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结构刚度分析

/stiffness analysis of structures/
条目作者傅向荣

傅向荣

最后更新 2024-12-03
浏览 185
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对结构物抵抗变形能力的一种分析,用于保证结构满足设计的刚度要求,即结构不因在外载荷作用下产生过大的变形而无法实现其使用功能。

英文名称
stiffness analysis of structures
所属学科
力学

在工程上,刚度与强度、振动和结构稳定性等同为结构设计中必须考虑的基本问题。结构的刚度不仅和结构材料力学性能直接相关,而且和结构形式、边界约束条件和承受荷载类型密切相关。

对工程结构进行刚度分析通常采用结构分析的位移法。对于杆系结构,以结点独立的广义位移为基本未知量,对每根杆件生成由刚度系数组成的刚度矩阵,根据杆件与结点的连接状况集成结构的整体刚度矩阵,得到对应基本未知量的矩阵方程组。解得各结点的位移之后,与关于结构刚度的设计要求进行比较,设计要求一般是限定结构关键点的线位移、或角位移幅值,或两个给定点之间的相等线位移、或相对角位移。对于薄壁结构等其他结构,通常采用位移型有限元法进行分析计算,然后与刚度设计要求进行比较。

结构承受静态荷载时,通过结构静力学分析考核结构的静刚度。当结构承受动态荷载时,需要通过结构动力学分析,考虑结构的动刚度,来考核是否满足对于结构动态位移的要求。在结构的静刚度不能满足要求的情况下,可以通过更换杨氏模量更高的材料、或加大截面尺寸、从而提高杆件刚度系数,增加板壳的厚度、或对板壳构件配置加强筋等措施来提高结构的刚度。而对于动刚度问题,除采用上述措施外,有时还可从调整结构振动特性的角度来加以解决。在对设计进行修改后,需要重新进行结构的刚度分析。

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