結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)

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結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)范文第1篇

在對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中，要注意以下幾個(gè)原則。

1.計(jì)算簡(jiǎn)圖要進(jìn)行恰當(dāng)、合理的選擇

房屋建筑物的結(jié)構(gòu)計(jì)算式是通過計(jì)算簡(jiǎn)圖實(shí)現(xiàn)的，計(jì)算簡(jiǎn)圖的選擇影響著結(jié)構(gòu)的安全，計(jì)算簡(jiǎn)圖選擇不當(dāng)，則會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)結(jié)構(gòu)安全事故，因此，選擇恰當(dāng)?shù)挠?jì)算簡(jiǎn)圖，對(duì)于保障結(jié)構(gòu)的安全具有重要意義。除此之外，建筑物結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖，需要采取相應(yīng)的方法來保證，以能夠很好地控制住計(jì)算簡(jiǎn)圖在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的誤差。

2.合理的選擇建筑結(jié)構(gòu)方案

合理的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)離不開經(jīng)濟(jì)合理的建筑結(jié)構(gòu)方案，也就是說，在結(jié)構(gòu)的形式和體系上要做到聯(lián)系實(shí)際，切實(shí)可行。建筑物的結(jié)構(gòu)體系不僅要有明確的受力，而且還要傳力簡(jiǎn)捷。在同一個(gè)結(jié)構(gòu)單元中，要選擇一種結(jié)構(gòu)體系，不適宜混用多種結(jié)構(gòu)體系。在地震區(qū)域中，應(yīng)嚴(yán)格遵守平面和豎向的原則。例如，在確定結(jié)構(gòu)方案的過程中，要全方位、全面地對(duì)建筑工程的設(shè)計(jì)要求、地質(zhì)條件、施工條件以及原材質(zhì)量等不同的因素進(jìn)行分析，并且在建筑、水電、供暖等方面經(jīng)過充分的協(xié)商后，擇優(yōu)選用。

3.對(duì)計(jì)算的結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確分析

目前，在我國(guó)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，比較普遍的采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，軟件種類多種多樣，軟件不相同，計(jì)算的結(jié)果也就有所不同。針對(duì)此現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該針對(duì)各個(gè)不同的計(jì)算軟件使用的范圍和條件，進(jìn)行詳細(xì)全面的分析，在結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，避免不必要的誤差。另外，還要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在通過運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中，要經(jīng)過認(rèn)真分析，做出合理的判斷。因?yàn)榭赡艹霈F(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況與軟件程序不符合、由于人為原因造成的錯(cuò)誤以及軟件自身存在的缺陷等問題，在一定程度上會(huì)造成計(jì)算結(jié)果的錯(cuò)誤。

4.采取相應(yīng)的構(gòu)造措施

房屋的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要牢牢掌握設(shè)計(jì)的原則，并且加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié)，提高建筑物構(gòu)件的延性性能，還要注意鋼筋的錨固長(zhǎng)度，特別是鋼筋在執(zhí)行階段的錨固長(zhǎng)度。其中，如震動(dòng)效應(yīng)、空氣沖擊波效應(yīng)、爆破飛石、噪聲、有害氣體等，這些都對(duì)建筑結(jié)構(gòu)造成間接或直接的危害。

二、動(dòng)力學(xué)中的結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性

在建筑結(jié)構(gòu)中結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)反映抗震性質(zhì)的微分方程，其中的系數(shù)C1和C2能根據(jù)初始條件確定。運(yùn)用能夠妥善處理重復(fù)變換加載的三維有限元方法分析鋼筋混凝土柱在地震荷載作用下的非線性特性。鋼筋混凝土墻——框架體系的非彈性地震反應(yīng)，一般都參照了連續(xù)變化的軸向力和撓曲的相互影響和剪切變形的影響，加之軸向力變化對(duì)于動(dòng)力反應(yīng)的影響非常顯著，但剪切變形的影響卻不大。如果我們仔細(xì)研究鋼框架建筑的非彈性地震反應(yīng)我們會(huì)發(fā)現(xiàn)柱的軸向塑性變形會(huì)朝一個(gè)方向積累，進(jìn)而導(dǎo)致水平位移增大，從而加劇P—Δ效應(yīng)。軸向力將減小撓曲為主的振型的自振頻率，而且將加大拉伸振型的自振頻率。我們可以運(yùn)用離散變量方法，對(duì)整個(gè)體系進(jìn)行處理，用拉格朗日方程進(jìn)行一般性分析，以便考慮結(jié)構(gòu)的空間特性。

三、建筑結(jié)構(gòu)中結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的防震減震應(yīng)用

