概念结构力学笔记(解读8爷帖子）

magicnie

前言

      做为一名机械工程师，工作中与结构打交道时间比例最大，曾也苦恼如何在结构概念和细化步骤时如何能提高效率。几年前有幸在论坛看到8爷等一众社友对结构强度校核的帖子，对于当时犹位于黑暗中前行的我而言，无疑是在浩瀚大海中茫然前行时的灯塔。随着对结构书籍阅读量的增多，在工作中也越能得心应手。虽古人云：书读千遍，其意自现，但愚资驽钝，书看得多，总看总忘，每逢做事仍有堵塞之感。最近重复看此前8爷那片帖子，笔记虽多，但仍有未解之处，因此写下此篇笔记，望8爷和各位大侠不吝指正。

帖子链接：结构分析的一点分享 - 灌水区 - 机械荟萃山庄 - Powered by Discuz! (jixietop.top)

一、框架分析笔记

     在第一篇帖子中，对于普通小型的压机类设备的框架结构的分析步骤及内容如下：
1，小压力设备，比如20吨的，常规结构有两种，一种是‘铰接结构’的，就是立柱与横梁是铰接的，另外一种就是‘螺栓立柱贯彻横梁连接’的，铰接的不谈了，现在就谈螺栓贯穿立柱的，
2，一个横梁，两边有两个立柱孔，立柱贯穿过来，螺母锁紧，有油缸在横梁上方的，即所谓‘下压式’，还有油缸在下方，即‘上顶式’的，其实计算是类似的，

笔记思考：
#1  此两点说的是小型压机的设备承载框架，立柱和横梁的连接方式。什么样的连接方式是铰接，什么样的连接方式是刚接？
      在力学和钢结构概念中，节点铰接和固定的区别在于能否传递弯矩，在实际工程的连接方式中，在结构上，横梁和立柱在连接上拉伸应力都能连续传递的连接方式可以初步简化为固定连接（或者说刚性节点），例如常规的H型或者矩形截面，上下翼缘和腹板都能传递应力的连接方式。

#2  螺栓贯穿的连接方式，在结构概念上由于横梁的上下面和腹部的面都被立柱和螺栓约束，可以视为刚性连接

#3  在框架式的结构设备中，框架机架的计算是承重设备的基础，在保证强度和刚度的前提下合理设计立柱和横梁的截面尺寸和结点构造乃是重中之重。在结构力学中，此类结构都划分为刚架结构，单跨刚架为发展多跨和多层的基础，单跨刚架一般可以分为静定和超静定两类，静定结构即为顶部横梁铰结，对于整体框架而言，结点不传递弯矩，因此上部横梁可以按照简支梁进行计算。当刚架为超静定即结点是刚性结点时，由于结点可以传递弯矩，因此结点的功能之一能重新调节横梁和立柱的跨中弯矩及应力分布

3，螺栓贯穿式的，其实就是一个‘反弯曲假设’的问题，会玩这个，就都会了，
4，任何计算，都有假设，没有假设，没法开始最初的环节，就是没法开始，这个也不例外，先假设结构为‘刚性横梁大柔性拉杆结构’，就是横梁的刚性比拉杆的刚性大的多，这样就可以先按‘铰接’处理横梁（先假设横梁是‘大刚度’的，而拉杆是柔性的，这样反力矩对横梁的影响比较小，用转角再反带回来，联立解，就是理论力学与材料力学的结合）

笔记思考：
#1  ”反弯曲假设“是指什么？在材料力学和结构力学中，将刚架上横梁独立出来时都时假设为一个两端固定的二次超静定结构（忽略轴向变形），采用力法则可以简化为两端有多余力偶的简支梁，利用变形协调方程就可以看到横梁的挠度曲线是一个Ω形状，不是直接抛物线，所以这个反弯曲是指节点的挠度的弯曲变化吗？


#2  假设结构为刚性横梁大柔性拉杆结构，为什么这么假设？
     在结构力学中对刚架的基础单跨刚架进行分析时，其主要的分析因素之一就是横梁和立柱的线刚度比（i=EI/L），由于刚性节点的存在，无论是横梁上的垂直载荷或者是立柱上的水平载荷，构件跨中和端部的弯矩都会重新根据刚度比进行重新分配结构承受的总弯矩。在结构中一般遵循谁强谁受力的原则分析，例如在横梁垂直载荷下分析，横梁线刚度增大时，横梁承担弯矩的量会增加，最终趋向于类似简支梁的载荷分布曲线，而相反增加梁柱的线刚度，则横梁的弯矩分布会最终趋向于两端固支的超静定梁。通过对单跨刚架弯矩分配曲线的数学解析，其趋势曲线时类似（1-(x/1+x)的对数曲线，因此刚度比差值在3-5之间都是一个比较合适的分配点。

