结构力学求解器使用指南.docx

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结构力学求解器使用指南

之宇文皓月创作

结构力学求解器（使用指南）结构力学求解器（SMSolverofWindows）是一个关于结构力学分析计算的计算机软件,

其功能包含求解平面杆件结构（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

Windows98/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,然后按提示操纵

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,即可使用该求解器.

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.单元资料性质

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（叛变）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（叛变）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（叛变）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.上机操纵步调

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"保管"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SMSolver!

"

点"取消"或'确定",重新进入SMSolver;

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,即可选定和显示分歧的内力图;

15.逐层单击题目栏右边的"关闭"按钮,当显示:

"此命令将结束本次SMSolver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=3.12X10KN,EI=4.16X10KN-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,1,0,0NSUPT,1,2,-90,0,0

N,2,2,0NSUPT,5,1,0,0

N,3,4,0ECHAR,1,9,1,1

N,4,6,0ELOAD,1,3,1,0,1,90

N,5,8,0ELOAD,2,3,1,0,1,90

N,6,2,-2ELOAD,3,3,1,0,1,90

N,7,6,-2ELOAD,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,其内力与资料性质无关,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=5X10KN-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,12-1,5E+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,1,0,0NSUPT,1,6,0,0,0,0

N,2,6,0NSUPT,2,6,0,0,0,0

N,3,16,0NSUPT,3,6,0,0,0,0

N,4,0,6ECHAR,1,1,-1,1

N,5,6,6ECHAR,2,4,-1,6

N,6,6,7ECHAR,5,6,-1,1

N,7,6,10ECHAR,7,8,-1,1

N,8,16,10ELOAD,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=15X10kg/m

柱子的抗弯刚度EI=1X10kn.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:

柱子的质量不克不及填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EAEI

构件A=bXh（m）E（kn/m）I（m）（kn）（kn-m）

底层0.25xX0.53X100.521X100.375X101.563X10

梁

其它层0.25X0.52.8X100.521X100.350X101.459X10

底边柱0.4X0.43X100.213X100.480X100.639X10

层中柱0.45X0.453X100.342X100.608X101.026X10

柱

其边柱0.4X0.42.8X100.213X100.448X100.596X10

它

层中柱0.45X0.452.8X100.342X100.567X100.958X10

TITLE,AAA-10

N,1,0,0水平荷载作用

N,2,5.0,0NLOAD，4,1,8.05,0

N,3,10.0,0NLOAD,7,1,11.17,0

NGEN,1,3,1,3,1,0,4.5NLOAD,10,1,15.20,0

NGEN,3,3,4,6,1,0,3NLOAD,13,1,19.10,0

E,1,4,1,1,1,1,1,1竖向荷载作用

EGEN,2,1,1,1ELOAD,13,3,19.30,0,1,9

EGEN,3,1,3,3ELOAD,14,3,19.30,0,1,90

E,4,5,1,1,1,1,1,1ELOAD,15,3,19.30,0,1,90

E,5,6,1,1,1,1,1,1ELOAD,16,3,19.30,0,1,90

E,7,8,1,1,1,1,1,1ELOAD,17,3,19.30,0,1,90

EGEN,2,15,15,3ELOAD,18,3,19.30,0,1,90

E,8,9,1,1,1,1,1,1ELOAD,19,3,19.50,0,1,90

EGEN,2,18,18,3ELOAD,20,3,19.50,0,1,90

NSUPT,1,6,0,0,0,0NLOAD,4,1,53.79,-90

NSUPT,2,6,0,0,0,0NLOAD,7,1,53.79,-90

NSUPT,3,6,0,0,0,0NLOAD,10,1,53.79,-90

ECHAR,1,1,4.8E+06,6.39E+04NLOAD,6,1,53.79,-90

ECHAR,2,2,6.08E+06,10.26E+04NLOAD,9,1,53.79,-90

ECHAR,3,3,4.8E+06,6.39E+04NLOAD,12,1,53.79,-90

ECHAR,4,4,4.48E+06,5.96E+04NLOAD,5,1,71.97,-90

ECHAR,6,6,4.48E+06,5.96E+04NLOAD,8,1,71.97,-90

ECHAR,7,7,4.48E+06,5.96E+04NLOAD,11,1,71.97,-90

ECHAR,9,9,4,48E+06,5.96E+04NLOAD,13,1,44.08,-90

ECHAR,10,10,4.48E+06,5.96E+04NLOAD,15,1,44.08,-90

ECHAR,12,12,4.48E+06,5.96E+04NLOAD,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