建筑結(jié)構(gòu)中的防震減震應(yīng)用最主要的就是對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行特性優(yōu)化分析，例如，針對(duì)某高層建筑，業(yè)主要求必須體現(xiàn)大空間概念，最后經(jīng)過與設(shè)計(jì)院的協(xié)調(diào)溝通，確定采用28層的設(shè)計(jì)方案，其中，地下2層，地上26層，總面積30000m2，高度達(dá)到94m。針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)化選擇，設(shè)計(jì)院具體的對(duì)建筑結(jié)構(gòu)中結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的減震防震應(yīng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)應(yīng)用，具體方法如下。

1.反應(yīng)譜設(shè)計(jì)法

根據(jù)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)所特有的特性，動(dòng)力結(jié)構(gòu)在地震時(shí)就會(huì)有一定的動(dòng)力效應(yīng)，簡(jiǎn)單的說就是結(jié)構(gòu)上質(zhì)點(diǎn)的地震反應(yīng)加速度與地面運(yùn)動(dòng)的加速度有所不同，且結(jié)構(gòu)上質(zhì)點(diǎn)的地震結(jié)構(gòu)自震周期與阻尼具有一定的聯(lián)系。對(duì)動(dòng)力學(xué)方法的應(yīng)用可以對(duì)自由度彈性體系質(zhì)點(diǎn)的加速度反應(yīng)進(jìn)行求解，并求得不同周期的加速度反應(yīng)。

2.能力設(shè)計(jì)法

想要能夠有效地保證建筑結(jié)構(gòu)中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有足夠的彈性，就需要運(yùn)用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)能力設(shè)計(jì)法。此方法的原理就是對(duì)非彈性性能對(duì)結(jié)構(gòu)抗震能力的理解和超靜定結(jié)構(gòu)的地震機(jī)理的理解，并在地震的作用下對(duì)具有巖性破壞機(jī)制的控制思想進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而保證結(jié)構(gòu)的抗震效果和設(shè)防目標(biāo)，同時(shí)還可以保證設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)合理性。

四、結(jié)語

結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)范文第2篇

關(guān)鍵詞：螺栓連接；有限元分析；非線性；動(dòng)力學(xué)特性

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.10.010

0 引言

目前，有限元分析技術(shù)業(yè)已成熟，利用有限元分析技術(shù)可以對(duì)簡(jiǎn)單零部件或結(jié)構(gòu)件進(jìn)行精確計(jì)算仿真，得到的仿真結(jié)果完全可以用來分析實(shí)際工程問題。但是在許多情況下，需要對(duì)一些機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，即利用各種裝配手段，如配合連接、螺栓連接、銷連接、焊接、膠接、嚙合連接等等方式，將大量的零部件和組件等裝配在一起而構(gòu)成的[1]。在對(duì)諸如此類的機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行有限元分析時(shí)，能否恰當(dāng)處理零件或組件之間的連接裝配關(guān)系是一直困擾工程技術(shù)人員的關(guān)鍵問題，并已經(jīng)限制了有限元分析技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

在工程設(shè)計(jì)中，需要簡(jiǎn)化分析模型才能對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的裝配結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元?jiǎng)恿W(xué)仿真分析，一般有以下幾種簡(jiǎn)化方式[2]：一是一體化分析模型方法，忽略零件之間的連接裝配關(guān)系，將機(jī)械系統(tǒng)中的所有零部件看成一個(gè)整體，并假定裝配體之間的連接是剛性連接。這種分析模型的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)比較簡(jiǎn)單，計(jì)算量小，缺點(diǎn)是完全忽略了裝配結(jié)構(gòu)中的連接剛度和連接阻尼對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性的影響，而且計(jì)算結(jié)果在很大程度上偏離實(shí)際情況，實(shí)際應(yīng)用中參考價(jià)值較小；二是，利用附加面技術(shù)處理結(jié)合面問題的方法。以螺栓連接為例，分析模型不是通過螺栓孔和螺栓來連接，而在兩接觸面之間另外定義一層具有某些特定屬性的附加面，采用調(diào)整該附加面的各種屬性參數(shù)的方式，便可以準(zhǔn)確地模擬出任意復(fù)雜工況下的連接剛度。但是，該方法需要先做振動(dòng)試驗(yàn)，然后根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)附加面的彈性模量、密度等參數(shù)進(jìn)行迭代優(yōu)化，才能較準(zhǔn)確的反應(yīng)試驗(yàn)情況，具有滯后性且應(yīng)用范圍不廣，故不適用于前期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段。

本文以L形螺栓連接結(jié)構(gòu)為例，通過理論計(jì)算，綜合利用接觸非線性問題的有限元仿真分析和模態(tài)分析方法，計(jì)算螺栓連接結(jié)構(gòu)的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，分析其動(dòng)力學(xué)特性的影響因素，并通過具體的振動(dòng)試驗(yàn)得到反饋，即本文提出的等效模型可以準(zhǔn)確地模擬接觸非線性問題。

