结构力学求解器(SM Solver of Windows)是一个关于结构力学分析计算的计算机软件,
其功能包括求解平面杆件结构(体系)的几何组成、静定和超静定结构的内力、位移,影响
线、自由振动的自振频率和振型,以及弹性稳定等结构力学课程中所涉及的绝大部分问题.
对几何可变体系可作静态或动态显示机构模态;能绘制结构内力图和位移图;能静态或动态
显示结构自由振动的各阶振型和弹性稳定分析的失稳模态;能绘制结构的影响线图.
该软件的版本为V1.5.清华大学土木系研制.高教出版社发行.
一.运行环境
Windows 98/NT. 8M内存. 2M硬盘空间.
二.装机与运行
将软件光盘置入光驱,在Windows环境下运行光盘上的SMsetup.exe,然后按提示操作
即可完成装机.装机完成后,桌面上将出现一个名为"求解器"的图标.双击桌面上的
"求解器"图标,再单击软件的封面,便可使用该求解器.
三.输入数椐
先对结构的结点及单元进行编码,然后按以下诸项输入数椐:
1.结点定义
N,Nn,x,y
Nn---结点编码;
x---结点的x 坐标;
y---结点的y 坐标.
结构整体坐标系为xoy,一般取结构左下支座结点为坐标原点(0,0).
2.结点生成(即成批输入结点坐标)
NGEN,Ngen,Nincr,N1,N2,N12incr,Dx,DY
Ngen---结点生成的次数;
Nincr---每次生成的结点码增量;
N1、N2---基础结点范围;
N12incr---基础结点的编码增量;
Dx,DY---生成结点的x ,y坐标增量.
3.单元定义
E，N1,N2[,DOF11,DOF12,DOF13,DOF21,DOF22,DOF23]
N1,N2---单元两端的结点码;
以下连接方式:1为连接,0为不连接;
DOF11,DOF12---分别为单元在杆端1处的x、y方向自由度的连接方式,
缺省值=1;
DOF13---单元在杆端1处的转角方向自由度的连接方式,缺省值=0;
DOF21,DOF22---分别为单元在杆端2处的x、y方向自由度的连接方式,
缺省值=1;
DOF23---单元在杆端2处的转角方向自由度的连接方式,缺省值=0.
4.单元生成(即成批输入单元两端的连接方式)
EGEN,Ngen,E1,E2,Nincr
Egen---生成次数;
E1,E2---基础单元范围;
Nincr---生成中单元两端点对应的结点码增量.
5.支座约束定义
NSUPT,Sn,Stype,Sdir,[,Sdisx,Sdisy,SdisR]
Sn---支座的结点码;
Stype---支座类型码;
Sdir---支座方向,以图示方向为零,绕结点逆时针旋转为正;
Sdisx---x方向的支座位移,缺省值=0;
Sdisy---y方向的支座位移,缺省值=0;
SdisR---转角方向的支座位移,缺省值=0.
以上(1)～(6)为支座类型码.
6.单元材料性质
ECHAR,ElemStart,ElemEnd,EA,EI,m
ElemStart---单元起始码;
ElemEnd---单元终止码;
EA,EI---分别为单元的抗拉和抗弯刚度;
m---单元的均布质量(kg/m).
7.结点荷载
NLOAD,Ln,Ltype,Lsize[,Ldir]
Ln---荷载作用的结点码;
Ltype---荷载类型;
Ltype=1(-1),集中荷载,指向(背离)结点;
Ltype=2(-2),逆时(顺时)针方向的集中力矩;
Lsize---荷载大小(kn,kn-m);
Ldir---荷载方向(度),仅当Ltype=1或-1时入,缺省值=0 .
说明:竖向集中力,作用在结点上方时,取 =-90 ,反之,取 =90 ;
水平集中力,作用在结点左方时,取 =0 ,反之,取 =180 .
