
4
-36.
7。 60
9
4
—36。
3.80
The Results of Calculation

The Joint Displacements
joint
u
v
rotation
1
7.105461E-21
-1。638202E-20
—1。781187E-20
2
1.133506E-02
-1.535815E-04
-1.284918E-03
3
9.6191E-21
-4。106481E-20
— 2.156737E—20
4
1。133276E-02
—3。849826E-
043.897026E-05
5
7。 784447E-21
-2.983317E-20
-1。882111E—20
6
1.132041E-02
-2。796859E — 04
—9.197894E—04
7
1.610528E-02
—2。069985E —04
—9.285745E-04
8
1.603101E-02
-5.147110E-04
6。617797E —05
9
1.601517E-02
—3。701405E-04
—4。822142E — 04
10
1.847558E-02
-1。982752E — 04
— 1.263834E-04
11
1.843980E-02
—3.424985E—04
-8。166131E-06
12
1.840402E-02
-5.043449E—04
—1。356586E-04
13
1。 838526E-02
-3.892299E-04
-1。683735E-04

The Terminal Forces
FS
M
member
FN
1 start 1
163.820232
116.054614
211。 868721
end 2
— 163.820232
—26。054614
107。877041
2 start 2
2.696605
83。 694719
— 146.763245
end 4
—2.696605
215.905278
—355.636874
3 start 3
410.648087
96.1915
215.673680
end 4
-410.648087
-96。1915
216。 780436
4 start 4
20。475884
.150115
-42.808557
end 6
—20.475884
162.649883
—245.140956
5 start 5
298。 331671
77。844472
188.211070
end 6
— 298。331671
—77。844472
162.089052
6 start 2
80。125514
28。 751219
38。 886205
end 7
—80。125514
— 28.751219
53。 117689
7 start 7
87。216625
93.210427
—62。647484
end 8
-87.216625
180。 389569
-268.633252
8 start 4
194。592693
113。 880194
181。664996
end 8
-194。592693
— 113.880194
182。751603
9 start 8
26。265385
29。 752419
-2。835098
end 9
—26.265385
107。 047579
-144.025679
10 start 6
135。681788
57。368587
83.051904
end 9
—135。681788
-57。368587
1.527564
11 start 7
—13。084913
15。967843
9。529794

end 10
13。 084913
-15。967843
41.567301
12
start 10
84.032157
-13.084913
-41.567301

end 11
-84。032157
13。 084913
-8。155369
13
start 11
84。032157
-13。084913
-6。844631

end 12
-84.032157
13.084913
-42.878040
14
start 8
-15。549295
52。928954
88。 716747

end 12
15。549295
-52。928954
80。655897
15
start 12
31.103202
-28.634209
-52。777857

end 13
-31.103202
28.634209
-56。032127
16
start 9
28.634209
31。 103202
43.498115

end 13
-28。634209
-31。103202
56.032127
(4)根据得到的数据，绘制内力图如下：
Fn图：
Fs图：
M图：
2、计算图示桁架各杆的轴力.已知A=24mm 2，E=2。0x105 MPa。
解：(1)编号：
(2)建立输入文件timu2.tx存于PF同一文件夹内.
注意到，由于题目中将桁架结点简化为铰结，故各杆只受轴力而不受剪力和弯矩，故将I假设尽可能小(1E-18)。具体输入如下：
*************
****
****
****
******
**
************
***
********* ***** *
***
*

*

*

*EX.2A
Frame
with
Hinges
2013。
06。
08*

*

*

***** **** ****
********
*****
* * * * * * * *
**
* * * * ******** *
****

2E8 14 9 4 1
1 2 24E-4 1E-18
1 3 24E-4 1E-18
2 3 24E-4 1E-18
2 4 24E-4 1E-18
3 4 24E-4 1E-18
3 5 24E-4 1E-18
4 5 24E-4 1E-18
5 6 24E-4 1E-18
5 7 24E-4 1E-18
7 6 24E-4 1E-18
6 8 24E-4 1E-18
7 8 24E-4 1E-18
7 9 24E-4 1E-18
9 8 24E-4 1E-18
0 0
0 6
26
46
66
63
86
8 0
11 0
12 0
91 0
92 0
5
2 0 —50 0
4 0——50 0
5 0——50 0
6 0 —50 0
8—10——50
(3)林4IPF 谎迥。瀚M台-H咨Emu20urrtEE冲审」
Inpur-t-Dar-t-a FileName」二mu2・r-t-xrour-t-pur FileNam*二mu20urM