1 接觸剛度計(jì)算模型

機(jī)械表面常會(huì)存在很多微凸體，故兩個(gè)粗糙面的接觸問題可以轉(zhuǎn)化為微凸體的接觸問題。為便于研究，將兩粗糙表面的接觸問題簡(jiǎn)化為光滑與粗糙彈性表面相接觸[3]。

假定基準(zhǔn)面與光滑表面間距為d，微凸體波峰分布的概率密度函數(shù)為，對(duì)于某一微凸體，波峰位于基準(zhǔn)面的間距在z和z+dz之間的概率為。所以，當(dāng)微凸體的高度z大于間距d時(shí)，即可判定兩者接觸，其概率為：

因此，某一接觸面間相互接觸的微凸體個(gè)數(shù)

=

m為接觸面上微凸體的總個(gè)數(shù)，接觸面積為Ac。其中，位于基準(zhǔn)面的間距在z和z+dz之間的接觸點(diǎn)數(shù)為。上述接觸微凸體與基準(zhǔn)面之間的法向接近量為（z-d），預(yù)期的載荷W為：

（1）

式中，，E為微凸體彈性模量，R為微凸

體平均曲率半徑，，，，為微凸體

波峰分布概率密度函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差。

將式（1）等式兩邊均除以接觸面積Ac，可以得到載荷pc的表達(dá)式如下：

（2）

式中，n=m/Ac，為單位輪廓面積上的微凸體數(shù)。由式（2）能夠看出，載荷pc與接觸表面間距h之間是非線性關(guān)系。但是，微凸體的變形遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于波紋的變形，即h值僅在某一值的附近做微小的變動(dòng)，可以將非線性關(guān)系簡(jiǎn)化為線性關(guān)系來描述，其中的影響因子即可表述為剛度系數(shù)k。對(duì)式（2）兩端取微分，可得：

（3）

將上述各表達(dá)式代入式（3）可得：

（4）

經(jīng)式（4）可知?jiǎng)偠认禂?shù)k的計(jì)算公式為：

（5）

經(jīng)式（2）可知，在表面特征參數(shù)為已知的情況下，當(dāng)相互接觸的兩物體表面特征屬性一定的前提下，h值只與外作用載荷pc有關(guān)，將其代入式（5）中，經(jīng)計(jì)算簡(jiǎn)化可得：

（6）

式中，C為相互接觸的兩物體表面特征屬性一定的前提下k中的常數(shù)，其大小與外作用載荷的大小有關(guān)。

因此，對(duì)于接觸面積為Ac的整個(gè)接觸面，其總的剛度系數(shù)K為

K=k?Ac （7）

式中，

（8）

（9）

Aa為有效作用區(qū)域，即有效接觸區(qū)域表面積，nB為單位理論接觸面積上的波紋分布密度。

設(shè)，， 將式（6）、式（8）和式（9）

代入式（7）中，可推導(dǎo)得到以下關(guān)系式：

（10）

根據(jù)式（10）能夠看出，當(dāng)接觸物體間的各參數(shù)屬性一定的前提下，接觸剛度的大小僅取決于有效作用區(qū)域和外作用力的大小。

2 螺栓連接結(jié)構(gòu)有限元分析

2.1 L形螺栓連接結(jié)構(gòu)模型

為驗(yàn)證上述理論分析的正確性，對(duì)如圖1所示的L形螺栓連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真分析。結(jié)構(gòu)中的兩個(gè)L形梁外形尺寸為長(zhǎng)150mm、寬30mm、厚8mm，材料均采用45鋼。梁1一端固定，另一端與梁2通過3個(gè)M6X30的螺栓連接，梁2另一端為自由狀態(tài)，組成一個(gè)螺栓連接結(jié)構(gòu)。

在預(yù)緊力矩T的作用下，螺栓頭部和螺母的支撐面壓緊被連接件，給被連接件施加了一定的壓應(yīng)力，此壓應(yīng)力在其作用區(qū)域內(nèi)分布不均，且此作用區(qū)域的覆蓋范圍也很難準(zhǔn)確測(cè)定，所以對(duì)螺栓連接件進(jìn)行精準(zhǔn)地模態(tài)分析是相當(dāng)困難的。在大多數(shù)工程分析中，通常采用圓錐體、圓柱體及球臺(tái)等一些簡(jiǎn)單模型來模擬壓應(yīng)力的作用區(qū)域，并取得較好的分析效果。本文選擇中空?qǐng)A柱體進(jìn)行模擬仿真分析[4]。

2.2 基于接觸非線性的螺栓連接結(jié)構(gòu)靜力學(xué)計(jì)算

首先，利用MSC.Patran軟件建立上述螺栓連接結(jié)構(gòu)的仿真分析模型，并對(duì)其進(jìn)行靜力學(xué)分析。為了較為準(zhǔn)確地獲得接觸面積與接觸力的大小，需對(duì)螺栓及連接區(qū)域的模型劃分更為精細(xì)，如圖2所示。施加在螺栓上的預(yù)緊力矩T與預(yù)緊力Fp的大小近似表達(dá)式為，其中，為相互接觸面之間的摩擦系數(shù)，通常取為0.2左右，d為螺桿直徑。因此，結(jié)合本例可以計(jì)算得到，當(dāng)預(yù)緊力矩為1N?m時(shí)，預(yù)緊力約為888.9N。

