文档介绍：结构设计中的力学和构造基本原理
昆明市建筑设计研究院
2008年7月16日
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力学分析中需要考虑的三种条件
1、平衡条件:遵守经典物理世界运动基本原理, 牛顿三大运动定律
2、物理条件: 本构关系(应力应变等)
3、几何条件:几何构成、变形协调
4、边界条件
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平衡条件
1、不受外力作用的物体,永远将保持静止或匀速直线运动。
牛顿第三运动定律:F=ma
2、物体处于静止状态的必要条件,所受合力为零:
F=0
3、动力学平衡条件:达朗贝尔原理
F-ma=0
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结构处于平衡的条件
1、截取任一结构部件,作用于其上的荷载的合力
在任一方向上均为零。
2、据此,力学分析可以采用任意坐标系(但坐标
分量需要相互独立),力系合成和分析可以在
任意方向上进行。
3、满足平衡条件要求的内力,不一定是结构所受
的真实内力。故满足力学平衡条件条件。只是结构
真实内力的必要条件。
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物理条件(本构关系)
1、在经典物理世界,任何物质的运动均遵守牛顿三大运动定律。但各种介质表现出来的物理现象千差万别,主要原因在于介质的本构关系不同。
2、一般地,本构关系大体可以归于两类:
1) 麦氏(麦克斯威尔)体
2)开氏(开尔文)体
详细可参考:《辛弹性力学》(中国科学技术大学出版社)或者粘弹性力学方面的教材。
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固、液体的界定
1、传统认识中的这两类物质,其性状与荷载作用于其上的时间密切相关。
2、任何物质都有蠕变和松弛特性,但各种物质的松弛时间各不相同。(Maxwell)
3、举例:水下核爆炸、地质变迁
4、现代力学统一将流体和固体称之为流变体。
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松弛和蠕变的力学定义
松弛:材料在固定位移加载情况下,其应力随时间而减下的现象。
蠕变:材料在固定应力荷载作用下,其应变随时间而增加的现象。
上述两种非线性现象,还与与温度、应力水平等因素有密切关系。
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松弛时间
松弛时间:定义为材料实际应力减小为初始应力的37%时,所需要的时间。
几种典型材料的松弛时间:
1、坚硬岩石:
2、水:
3、沥青:
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传统固、液体力学的部分共性
1、两者动力学均遵守经典力学中的质量守恒和牛顿三大运动定律。它们的动力学平衡控制方程在形式上完全相同。
两种物质遵守相同的客观运动物理规律
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1、在荷载作用时间很长的情况下,固体可能表现出液体的性状,
2、而当荷载作用时间足够短时,液体也可表现出固体的性状。
3、在荷载作用下,两者都会表现出平衡分叉现象,也可认为是混沌现象。
固体力学中的失稳:稳定分叉
流体力学中的湍流:不稳定分叉
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