*
* Ex・2AFrame wir-t-h Hinges2013。06・08
*
The Inpur-t-Dar-t-a
TheGeneralInformationENMNJNS2・0E+081494TheInformationofMembersmember sr-t-arr end
1 12
2 13
NLC1
4 24
5 34
6 35
7 45
8 56
9 57
10 76
2・ 40E—03
2・ 40E—03
2。 40E——03
2・ 40E—03
2・ 40E—03
2。 40E—03
2・ 40E—03
2・ 40E——03
2・ 40E——03
2・ 40E——03
1。 E——18
L E——18
1。 E—18
L E—18
1。 E——18
1。 E—18
1。 E——18
1。 E—18
L E—18
1。 E—18

11
682.
40E-031.
E-18
12
782。
40E-03
1.E-18
13
792.
40E-031
,E-18
14
982.
40E-031
。E-18

The Joint Coordinates

joint
X
Y

1
。
.

2
。
6。

3
2。
3.

4
2。
6。

5
4.
6。

6
6.
6。

7
6。
3。

8
8。
6。

9
8。
。

The Information
of Supports

IS
VS

11
。

12
.

91
。

92
.

Loading Case 1

The Loadings at
Joints

NLJ= 5

joint
FX
FY
FM
2
.
-50。
。
4
。
-50.
.
5
。
-50。
。
6
。
-50.
.
8
-10.
-50。
。

The Loadings at
Members

NLM= 0

The Results
of Calculation

The Joint Displacements

joint
u
v
rotation
1
-3。833333E-21
-1。 3250E-20
-2。257495E-04
2
-1.052370E-04
-9.3750E-04
-7。026908E-05
3
3。 860368E-04
-8.812351E-04
1。 226822E-04
4
—1。746814E-04
-1.193735E-03
1。 087908E-04
5
-2。 441259E-04
-8.137529E-04
-3。 230398E-05
6
-3.552370E-04
-1.302888E-03
-1。022944E-04
7
-7.938923E-04
-9。 903881E-04
-6。 211765E-05
8
—4。663481E-04
-9.3750E-04
1.412286E-04
9
2。 833333E-21
-1.1750E-20
3。 510751E-04

The Terminal Forces
member
FN
FS
M
1 start 1
75。
.
。
end 2
-75。
.
.
2 start 1
69。106399
。
。
end 3
-69.106399
。
.
3 start 2
— 30。046261
.
.
end 3
30.046261
。
.
4 start 2
16.666667
。
.
end 4
— 16.666667
。
.
5 start 3
50。
.
。
end 4
-50.
。
。
6 start 3
39。 060139
.
。
end 5
—39.060139
.
.
7 start 4
16.666667
。
.
end 5
— 16。666667
。
.
8 start 5
26.666667
.
。
end 6
-26。666667
。
。
9 start 5
21。 032382
.
.
end 7
-21。032382
。
。
10 start 7
50。
.
.
end 6
-50。
。
.
11 start 6
26。666667
.
。
end 8
—26.666667
.
。
12 start 7
—30。046261
。
。
end 8
30。046261
.
。
13 start 7
51。078643
.
。
end 9
— 51.078643
.
.
14 start 9
75.
.
.
end 8
-75.
.
。
(4)根据得到的数据，绘制内力图，
由于桁架只受轴力，
故只画出轴力图如下:
FN图：
3. 作图示连续梁的、图，已知各梁截面面积A=6。5,惯性矩1=5.50各杆E=3.45>104MPa。
解：(1)编号：
根据刚架进行编号.注意到作用在杆上的集中力偶由于PF程序未直接处理的算法，故在此点增加一个铰节点3。
(2)建立输入文件timu3.txt存于PF同一文件夹内。具体输入如下：
* *
* EX.3 A Simple Suppoted Frame 2013.06.08*
* *
345E54561
1 2 6・5 5・5
2 36。55・5
3 4 6・55。5
4 56。5 5・5
0 0
4
6
8
120 0
11 0
12 0
13 0
220
420
520
1
30——320—14
14 —10・5 40