圖3所示為施加一定預(yù)緊力的螺栓連接結(jié)構(gòu)的應(yīng)力作用云圖。根據(jù)應(yīng)力云圖，確定出圖中最大應(yīng)力作用區(qū)域范圍，將該區(qū)域簡(jiǎn)化為以螺栓孔中心為圓心，具有一定大小的圓環(huán)形區(qū)域，并規(guī)定此區(qū)域?yàn)閮山佑|面間的等效接觸區(qū)域。

2.3 螺栓連接結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析

基于上述有限元靜力學(xué)分析結(jié)果，建立螺栓連接結(jié)構(gòu)的有限元?jiǎng)恿W(xué)模型如圖4所示。在上下接觸面孔中心處各建立一個(gè)獨(dú)立結(jié)點(diǎn)，然后將上下連接面等效接觸區(qū)域內(nèi)的節(jié)點(diǎn)利用耦合單元節(jié)點(diǎn)（MPC）的方法連接到兩個(gè)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)上，在兩個(gè)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)之間建立一個(gè)梁?jiǎn)卧靡阅M螺桿的剛度，等效接觸區(qū)域外的節(jié)點(diǎn)不予連接，從而將螺栓連接的接觸非線性問題轉(zhuǎn)化為線性問題。

建立對(duì)比方案以驗(yàn)證等效模型的準(zhǔn)確性和適用性。其一，選取上述等效模型；其二選取一體化模型，即將裝配結(jié)構(gòu)中的所有零件直接合并為一個(gè)一體化整體，用剛性連接等效結(jié)構(gòu)組件之間的連接。對(duì)兩種模型進(jìn)行模態(tài)分析，比較分析結(jié)果，進(jìn)行差異對(duì)比。

分別計(jì)算上述模型在1N?m、5 N?m預(yù)緊力矩下的前5階頻率，計(jì)算結(jié)果如表1～2所示。

3 振動(dòng)試驗(yàn)

對(duì)上述結(jié)構(gòu)尺寸的L形螺栓連接件進(jìn)行了振動(dòng)試驗(yàn)，分別測(cè)得試驗(yàn)件在1N?m 、5N?m預(yù)緊力矩下的前5階固有頻率，并與有限元分析結(jié)果對(duì)比如表1～2所示。

4 結(jié)論

本文從理論上推導(dǎo)了影響接觸剛度的主要因素，導(dǎo)出了其計(jì)算公式，由公式可以導(dǎo)出影響接觸剛度大小的主要因素，當(dāng)接觸物體間的各參數(shù)屬性一定的前提下，接觸剛度的大小僅取決于有效作用區(qū)域和外作用力的大小。連接結(jié)構(gòu)間的螺栓預(yù)緊力越大，即外作用力越大，結(jié)構(gòu)接觸剛度越大，表現(xiàn)出的特性就是結(jié)構(gòu)的固有頻率越高。

本文利用有限元分析軟件MSC.Patan對(duì)L形螺栓連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí)，采用了以下兩種簡(jiǎn)化模型，一種是忽略接觸的影響，直接合并為一個(gè)整體的剛性模型，另一種是考慮了螺栓預(yù)緊力對(duì)接觸剛度的影響，采用等效接觸區(qū)域的等效模型。以實(shí)際振動(dòng)試驗(yàn)的結(jié)果為基準(zhǔn)，通過對(duì)比以上兩種簡(jiǎn)化模型的靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果，可以看出剛性模型的分析結(jié)果偏大，且誤差較大，最小誤差為4.49%，最大誤差高達(dá)14.4%，并且螺栓預(yù)緊力的大小對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的模擬分析結(jié)果無任何影響。而等效模型的前5階固有頻率更接近實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果，最大誤差僅為-5.54%。

綜上所述，本文提出的基于有效作用區(qū)域的等效模型，能夠更加準(zhǔn)確地分析螺栓連接結(jié)構(gòu)對(duì)系統(tǒng)剛度的影響，該等效模型可以用來模擬接觸非線性問題，為以后工程中的類似問題提供了一種更加有效便捷的解決方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]李成，朱紅紅，鐵瑛等.單搭膠/螺栓混合連接結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布與載荷分配[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2013，43（04）：933-938.

[2]饒柱石.拉桿組合式特種轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)特性及其接觸剛度的研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，1992.