     在搜索看了一些关于热压机和轧机的框架结构的内力分析和刚度匹配的资料，基本上在理论上做前期计算时，都是先简化为封闭的直角框架（此时是忽略直角部分的应力集中），热压机对于框架刚度匹配优化的目的是减少立柱的变形，保证运动顺畅，因此是采用刚性横梁柔性立柱的模式，多层的刚度比取值2-3.5，单层的取值在4-4.5。

5，对横梁加载，反力在螺栓孔位置，先忽略‘端部反力矩’，得到一个‘上拱度’与端部转角，
6，设端部转角等于孔的‘外倾角度’，用这个角度去套‘拉杆转角’，得到一个反力矩，把这个反力矩套回横梁计算，就是拉力与反力矩的合成计算，得到一个‘欧米伽’图形，用这个再套回‘拉杆转角’，做一个联立解，就可以了，这也是我一直强调要学数学，要学习力学，


笔记思考：
#1  这几部是经典按照独立构件，采用力法解超静定杆件的计算步骤，没啥好说的，我喜欢用位移法，位移法比力法相对简单，在工作中用excel表格做成矩阵很容易就算出来，这也是我喜欢位移法的原因，多框架组合也用弯矩分配法也是很好用


7，再就是精确计算修正，比如油缸座是有面积的，这就是一个‘均载计算’，修正横梁变形，再就是精确计算立柱到底转角多大，


笔记思考：
#1  这个对于不连续载荷的积分计算过程，因为对位移法用的多，当成不连续节点分段解积分就可以了，



#2 ”精确计算立柱转角多少“，这个包涵的意思没有太理解，如何计算，暂时还没找到相关资料看，还请8爷给些信息。但在钢结构节点的学习中，我对于钢结构节点的变形做过一些计算，例如H型钢柱和梁的采用螺纹处理的刚性连接，如何建立模型计算上下翼缘和腹板的变形计算。不知道是否是一样的意思？

8，对于横梁，假如是锻件，计算最大应力不应超过屈服限的0.75 ，对于铸造横梁，不超过0.6，结构就没有问题了，我给人家高速公路系统设计的实验机，脱模器，一直都可以长期使用，就是这么算下来的，也算经验吧，
９，再大些的，机架是焊接的，就像我说的1600吨压机，那个可以按起重机设备的‘门架’计算，就是一个熟练过程了.

###参考资料
针对热压机框架的几个资料，我直接传附件了。

二、框架内角分析笔记

     在8也另外一个帖子，提到框架分析更核心的部分框架内角应力分析，其原话是”大型机架的计算，实际是‘内角计算’，这才是核心，当横梁可能被拉断的时候，其内角早就崩溃了“。此部分的资料逻辑还不清晰，还在看书中，在此标注下，慢慢再更新自己的笔记


[url=]热压机框架的设计理论修正初探.p ...[/url]
[url=]框架式热压机框架的设计计算.pdf ...[/url]

2266998

挺好，基本上道了，哈哈，

你现在，还欠缺‘琢磨’，就是闭眼想，形象与抽象的结合，说例子了，好好听，

大型热压机，都是框架隧道式的，六片架，8片架，10片架，再大，12片架的，

你单独拿出一片架子，把横梁与纵板‘想象切开’可分离，加载之后，横梁是‘上凸起的’，你把变形后的架子组合在一起，一下就恍然大悟，角部是最大应力区，

以前都是手算，拉网格差分，都能解，

你玩到啥时候算通透了？就是徒手绘制应力图，再去按钮，二者对比，看想象与计算机差距有多大，反过来再算，

这是一个例子啊！其它类似，这些东西，核心就是‘思维上道儿了’，

wf2725864

大侠厉害了，希望能多多探讨

波塞冬的信徒

新帖，17:40，在新主题中没刷到，不清楚为什么。
与传统结构力学思考方法，计算方式有明显差异，先Mark，后面交流。

零件工程师

大侠加油，做到侃侃而谈，吃米店，哈哈

ff231

力法位移法弄懂了算个刚架还不简单

波塞冬的信徒

4，5，6的笔记释义，有些不同意见。

1.这是基于位移法的渐进法，不是力法，而且也不是力矩分配法，是力矩迭代法。

2.第4条的假设，力学解释上是强梁弱柱，处理上没问题；
但假如一开始的出发点，铰接就简支，
固结，转角相等，转动刚度，力矩分配系数，就远端传近端，再加固端，平衡，这就有了迭代方程；
至此，把问题交还给数学，
第一次迭代，要赋初值，对于立柱，底部远端赋0，上部固端赋0，横梁自然简支，角位移，是精确解吗？不是，近似解；
第二次迭代，角位移，弯矩，分配，传递，平衡，角位移近似值；
后面迭代走起，收敛条件，弯矩稳定。