8.单元荷载
ELOAD,Ln,Ltype,Lsize1[,Lpos1[Lpos2[,Ldir]]]
Ln---荷载作用的单元码;
Ltype---荷载类型;
Ltype=1(-1),集中荷载,指向(背离)单元;
Ltype=2(2),逆时(顺时)针方向的集中力矩;
Ltype=3(-3),均布荷载,指向(背离)单元;
Lsize1---荷载大小;
Lpos1---荷载起点至单元杆端1的距离与单元杆长的比值,缺省值=0;
Lpos2---荷载终点至单元杆端1的距离与单元杆长的比值,缺省值=1;
(仅对均布荷载输入Lpos2)
Ldir---荷载方向(度),仅当Ltype=1,3或-1,-3时输入,缺省值=0.
(注:按局部坐标系定义,其角度以逆时针方向为正)
9.频率计算参数
FREQ,Nfreq,FreqStart,Tol
Nfreq---欲求的频率数目;
FreqStart---频率起始阶数;
Tol---精度误差限,如0.0005.
10.影响线参数
IL,LoadDOF,En,pos,Fdof
LoadDOF---单位荷载的方向(整体坐标系):1为水平,2为竖直,3为转角;
En---单元码;
pos---单元上截面位置:距杆端1的距离与杆长的比值;
Fdof---欲求影响线的内力自由度(局部坐标系),1为轴力,2为剪力,
3为弯矩.
说明:
1.计算结构的内力和位移时,仅输入1(或及2),3(或及4),5,6,7,8 项;
2.当单元的抗拉刚度(EA)或抗弯刚度(EI)为无穷大时,则分别填-1;
3.当斜杆单元作用沿水平线的均布荷载时,需按合力相等的原则,变换成
沿杆轴线分布的均布荷载输入,荷载类型码仍为3(见例5).
四.上机操作步骤
1.双击桌面上的"求解器"图标,再单击"求解器"的封面进入使用状态;
2.键入数椐文件名(如TITLE,XXXX),逐行输入数椐(也可用命令方式输入);
3.将数椐文件存盘
单击桌面上方的"文件在文件菜单中点"保存"或"另存为键入文件名,
点"确定";
4.再单击"文件在文件菜单中点"退出";
5.见提示"?此命令将结束本次SM Solver!"
点"取消"或'确定重新进入SM Solver;
6.单击"文件在文件菜单中点"打开";
7.点所要运行的数椐文件名,并单击"确定";
8.单击桌面下方的"观览器"图标,(桌面上显示结构计算简图的形状),并单
击"最大化"按钮,将图形放大;
9.单击桌面上方的"标注在"标注"菜单中点所要显示的参数;
(如无误,则进行下一步,若有误,则进行修改)
10.单击"观览器"图标,点桌面上方的"求解";
11.在"求解"菜单中,点所要计算的内容(如内力计算、位移计算等),即可显
示计算结果(如各杆杆端的内力或位移,对照结构的单元编号或结点编号阅读);
12.单击所要显示的内力类型(轴力、剪力、弯矩)及显示对象(如"结构"或"单元");
13.单击"观览器"图标,则显示出内力图或位移图;
14.重复单击"观览器"图标,即可选定和显示不同的内力图;
15.逐层单击标题栏右边的"关闭"按钮,当显示:"此命令将结束本次SM Solver的
运行"或提示"结力求解器!Overflow"时,则点"确定"退出.
五.计算例题
例1 求图示刚架的内力.各杆的 EA=3.12X10 KN, EI=4.16X10 KN-M.
TITLE,AAA-1
N,1,0,0
N,2,4,0
N,3,0,4
N,4,4,4
E,1,3,1,1,1,1,1,0
E,3,4,1,1,0,1,1,1
E,4,2,1,1,1,1,1,1
NSUPT,1,6,0,0,0,0
NSUPT,2,6,0,0,0,0
ECHAR,1,3,3.12E+06,4.16E+04
NLOAD,3,1,30,0
ELOAD,1,3,20,0,1,90
例2 求图示组合结构的内力.设各杆的 EA = EI = 1.
TITLE,AAA-2
N,1,0,0 NSUPT,1,2,-90,0,0
N,2,2,0 NSUPT,5,1,0,0
N,3,4,0 ECHAR,1,9,1,1
N,4,6,0 ELOAD,1,3,1,0,1,90
N,5,8,0 ELOAD,2,3,1,0,1,90
N,6,2,-2 ELOAD,3,3,1,0,1,90
N,7,6,-2 ELOAD,4,3,1,0,1,90
E,1,2,1,1,0,1,1,1
E,2,3,1,1,1,1,1,0
E,3,4,1,1,0,1,1,1
E,4,5,1,1,1,1,1,0
E,6,7,1,1,0,1,1,0
E,6,2,1,1,0,1,1,0
E,7,4,1,1,0,1,1,0
E,6,1,1,1,0,1,1,0
E,7,5,1,1,0,1,1,0
例3.求图示桁架各杆的轴力.