結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)范文第3篇

關(guān)鍵詞　結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)　比較研究　課程建設(shè)

0　引言

結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)是土木工程專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。然而，結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)又是一門比較難學(xué)的課程，不但對(duì)微積分學(xué)、微分方程、理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等方面的先修理論課程有比較高的要求，而且對(duì)于研習(xí)者對(duì)工程現(xiàn)象和理論概念的理解和抽象思維能力也有很高的要求。特別是在《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-　2020　年）》明確提出實(shí)施卓越工程師人才教育培養(yǎng)計(jì)劃①以來，如何在有限的本科教學(xué)課時(shí)內(nèi)最有效地傳輸理論知識(shí)、培養(yǎng)工程思維、激發(fā)創(chuàng)新意識(shí)、養(yǎng)成卓越習(xí)慣更成為工程學(xué)各專業(yè)高等教師的艱巨挑戰(zhàn)。

本研究調(diào)研了若干國(guó)際著名大學(xué)土木工程專業(yè)本科培養(yǎng)計(jì)劃和結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)課程教學(xué)計(jì)劃，希望通過對(duì)比研究對(duì)我國(guó)土木工程專業(yè)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)課程的本科教學(xué)提供有意義的建議。

1　樣本選定與資料搜集

本研究采用網(wǎng)絡(luò)調(diào)查等方法搜集了6所國(guó)際著名研究型大學(xué)土木工程專業(yè)各層次的培養(yǎng)計(jì)劃和課程大綱。這6所高校根據(jù)2011年QS世界大學(xué)排行榜土木工程專業(yè)榜單選定，②均為土木工程專業(yè)排名世界前十的高校，同時(shí)兼顧了區(qū)域和國(guó)家的分布，以期具有最好的代表性。這6所高校包括兩所美洲區(qū)高校（排名全球第一的美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）③和排名全球第二的美國(guó)加州斯坦福大學(xué)（SU））④、兩所歐洲區(qū)高校（排名全球第三的英國(guó)劍橋大學(xué)（UCAM）⑤和排名全球第十的瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH）⑥）、以及兩所亞太區(qū)高校（排名全球第七的新加坡國(guó)立大學(xué)（NUS）⑦和排名全球第八的日本東京大學(xué)（TU）⑧）。

2　比較分析

基于搜集到的相關(guān)原始資料，本研究在以下5方面進(jìn)行了比較分析，包括：修課要求、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、考核方法、教學(xué)資料等。

課程修課要求主要通過比較各校培養(yǎng)計(jì)劃和課程列表來進(jìn)行。各校的修課要求是：MIT和ETH將結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)作為結(jié)構(gòu)力學(xué)或土木工程力學(xué)的一部分而要求本專業(yè)學(xué)生必修；UCAM工程學(xué)系本科低年級(jí)不分專業(yè)，在大一要求所有工程系學(xué)生必修與結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)初級(jí)課程相關(guān)的課程；NUS和UT則開設(shè)了面向本專業(yè)學(xué)生的限定選修課程；SU對(duì)相關(guān)內(nèi)容學(xué)習(xí)沒有要求，但開設(shè)有相關(guān)任意選修課程。

課程教學(xué)內(nèi)容通過比較課程教學(xué)大綱進(jìn)行。如表1所示：結(jié)構(gòu)動(dòng)力模擬一般方法、單自由度結(jié)構(gòu)動(dòng)力特征與動(dòng)力響應(yīng)分析、多自由度結(jié)構(gòu)動(dòng)力特征與動(dòng)力響應(yīng)分析等以常微分方程的建立與求解為理論內(nèi)核的內(nèi)容6所學(xué)校都有講授；廣義單自由度系統(tǒng)模擬方法和連續(xù)系統(tǒng)動(dòng)力分析方法則各有2所和3所學(xué)校在本科基礎(chǔ)課程中有涉及；而結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)譜分析等面向具體工程應(yīng)用的內(nèi)容則僅有1家高校（NUS）在本科課程中進(jìn)行了介紹。

課程教學(xué)方式比較表明（如表2所示）：對(duì)于本科基礎(chǔ)課程，課堂講授基礎(chǔ)理論知識(shí)是最主要的教學(xué)方式。為了示范如何使用基礎(chǔ)理論知識(shí)解決課程習(xí)題，有些院校還專門開設(shè)了習(xí)題輔導(dǎo)課以作補(bǔ)充（如MIT和ETH）。同時(shí)，任課教師在課間或?qū)ｉT在課余留出時(shí)間供學(xué)生答疑，展開雙向討論也是一種鞏固課堂學(xué)習(xí)的常用方式（如MIT等）。另外，通過給出具體閱讀內(nèi)容指導(dǎo)學(xué)生閱讀專業(yè)書籍也是培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)習(xí)慣的常用手段。

