课程名称:船舶结构力学课程**:01228(理论)
第一部分课程性质与目标。
一、 课程性质与特点。
本课程研究的主要对象是船体结构中的杆件、杆系和板的弯曲及稳定性,系统地阐述了结构力学中的基本理论与方法---力法、位移法及能量原理。是高等教育自学考试船舶与海洋工程专业的一门重要专业基础课。
二、 课程目标与基本要求。
本课程的目标:学生通过该课程的学习,掌握结构力学的基本理论和方法,应用它们来解决船体结构中典型结构(杆系和板的弯曲及稳定性)的强度计算分析。还能处理一般工程结构中类似的力学问题。
本课程基本要求:
1. 掌握建立船体结构计算图形的基本知识。
2. 掌握单跨梁的弯曲理论。
3. 掌握力法的基本原理和应用。
4. 掌握位移法和矩阵位移法的基本原理和应用。
5. 掌握能量原理及其应用。
6. 了解有限单元法的基本概念和解题过程。
7. 掌握矩形薄板的弯曲理论。
8. 掌握杆及板的稳定性概念,解答和应用。
9. 了解薄壁杆件扭转的基本概念。
10.该课程理论性强,力学概念较难建立,涉及数学知识较多,学习和掌握有一定的困难。相比较而言,单跨梁的弯曲理论和板的弯曲理论是本课程的基本基础。力法,矩阵位移法,能量法部分偏重于原理和方法在结构分析中的应用。
自学过程中应按大纲要求仔细阅读教材,切实掌握有关内容的基本概念、基本原理和基本方法。学习过程中遵循吃透原理、掌握计算方法、看懂教材例题,完成部分习题。不懂的地方要反复学,前、后联系起来学,要克服浮燥心理,欲速则不达,慢工出细活。
从而达到学懂、学会、学熟,及应用它们来解决实际结构计算。
三、与本专业其他课程的关系。
本课程是船舶与海洋工程专业的一门专业基础课,该课程应在修完学科基础课和相关的专业基础课后进行学习。
先修课程:高等数学,理论力学,材料力学,船体结构与海洋工程制图。
后续课程:船体强度与结构设计。
第二部分考核内容与考核目标。
第1章绪论。
一、 学习目的与要求。
本章是对船舶结构力学总述性的概述。通过对本章的学习,明确船舶结构力学的内容与任务,是为了解决船体强度问题,结构力学研究的是船体结构的静力响应,即内力与变形,以及受压结构的稳定性问题。学习和掌握结构力学的基本原理与方法,经典的力法、位移法及能量原理。
对船体结构及其简化成相应的力学计算图形有深刻的理解。
二、 考核知识点与考核目标。
一) 船舶结构力学的内容与任务(重点)
识记:船体强度的内容,船舶结构力学的内容。
理解:船舶结构力学与船体强度的联系。
应用:分析船体强度与变形及其他问题。
二) 船体结构的计算图形(重点)
识记:计算图形,典型的船体结构计算图形(人工计算:四种。计算机计算:空间杆系结构和板、梁组合结构。)
理解:船体结构计算图形简化的内涵和简化过程。
应用:实际船体结构简化为与计算方法相应的计算图形。
第2章单跨梁的弯曲理论。
一、学习目的与要求。
本章是结构力学的理论基础。通过对本章的学习,应掌握三类梁的弯曲微分方程的建立及其通解,着重掌握梁的支座和边界条件,着重掌握梁的弯曲要素表和叠加原理的灵活应用。
二、考核知识点与考核目标。
一)梁的弯曲微分方程式及其通解(重点)
识记:梁,单跨梁,梁的挠曲线,符号规定,平衡条件,等截面直梁的弯曲微分方程式。梁的弯曲要素,梁端的弯曲要素,初参数法,梁的挠曲线通用方程式。
理解:梁的微段上弯曲要素间的微分关系。理解通用方程式(2-8)
应用:通用方程式(2-8)
二) 梁的支座和边界条件(重点)