TITLE,,AAA-3
N,1,1,0
NGEN,4,1,1,1,1,1,0
NGEN,1,5,1,5,1,0,1
E,1,2,1,1,0,1,1,0
EGEN,3,1,1,1
EGEN,1,1,4,5
E,6,1,1,1,0,1,1,0
EGEN,4,9,9,1
E,1,7,1,1,0,1,1,0
E,1,8,1,1,0,1,1,0
E,8,5,1,1,0,1,1,0
E,5,9,1,1,0,1,1,0
NSUPT,1,2,-90,0,0
NSUPT,5,1,0,0
NLOAD,8,1,1,-90
NLOAD,9,-1,2,-90
(注:此题系静定结构,其内力与材料性质无关,故可不输入ECHAR项)
例4.求图示桁架的轴力.
提示:支座约束和结点荷载信息为
NSUPT,1,2,-90,0,0
NSUPT,2,1,0,0
NLOAD,7,1,8,-90
NLOAD,8,1,4,180
NLOAD,5,1,4,180
例5.求图示三铰刚架的内力.
提示:支座约束及斜杆单元的荷载信息为
NSUPT,1,2,-90,0,0
NSUPT,2,2,0,0,0
ELOAD,2,3,9.48682596,0,1,71.565
注:将沿水平线均布荷载(q)变换成沿杆轴线的均布荷载(q )
即q =qcos =10X6 / 40 = 9.48682596
例6.求图示刚架的内力.设EI=1.
TITLE,AAA-6
N,1,0,0
N,2,4,0
N,3,8,0
N,4,4,-4
E,1,2,1,1,1,1,1,1
E,2,3,1,1,1,1,0,1
E,4,2,1,1,0,1,1,1
NSUPT,1,6,-90,0,0,0
NSUPT,3,5,0,0,0
NSUPT,4,4,90,0,0
ECHAR,1,1,-1,1
ECHAR,2,2,-1,2
ECHAR,3,3,-1,1
ELOAD,1,3,30,0,1,90
ELOAD,2,1,50,0.5,90
(注:取EA= ,填-1)
例7.求图示梁的内力和位移 .EI=5X10 KN-M .
TITLE,AAA-7
N,1,0,0
N,2,6,0
N,3,7.5,0
E,1,2,1,1,0,1,1,1
E,2,3,1,1,1,0,0,0
NSUPT,1,3,0,0
NSUPT,2,1,0,0
ECHAR,1 2 -1,5E+04
ELOAD,2,3,16,0,1,90
ELOAD,2,1,20,1,90
例8.求图示铰接排架的内力.
EI = 1, EI = 6
(设横梁的 EI=1,柱子的 EA= )
TITLE,AAA-8
N,1,0,0 NSUPT,1,6,0,0,0,0
N,2,6,0 NSUPT,2,6,0,0,0,0
N,3,16,0 NSUPT,3,6,0,0,0,0
N,4,0,6 ECHAR,1,1,-1,1
N,5,6,6 ECHAR,2,4,-1,6
N,6,6,7 ECHAR,5,6,-1,1
N,7,6,10 ECHAR,7,8,-1,1
N,8,16,10 ELOAD,6,1,20,1/3,90
N,9,16,7
E,1,4,1,1,1,1,1,0
E,2,5,1,1,1,1,1,1
E,3,9,1,1,1,1,1,1
E,5,6,1,1,1,1,1,1
E,6,7,1,1,1,1,1,0
E,9,8,1,1,1,1,1,0
E,4,5,1,1,0,1,1,0
E,7,8,1,1,0,1,1,0
例9.计算图示两层刚架的自振频率和主振型
横梁的均布质量m = m = 15X10 kg/m
柱子的抗弯刚度 EI =1X10 kn.m
设EA =
TITLE,AAA-9
N,1,0,0
N,2,4,0
N,3,0,3
N,4,4,3
N,5,0,6
N,6,4,6
E,1,3,1,1,1,1,1,1
E,3,5,1,1,1,1,1,1
E,2,4,1,1,1,1,1,1
E,4,6,1,1,1,1,1,1
E,3,4,1,1,1,1,1,1
E,5,6,1,1,1,1,1,1
NSUPT,1,6,0,0,0,0
NSUPT,2,6,0,0,0,0
ECHAR,1,4,-1,1E+08,1E-08
ECHAR,5,6,-1,-1,1.5E+04
FREQ,2,1,0.0005
(注:柱子的质量不能填0,可填一个很小的数,如10 )
例10.对图示两跨四层框架结构,分别计算竖向荷载和水平荷载作用下的内力.