課程考核方式比較表明（如表3所示）：各校均將筆試作為最主要的考核手段，同時(shí)把平時(shí)作業(yè)的完成情況作為必要的補(bǔ)充，并制定了明確的對(duì)于作業(yè)晚交和抄襲的懲罰制度（如MIT）。另外，有些學(xué)校也將學(xué)生們的課堂答問情況、上課出席情況等作為課程考核的有益補(bǔ)充。MIT就明確規(guī)定，學(xué)生們的上課出席情況優(yōu)良可以額外加5%的分?jǐn)?shù)，而如果課堂答問情況優(yōu)良則可以再額外加10%的分?jǐn)?shù)。這是非常合理的。因?yàn)檎n堂的互動(dòng)教學(xué)是學(xué)生們理解基本概念、理論體系、理論重點(diǎn)的重要方式，而課堂答問如果開展得巧妙的話可以很好地訓(xùn)練學(xué)生們的邏輯思考能力，并加深大家對(duì)理論知識(shí)的理解。

課程教學(xué)資料使用情況比較表明：各校均以講義和指定的教科書為主要教學(xué)資料，并不列舉過多的教學(xué)參考書和參考論文。即使UCAM推薦了多達(dá)5本的教學(xué)參考書，對(duì)于每一講如何使用這些教學(xué)參考書，講師也給出了非常具體的每本書從第幾頁(yè)到第幾頁(yè)的閱讀建議。應(yīng)該來說，這對(duì)于入門課程的學(xué)習(xí)來說是十分必要的，可以避免還沒有建立起基本概念的學(xué)習(xí)者一開始就被各種不同的表述和符號(hào)系統(tǒng)所誤導(dǎo)，方便學(xué)習(xí)者順利領(lǐng)會(huì)課程的本質(zhì)內(nèi)容。

3　結(jié)論

本文調(diào)研比較了國(guó)際著名高校土木工程專業(yè)本科培養(yǎng)中結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)相關(guān)課程的修課要求、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、考核方法、教學(xué)資料等，得出如下結(jié)論：

結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)范文第4篇

工業(yè)經(jīng)濟(jì)雖然在知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的來臨和沖擊之下，逐漸走向了式微的發(fā)展階段，但這并非意味著在社會(huì)生活和經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)中，已經(jīng)失去了往昔的主導(dǎo)地位，仍舊存在著不可忽略的價(jià)值和功能，并在國(guó)家復(fù)興的進(jìn)程中，具有強(qiáng)大的助推作用。作為傳統(tǒng)工業(yè)部門中的代表，機(jī)械制造業(yè)不但在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的助推中，作用絕非可有可無，而且在當(dāng)前科技創(chuàng)新的研究領(lǐng)域中，其平臺(tái)作用也是不可小覷。在機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理中，運(yùn)動(dòng)力學(xué)在其中的干預(yù)作用最大，在物理學(xué)的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中，也最受研究人員的重視和關(guān)注。

1機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的在應(yīng)用中的技術(shù)要素

作為機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中的重要組成部分，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵要素，正是促進(jìn)技術(shù)革新的重要手段之一。伴隨著科研活動(dòng)中的理論基礎(chǔ)的日益夯實(shí)和技術(shù)應(yīng)用范圍的日趨擴(kuò)大，物理學(xué)中的相關(guān)原理也逐漸擁有了充足的用武之地，在實(shí)際機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，不斷滿足著機(jī)械結(jié)構(gòu)的符合要求，并促進(jìn)生產(chǎn)水平的解放和提升。在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層面的幾何要素上進(jìn)行分析，機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理，秉持著其精密的設(shè)計(jì)技術(shù)的指導(dǎo)和應(yīng)用，在零部件之間能夠?qū)崿F(xiàn)咬合力的提高，并實(shí)現(xiàn)位置關(guān)系的明確定位和精密確定。在這種幾何要素的關(guān)系體系之內(nèi)，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最為關(guān)鍵的因素，便是不同的面，在這些不同的面上，通過完善和優(yōu)化的考量，來保證在零件的不同接觸面上，都可以進(jìn)行合理的安排。

2運(yùn)動(dòng)力學(xué)在機(jī)械結(jié)果設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

運(yùn)動(dòng)力學(xué)在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用價(jià)值，主要體現(xiàn)在2個(gè)方面：

（1）在零部件的鏈接方面。在這一環(huán)節(jié)中，誠(chéng)如上文中論述的那樣，存在著直接鏈接和間接鏈接的差別，由于存在著應(yīng)用方面的差別，所以在運(yùn)動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用潛力上，也存在著截然相異的表現(xiàn)。但是作為機(jī)械設(shè)計(jì)中的核心要素，運(yùn)動(dòng)力學(xué)所產(chǎn)生的抽象指導(dǎo)上，從根本上也是如出一轍。例如，利用力矩的變化，通過計(jì)算不同聯(lián)接點(diǎn)的摩擦力和壓力，從而可以了解到不同的節(jié)點(diǎn)的壓力和零件的材料選擇等。在力學(xué)計(jì)算和相應(yīng)的選擇性指標(biāo)的衡量下，構(gòu)成決定零件的選材和位置的排列組合等等，都體現(xiàn)出這一點(diǎn)。

