Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Численные методы решения задач строительства на ЭВМ..pdf
Скачиваний:
45
Добавлен:
15.11.2022
Размер:
16.27 Mб
Скачать

могут входить такие конструктивные элементы, как стержни, пластины и оболочки различной формы, массивные тела. Использование матриц требует дискретизации расчетной схемы. С этой точки зрения матричная формулировка задачи особенно удобна при расчете стержневых систем, для которых дискретная расчетная схема является наиболее естественной.

Удобство представления конструкции дискретной расчетной схемой при использовании ЭВМ привело к тому, что эту схему распространили и на расчет континуальных систем типа пластин, оболочек и массивных тел. Широкая реализация этой идеи привела к методу конечных элементов (глава 7), который появился в начале пятидесятых годов XX столетия. Примерно в это же время активно стала внедряться матричная форма расчета.

Поясним смысл матричных операций на простейших задачах строительной механики.

1.5.1.Матрицы влияния внутренних сил

Врасчетах стержневых систем нас всегда интересует связь между внешними стами, действующими на систему, и внутренними устиями, возникающими в отдельных сечениях или элементах конструкции.

Для линейно деформируемых систем справедлив принцип независимости действия сил (суперпозиции) и любое внутреннее усилие Sh (в /-м сечении или элементе конструкции) от действия нескольких нагрузок Р/, Р2, ..., Р„ может быть представлено в виде алгебраической суммы усилий от каждой нагрузки Р, в отдельности:

Si= snPi+si2P2 +... + sinP„.

(1.Ю)

Поскольку, по правилам линейной алгебры произведение строки на столбец равно алгебраической сумме попарных произведений их. элементов, выражение (1.10) можно записать в виде

Sr

(1.10а)

/2

 

Вычисляя внутренние усилия в нескольких (т) сечениях или элементах от действия той же группы внешних нагрузок Р/, Р2, Р,„ можно записать следующие выражения (линейные преобразования):

Я. -ДцР, + s n P2 +••• +*1,Л

= S2\P\ + S22^2 +”■+ S2nP„

S m =

+Sm2^2 + ... + s nmP„-

J

Здесь s,j представляют собой усилия, возникающие i -м сечении от силы Pj=1.

Эти же уравнения также могут быть записаны в виде

~ S \

 

^11

S n

s \n

 

 

 

 

s 2

 

S 2 \

S 22

S 2„

P 2

 

 

=

 

 

X

A

.

_Sm\

Sm 2

c

A .

 

Более краткая запись этой же системы уравнений:

S = Ls Р

(1.116)

Таким образом, формулы (1.10), (1.11) являются различными формами записи линейного преобразования вектора нагрузки Р в вектор внутренних усилий S . Матрица этого преобразования Ls называется матрицей влияния внутренних сип и является полной характеристикой линейного преобразования (1.11 б).

Составление этой матрицы эквивалентно решению в общем виде задачи вычисления внутренних усилий (изгибающих

моментов М, поперечных сил Q, продольных сил N) в заданной конструкции от нагрузки заданного вида.

Пример 1.4. Построим матрицу влияния изгибающих моментов в

консольной балке от сосредоточенной нагрузки (рис. 1.1,я).

T t = r

' Н

=i

:<п»ра.

 

&

загар*

 

2d

>гшрч.М-6

 

3d

 

——1....■■■rJ.»..

эга&рии.

ЛР=1

пл. Мл

П.Е .

Л.Е. М^,

3d

. Л.Е.М,

Рис. 1.1. К построению матрицы влияния изгибающих моментов в балке

Поделив пролет / на три равные части длиной с/, построим эпюры изгибающих моментов, прикладывая единичную силу последовательно в сечениях 1,2, 3 и 4 (рис. 1.1,я).

Поскольку элементы sy матрицы влияния Lw - это усилия, возникающие в /-м сечении от силы Py=U то первый столбец этой матрицы состоит из ординат единичной эпюры М1г второй —из ординат единичной эпюры М2, третий - из ординат эпюры а четвертый, соответственно, М41т.е. матрица влияния имеет вид

0 1| 2| 3-

0 щ1; 2

L... —d 0 о! о| 1

0 d d 0

Ординаты эпюры Мз

Таким образом, столбцы матрицы влияния представляют собой ординаты эпюр, а строки этой же матрицы являются ординатами линий влияния Ми М2, М3 и М4, соответственно. Это видно из рис. 1.1,б.

Спомощью матрицы влияния можно вычислить внутренние усилия

врассмотренных сечениях от любой вариации приложенных внешних нагрузок.

Пример 1.5. Определим изгибающие моменты при действии на балку нагрузки, показанной на рис. 1.2, а.

О

(N

1 СП

М 2

0

0

1

2

 

 

= d

0

0

1

м

ъ

0

м

А

0

0

0

0

" 0 '

'13'

5

 

6

 

=

d

- 2

 

4

_ 4

_

0

Рис. 1.2.Нагрузки , действующие на балку

Эпюра изгибающих моментов, соответствующая данному случаю, показана на рис. Г.2,б.

Для более сложных конструкций матрицы влияния будут более громоздкими. Однако ход их построения аналогичен. Следует отметить, что если матрица влияния L составлена для нагрузки из сосредоточенных сил, приложенных к сооружению на одной линии, то элементы каждой строки этой матрицы представляют собой ординаты соответствующих линий влияния.

При расчетах сложных систем на ЭВМ это можно использовать для получения линий влияния 5/ по точкам.

В строительной механике часто решаются взаимно обратные задачи. Например, наряду с задачей вычисления

изгибающих моментов М (или других внутренних усилий S ) от

нагрузки можно поставить задачу вычисления сил Plt Л?,-.-, Рп