各杆的EA、EI值见下表:
框架梁柱计算参数表
截面 弹性模量 惯性矩 EA EI
构件 A=bXh(m ) E(kn/m ) I(m ) (kn) (kn-m )
底层 0.25xX0.5 3X10 0.521X10 0.375X10 1.563X10
梁
其它层 0.25X0.5 2.8X10 0.521X10 0.350X10 1.459X10
底 边柱 0.4X0.4 3X10 0.213X10 0.480X10 0.639X10
层 中柱 0.45X0.45 3X10 0.342X10 0.608X10 1.026X10
柱
其 边柱 0.4X0.4 2.8X10 0.213X10 0.448X10 0.596X10
它
层 中柱 0.45X0.45 2.8X10 0.342X10 0.567X10 0.958X10
TITLE,AAA-10
N,1,0,0 水平荷载作用
N,2,5.0,0 NLOAD，4,1,8.05,0
N,3,10.0,0 NLOAD,7,1,11.17,0
NGEN,1,3,1,3,1,0,4.5 NLOAD,10,1,15.20,0
NGEN,3,3,4,6,1,0,3 NLOAD,13,1,19.10,0
E,1,4,1,1,1,1,1,1 竖向荷载作用
EGEN,2,1,1,1 ELOAD,13,3,19.30,0,1,9
EGEN,3,1,3,3 ELOAD,14,3,19.30,0,1,90
E,4,5,1,1,1,1,1,1 ELOAD,15,3,19.30,0,1,90
E,5,6,1,1,1,1,1,1 ELOAD,16,3,19.30,0,1,90
E,7,8,1,1,1,1,1,1 ELOAD,17,3,19.30,0,1,90
EGEN,2,15,15,3 ELOAD,18,3,19.30,0,1,90
E,8,9,1,1,1,1,1,1 ELOAD,19,3,19.50,0,1,90
EGEN,2,18,18,3 ELOAD,20,3,19.50,0,1,90
NSUPT,1,6,0,0,0,0 NLOAD,4,1,53.79,-90
NSUPT,2,6,0,0,0,0 NLOAD,7,1,53.79,-90
NSUPT,3,6,0,0,0,0 NLOAD,10,1,53.79,-90
ECHAR,1,1,4.8E+06,6.39E+04 NLOAD,6,1,53.79,-90
ECHAR,2,2,6.08E+06,10.26E+04 NLOAD,9,1,53.79,-90
ECHAR,3,3,4.8E+06,6.39E+04 NLOAD,12,1,53.79,-90
ECHAR,4,4,4.48E+06,5.96E+04 NLOAD,5,1,71.97,-90
ECHAR,6,6,4.48E+06,5.96E+04 NLOAD,8,1,71.97,-90
ECHAR,7,7,4.48E+06,5.96E+04 NLOAD,11,1,71.97,-90
ECHAR,9,9,4,48E+06,5.96E+04 NLOAD,13,1,44.08,-90
ECHAR,10,10,4.48E+06,5.96E+04 NLOAD,15,1,44.08,-90
ECHAR,12,12,4.48E+06,5.96E+04 NLOAD,14,1,50.86,-90
ECHAR,5,5,5.67E+06,9.58E+04
ECHAR,8,8,5.67E+06,9.58E+04
ECHAR,11,11,5.67E+06,9.58E+04
ECHAR,13,14,3.75E+06,15.63E+04
ECHAR,15,20,3.50E+06,14.59E+04下载本文