24 ——10・5 20
34 —10・5 20
44 —10。540
(3)林4IPF 谎迥。瀚M台-H咨二mu3OULrxt等E&冲审」
Inpur-t-Dar-t-a FileNam*二mu3・r-t-xr
our-t-pur FileName」二mu30urM
*
* Ex。3ASimplesupposedFrame2013。06。08
*
The Inpur-t-Dar-t-a
TheGeneralInformationENMNJNSNLC3・450E+074561
TheInformationofMembers
member sr-t-arr endAI
1 126.50E+5.50E+
2 236.50E+5.50E+
3 346.50E+5.50E+
4 456。50E+5。50E+

The Joint Coordinates
joint
X
Y
1
。
.
2
40.
.
3
60。
。
4
80。
。
5
120。
。

The Information of Supports
IS
VS
11
。
12
.
13
.
22
.
42
.
52
.

Loading Case 1

The Loadings at Joints

NLJ= 1
joint
FXFYFM
3
。-320.—1。

The Loadings at Members

NLM= 4
member
typeVFDST
1
4-10.5040.
2
4-10.5020.
3
4-10。5020。
4
4—10。5040.

The Results of Calculation
The Joint Displacements
joint
u
v
rotation
1
0.E+
3.713942E-21
4。951923E—20
2
0。 E+
-2。916827E—20
—5.219418E-05
3
0.E+
-1。 405865E-03
1.038816E-06
4
0.E+
一3。431731E—20
4。276883E—05
5
0。 E+
6。 771635E-21
5。 239688E-05

The Terminal Forces
FS
M
member
FN
1
start
1
.
172。 860577
904。807692

end
2
。
247。 139423
— 2390。384615
2
start
2
。
359.543269
2390。384615

end
3
.
-149。543269
27。480769
3
start
3
。
—170。456731
—28.480769

end
4
。
380.456731
—2708.653846
4
start
4
。
277.716346
2708。653846

end 5.142.283654.
(4)根据得到的数据，绘制内力图，梁在水平方向未受力，输出数据中FN值均为0，故不必画出轴力图.剪力图与弯矩图如下所示：
Fs图：
M图：
四、实验结果与讨论：
本次上机实验选取的三个题目各有各自的特点：
第1题中柱、大跨梁、小跨梁的A、I均不同，需要注意输入。并且在结构上,既有集中载荷，又有分布载荷，且作用点也有不同，杆件及结点数量也多，处理起来相对繁琐(需增加一绞结点11)，需要认真耐心。
第2题中，题目未给出I的大小.但是注意到此题目为桁架问题，故应将I取足够的小，从而使Fs和M能够在计算机显示输出时为0.
第3题中，同样也需像1题中为集中力偶增加结点.不过,此题为静不定梁问题，无水平荷载，故计算出的轴力为0，这也可以作为验证我们输出结果正确性的一个根据。
这次结构力学上机实验让我们充分的运用了所学过的计算机和结构力学知识，并将其相互串接，让我们对运用计算机解决力学问题有了 一个较为完整、系统的认识。
在此过程中，我们也发现了许多问题：如在输入文件中，一定要注意标题需占5行，否则会使下面的读取数据时出现问题，而无法得出答案；在编号时虽然没有特别规定，但还是尽量按照一定的规律进行，这样避免出现输入错误的问题等。当然，也学会了如何正确增加结点处理非杆端的力偶，对I等数据进行合理的假设，通过输出的电算结果数据检查输入的是否正确等技巧性的知识。
总的来说，此次上机实验课程让我们深刻体会到了结构力学在土木工程中的重要性，同时也让我们第一次学会用计算机来解决我们的力学问题，让我们的综合分析能力、研究问题能力有了更大的提高，对我们今后的专业知识学习奠定了更好的基础.