3.区别：
力矩分配法，用角位移的概念，但对角位移的具体数值，则漠不关心，一门心思地把不平衡弯矩分配出去，就数学而言，就是野路子；
力矩迭代法，用角位移的概念，要求角位移的具体近似值，分配出去的是弯矩全值，就数学而言，正统的迭代法。

4. 第7条，感觉没那么抽象，就是集中转均布，真要弄分段，分荷载又分截面，卡二定理。

5.焊缝布置与角点应力
焊缝布置，弯矩大小随位置变换，弯矩引起的应力一般是主要应力，看弯矩图，懂的都懂；
角点应力，没算过，梁底柱内，理想截面，将变未变，两正应力合成，不知道对不对。

magicnie

波塞冬的信徒 发表于 2023-3-18 14:06
4，5，6的笔记释义，有些不同意见。

1.这是基于位移法的渐进法，不是力法，而且也不是力矩分配法，是力矩 ...

感谢大侠的分享，有碰撞才有所得，对于大侠的观点我回复下自己的见解

1.这是基于位移法的渐进法，不是力法，而且也不是力矩分配法，是力矩迭代法。

## 对于贴子中说的计算过程，我感觉像是力法中广义力偶变形协调过程，位移法一般假设直接转角，直接利用节点的弯矩和剪力平衡就解出来了，我接触的位移法的过程和帖子中过程不太像，所以才下这个结论。当然我也不一定对。

2.第4条的假设，力学解释上是强梁弱柱，处理上没问题；
但假如一开始的出发点，铰接就简支，
固结，转角相等，转动刚度，力矩分配系数，就远端传近端，再加固端，平衡，这就有了迭代方程；
至此，把问题交还给数学，
第一次迭代，要赋初值，对于立柱，底部远端赋0，上部固端赋0，横梁自然简支，角位移，是精确解吗？不是，近似解；
第二次迭代，角位移，弯矩，分配，传递，平衡，角位移近似值；
后面迭代走起，收敛条件，弯矩稳定。

## 在我所接触的结构设计里面，我觉得基本上都是迭代法的思路进行设计，一般肯定是先简化选择初步尺寸再进行反向验证。对于8爷压机的刚性横梁柔性拉杆的假设，我其实刚开始是没有理解为什么要这么假设，目的是什么，后面看了些压机的资料才理解。我的概念里面对于刚架结构，主要是理解 梁柱刚度比对整个刚架而言会有什么影响，然后才是哪种影响才是我需要的，那么我就怎么调整。对于这个迭代过程而言本身只是各个截面尺寸组成的数学公式解算。

3.区别：
力矩分配法，用角位移的概念，但对角位移的具体数值，则漠不关心，一门心思地把不平衡弯矩分配出去，就数学而言，就是野路子；
力矩迭代法，用角位移的概念，要求角位移的具体近似值，分配出去的是弯矩全值，就数学而言，正统的迭代法。

## 力矩分配法只是一种变相的运用方法，其本质来源还是针对不同结构，不同端点（固支，简支，弹性，滑动等）等状态下弯矩分配状态的直接运用，其根基也还是数学结果的体现，不理解为啥说是野路子，结构计算有很多漂亮的解法，我觉得就是一些近似解析解的简化运用吧

4. 第7条，感觉没那么抽象，就是集中转均布，真要弄分段，分荷载又分截面，卡二定理。

5.焊缝布置与角点应力
焊缝布置，弯矩大小随位置变换，弯矩引起的应力一般是主要应力，看弯矩图，懂的都懂；
角点应力，没算过，梁底柱内，理想截面，将变未变，两正应力合成，不知道对不对。

## 对于这里的精确理解还不是很纯熟，我现在看的书籍比如 陈绍蕃的钢结构设计原理这类书籍里面着重梁柱的设计，对于节点都是按照拉伸应力和剪切应力的组合计算。对于框架直角应力集中系数的这块的研究确实不多，只是有概念而已，我传一篇资料，大侠可以看看



[url=]Analysis of crack initiation i ...[/url]
[url=]Analysis of crack initiation i ...[/url]