识记:边界条件的概念,自由支持,刚性固定,弹性支座,弹性固定端,柔性系数,刚性系数的含义。
理解:不同的支座用相应的边界条件来表达,支座和边界条件的内涵。
应用:利用边界条件和通用方程(2-8),来求解相应的单跨梁挠曲线方程及其他弯曲要素。
三) 梁的弯曲要素表及其应用(重点)
识记:弯曲要素表的应用,叠加原理,叠加求弯曲要素时的技巧。
理解:叠加原理解题的全过程,叠加法画弯矩图和剪力图。
应用:利用弯曲要素表和叠加原理,求解各种形式的单跨梁的弯曲要素,并画出弯矩图和剪力图。
四) 梁的复杂弯曲(重点)
识记:复杂弯曲的定义,复杂弯曲的微分方程式,初参数解,挠曲线通用方程式,辅助函数。
理解:复杂弯曲时剪力与挠度的微分关系与梁在横力弯曲时是不同的。复杂弯曲时梁的弯曲要素表及叠加原理应用的条件。轴向力对梁弯曲要素的影响。
应用:求解复杂弯曲梁的弯曲要素,为板的弯曲作理论准备。
五) 弹性基础梁的弯曲(次重点)
识记:弹性基础梁的定义,弹性基础的刚性系数,弯曲微分方程式,初参数解,普日列夫斯基函数,循环微分关系及特殊数值,挠曲线通用方程式,辅助函数。
理解:弹性基础梁弯曲时的弯曲要素表及叠加原理应用的条件。弹性基础对梁弯曲要素的影响。
应用:求解弹性基础梁的弯曲要素,为某些工程结构物简化为弹性基础梁的弯曲作理论准备。一根舷侧纵桁多根肋骨组成的舷侧结构的算例。
第3章力法。
一、学习目的与要求。
力法是计算超静定结构的最基本的经典方法。通过对本章的学习,应掌握超静定结构的组成和超静定次数的确定,力法的基本原理及典型方程。并应用力法来解决各类典型结构的计算,例如:
刚性支座上连续梁与不可动节点简单刚架的计算,对某些结构简化出弹性支座与弹性固定端,弹性支座上连续梁的计算,简单板架的计算等等。
二、考核知识点与考核目标。
一) 超静定结构的组成与超静定次数的确定(重点)
识记:静定结构,超静定结构,多余联系,多余约束力,超静定结构的几何组成特征,静力特征。超静定次数,确定超静定次数的基本方法。
理解:同一超静定结构可用不同的方法去掉多余联系得到不同的静定结构。
应用:对各种结构判定其超静定次数。
二) 力法的基本原理及典型方程(重点)
识记:力法的基本结构,变形协调条件,力法的基本原理,力法方程组,主系数、副系数的特点和内涵。
理解:力法方程组的建立,形成力法方程组的一般规律。
应用:用力法解超静定结构。
三) 刚性支座上连续梁与不可动节点刚架(重点。
识记:刚性支座上连续梁,三弯矩方程,刚架,简单刚架,复杂刚架,不可动节点刚架,不可动节点简单刚架。
理解:结构和载荷的对称性的利用。特殊结构和载荷的连续梁可简化为单跨梁。
应用:用三弯矩方程解连续梁和简单刚架。
四) 弹性支座与弹性固定端的实际概念(重点)
识记:弹性支座与弹性固定端的实际概念,简化的条件。
理解:利用弹性支座与弹性固定端的定义得到柔性系数。
应用:读懂教材例题,能对某些具备简化条件的结构进一步简化。
五) 弹性支座上连续梁计算(次重点)
识记:弹性支座上连续梁,五弯矩方程。
理解:此类问题要考虑支座处的挠度。
应用:解简单的弹性支座上的连续梁。
六) 简单板架计算(一般)
识记:主向梁,交叉构件,板架。
理解:载荷的传递,相交节点挠度相等条件。
应用:简单板架计算。
第4章矩阵位移法。
一、学习目的与要求。
本章介绍了位移法的基本原理,还介绍了矩阵位移法及其应用。解决大型杆系结构问题,位移法比力法更具有优势。通过对本章的学习,掌握位移法的基本原理,建立位移法的典型方程。