（2）在機(jī)械零件的操作過程中，一旦發(fā)生損耗等相關(guān)問題，運(yùn)動(dòng)力學(xué)的理念和技術(shù)原理同樣存在著必要的指引作用，特別是在行動(dòng)與摩擦之后產(chǎn)生的損耗之后，借助運(yùn)動(dòng)力學(xué)的相關(guān)理論，便能夠依照運(yùn)動(dòng)做工，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的損耗系數(shù)，并且對(duì)零件的損耗程度進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)定，還能夠在根本上實(shí)現(xiàn)材質(zhì)遴選的科學(xué)性。總之，充分利用運(yùn)動(dòng)力學(xué)，是保證機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是未來的發(fā)展方向。

3運(yùn)動(dòng)力學(xué)在機(jī)械結(jié)構(gòu)中的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

3.1滿足力學(xué)要求的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

在進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，必須要考慮到材料力學(xué)、彈性力學(xué)、疲勞力學(xué)等相關(guān)的力學(xué)準(zhǔn)則，并且在此基礎(chǔ)上，通過相應(yīng)力學(xué)的強(qiáng)度計(jì)算法則，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)合格化的機(jī)械產(chǎn)品，積極引用在生產(chǎn)活動(dòng)之中。在運(yùn)動(dòng)力學(xué)的物理學(xué)術(shù)體系中，疲勞力學(xué)便是一個(gè)值得參照的對(duì)象。由于其與軸承、齒輪以及軸的使用壽命等存在著直接的關(guān)聯(lián)，因此在設(shè)計(jì)過程中，研究人員通常會(huì)依據(jù)不同機(jī)械零件的載荷變化，實(shí)現(xiàn)力學(xué)計(jì)算的靈活化處理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，并延長(zhǎng)機(jī)械產(chǎn)品的使用壽命和利用周期。由于零件的截面尺寸的變化，能夠帶動(dòng)其內(nèi)應(yīng)力變化適應(yīng)能力的提高，這便能夠使得各截面的強(qiáng)度相等。而按等強(qiáng)度原理設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，材料才可以得到充分的利用，提高經(jīng)濟(jì)效益。

3.2創(chuàng)新機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理念

如今的機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)活動(dòng)，大體是指采用機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變?cè)ǎㄟ^針對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中相關(guān)因素的遴選和改變，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)在實(shí)用層面上的技術(shù)革新和理念創(chuàng)新，以便滿足于應(yīng)用上的諸多需求。在這種呼之欲出的科研背景之下，創(chuàng)新型結(jié)構(gòu)在便利性和經(jīng)濟(jì)性等多方面上均能夠優(yōu)于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的主要原動(dòng)力，就是近年來推出的變?cè)ā＿@種機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)法則主要包括多種裝配原理，例如數(shù)量變?cè)⑿螤钭冊(cè)⒉牧献冊(cè)⑽恢米冊(cè)约把b配聯(lián)接變?cè)鹊龋谧冊(cè)袑?shí)現(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的革新，并在數(shù)學(xué)模型的引導(dǎo)和助推下，計(jì)算和測(cè)試其結(jié)構(gòu)性能，便能夠選擇出最優(yōu)化的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

4結(jié)語

結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)范文第5篇

關(guān)鍵詞：隧洞；襯砌；力學(xué)模型

近年來不斷的研究和實(shí)踐可以看出：復(fù)合襯砌能充分發(fā)揮圍巖自承能力，提高襯砌承載力。它是在新奧法的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)施工的一種新型支護(hù)結(jié)構(gòu)。因此，對(duì)于探討隧洞復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算理論有著十分重要的意義。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要模型

由當(dāng)前世界上的隧洞施工可以看出，用于隧洞的計(jì)算模型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有兩類：第一類是結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，這類模型是圍巖對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形約束作用，它以支護(hù)結(jié)構(gòu)作為承載體，而荷載的來源是圍巖，；第二類稱為連續(xù)介質(zhì)力學(xué)模型，它與結(jié)構(gòu)力學(xué)模型不同，承載主體是圍巖，支護(hù)結(jié)構(gòu)約束圍巖向隧洞內(nèi)發(fā)生變形作用。

1.1 結(jié)構(gòu)力學(xué)模型

結(jié)構(gòu)力學(xué)模型又稱作荷載-結(jié)構(gòu)模型，這種模型分開將支護(hù)結(jié)構(gòu)及圍巖在計(jì)算中進(jìn)行考慮，支護(hù)是承載主體，圍巖作為支護(hù)結(jié)構(gòu)的彈性支承以及荷載來源。圖1所示即為荷載-結(jié)構(gòu)模型。