在此基础上,把位移法分析杆系结构的全过程以矩阵形式表达,形成矩阵位移法,借助计算机编程计算可解大型杆系结构的力学分析问题。要求学生着重掌握位移法的基本原理。了解矩阵位移法计算杆系结构的一般步骤。
二、考核知识点与考核目标。
一) 位移法(重点)
识记:位移法的概念,位移法的基本原理,位移法典型方程,基本未知量,固端剪力,固端弯矩。
理解:弯曲杆元的刚度方程,刚度系数,主系数、副系数的涵义。
应用:对简单结构采用位移法计算。
二) 矩阵位移法概述(次重点)
识记:把位移法变为矩阵位移法,节点位移向量(列矩阵),杆端力向量,弯曲杆元的刚度矩阵。结构坐标系,杆元坐标系。节点的自由度数,矩阵位移法主要包括的内容。
理解:节点的位移分量(自由度数),为什么要两套坐标系,支座约束的处理问题。
应用:把结构化为矩阵位移法计算图形(理解图4-12)
三) 杆元分析(次重点)
识记:基本杆元,刚度矩阵的性质,组合变形杆元,杆元固端力,理解:刚度矩阵的性质,由基本杆元合并成组和变形杆元。
应用:各种杆元在杆元坐标系中的刚度方程,刚度矩阵。
四) 编号约定与杆元定位向量(一般)
识记:结构节点未知位移向量,杆元定位向量。
理解:为什么需要杆元定位向量。
应用:看懂图4-20,能对计算结构进行处理。
五) 坐标转换(一般)
识记:坐标转换关系,力和位移的坐标转换,杆元刚度矩阵的坐标转换。
理解:为什么要坐标转换。
六) 整体装配(一般)
识记:结构节点平衡方程组,结构刚度矩阵,结构节点外载荷向量。
理解:结构刚度矩阵的性质。
七) 弹性约束、强迫位移处理(一般)
识记:弹性约束、强迫位移的处理方法。
理解:为什么这样处理。
八) 杆元内力计算、矩阵位移法计算杆系结构的一般步骤(一般)
识记:杆元内力计算,矩阵位移法解题的一般步骤。
理解:式(4-32)。
应用:看懂肋骨刚架和板架计算的例题。
第5章能量原理。
一、学习目的与要求。
本章是变形固体力学的能量原理。通过对本章的学习,应掌握应用能量原理来计算各种杆系结构,为结构有限单元分析方法打下理论基础。
二、考核知识点与考核目标。
一) 应变能和余能(重点)
识记:应变能,线弹性情况杆件应变能的计算公式,拉(压)、扭、弯、剪应变能,弹性支座和弹性固定端应变能。非线性弹性体的应变能计算。余能,余能的计算。
理解:应变能的物理意义,余能的几何意义。
应用:三维弹性体的应变能计算。
二) 虚位移原理及其应用(重点)
识记:虚位移,虚功,虚变形,虚应变能,虚位移原理,虚位移原理的表达式。位能驻值原理,位能驻值原理的表达式。应变能原理,卡氏第一定理。
理解:虚位移原理,位能驻值原理,应变能原理。卡氏第一定理及其适用的条件。
应用:上述原理特别是卡氏第一定理的应用。
三)虚力原理及其应用(重点)
识记:虚力,虚余功,虚余能,虚力原理,虚力原理的表达式。余位能驻值原理,余位能驻值原理的表达式。应力能原理,卡氏第二定理,最小余能定理,卡氏最小功定理。
理解:虚力原理。卡氏第二定理和卡氏最小功定理适用的条件。
应用:卡氏最小功定理及卡氏第二定理的应用。
四) 李兹法(重点)
识记:位能驻值原理的近似解法,李兹法解题步骤。
理解:李兹法所取基函数必须满足的条件,为什么。
应用:李兹法解题。
第6章平面应力问题的有限单元法。
船舶结构力学01228理论
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