在荷載-結(jié)構(gòu)模型中，作用在結(jié)構(gòu)和圍巖當(dāng)中的力是以彈性支承對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生約束來實(shí)現(xiàn)的。因此，圍巖的承載能力越高，其自承力相對(duì)越高，而產(chǎn)生于支護(hù)結(jié)構(gòu)的圍巖壓力就越弱。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)該判斷圍巖的狀態(tài)，判斷是否適用于這類模型進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；其次，應(yīng)確定結(jié)構(gòu)荷載。一旦這兩點(diǎn)明確了，就成了運(yùn)用普通力學(xué)方法求體系的位移以及內(nèi)力的問題。

常見的結(jié)構(gòu)力學(xué)模型的計(jì)算方法包含有：彈性連續(xù)框架（含拱形）法、假定抗力法和彈性地基梁（含曲梁和圓環(huán)）法等。當(dāng)結(jié)構(gòu)變形的約束能力較小時(shí)，結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算常采用彈性連續(xù)框架法；反之，則可采用彈性地基法以及假定抗力法。假定抗力法以及彈性地基梁法已逐步形成了一些經(jīng)典計(jì)算方法。由于此模型計(jì)算簡(jiǎn)便，概念清晰，至今仍在廣泛使用。

1.2 巖體力學(xué)模型

第二類模型又稱巖體力學(xué)模型。這種方法將支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖視作共同承載的隧洞結(jié)構(gòu)的體系，因此這種模型又稱作圍巖-結(jié)構(gòu)模型。在這種模型中承載主體是圍巖，支護(hù)結(jié)構(gòu)僅用于約束和限制圍巖發(fā)生變形。如圖2所示。

在巖體力學(xué)模型中部分問題可以采用解析法來計(jì)算，或者收斂-約束法進(jìn)行圖解。利用這個(gè)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)的主要問題，是確定圍巖的初始應(yīng)力場(chǎng)及展現(xiàn)材料特性的各種參數(shù)的變化。由于復(fù)合整體模型符合目前的施工水平，它是目前隧洞結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)中并正在逐步發(fā)展并且優(yōu)先采用的模型。

2 隧洞常見結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

國(guó)際隧洞協(xié)會(huì)（I.T.A）在1987年成立了隧洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型研究組，收集和匯總了各會(huì)員國(guó)目前采用的地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，最常用的有以下4種基本設(shè)計(jì)模型[1]：

（1）參照對(duì)比以往隧洞工程施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行類比的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。

（2）以現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)為主要參考依據(jù)的實(shí)用設(shè)計(jì)方法。

（3）作用與反作用模型，即荷載-結(jié)構(gòu)模型。（4）連續(xù)介質(zhì)模型，包括解析法和數(shù)值法。

各種方法有其優(yōu)點(diǎn)，但也有其缺點(diǎn)和不足。由于在設(shè)計(jì)中往往受到外界環(huán)境及各種因素的干擾，因而在設(shè)計(jì)中應(yīng)該注重以往的類似工程經(jīng)驗(yàn)。即便在分析時(shí)采用較為嚴(yán)密的理論依據(jù)，其計(jì)算結(jié)果也需要用以往的經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)然，在工程設(shè)計(jì)中為了取得更為經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)，往往要同時(shí)采用多種設(shè)計(jì)方法來進(jìn)行計(jì)算。

3 隧洞襯砌結(jié)構(gòu)力學(xué)模型

隧洞設(shè)計(jì)中選取一般如下：對(duì)于隧洞襯砌初期支護(hù)設(shè)計(jì)，應(yīng)采用圍巖-結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行內(nèi)力和變形分析，同時(shí)可得開挖后圍巖的應(yīng)力狀態(tài)、塑性區(qū)范圍及洞周邊變形等，由此可判斷初期支護(hù)參數(shù)的選擇合理與否，是否能夠滿足圍巖開挖后洞室的穩(wěn)定，能否確保隧洞及地下工程施工的順利進(jìn)行。初期支護(hù)參數(shù)包括錨桿的數(shù)量、大小和長(zhǎng)度，鋼拱架的H值和間距，鋼筋網(wǎng)的大小和間距，噴射混凝土的厚度等；對(duì)于二次襯砌設(shè)計(jì)，應(yīng)采用荷載-結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行內(nèi)力分析和變形分析，從而驗(yàn)算二次襯砌混凝土的標(biāo)號(hào)、厚度和鋼筋配置數(shù)量以及二次襯砌輪廓線是否合理等。

4 結(jié)束語

目前對(duì)復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)中的二次襯砌設(shè)計(jì)多數(shù)采用工程類比結(jié)合一定的結(jié)構(gòu)計(jì)算分析來進(jìn)行綜合確定的。由于復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)形式特殊，而受力狀態(tài)又較為復(fù)雜。因此，在進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)時(shí)，往往需要結(jié)合實(shí)際情況，建立既能滿足結(jié)構(gòu)安全性又能兼顧經(jīng)濟(jì)性要求的力學(xué)模型。

參考文獻(xiàn)