结构力学自由组合实验装置实验研究
结构力学 课堂笔记
第一章绪论一、教学内容结构力学的基本概念和基本学习方法。
二、学习目标∙了解结构力学的基本研究对象、方法和学科内容。
∙明确结构计算简图的概念及几种简化方法，进一步理解结构体系、结点、支座的形式和内涵。
∙理解荷载和结构的分类形式。
在认真学习方法论——学习方法的基础上，对学习结构力学有一个正确的认识，逐步形成一个行之有效的学习方法，提高学习效率和效果。
三、本章目录§1-1 结构力学的学科内容和教学要求§1-2 结构的计算简图及简化要点§1-3 杆件结构的分类§1-4 荷载的分类§1-5 方法论(1)——学习方法(1)§1-6 方法论(1)——学习方法(2)§1-7 方法论(1)——学习方法(3)§1-1 结构力学的学科内容和教学要求1. 结构建筑物和工程设施中承受、传递荷载而起骨架作用的部分称为工程结构,简称结构。
例如房屋中的梁柱体系，水工建筑物中的闸门和水坝，公路和铁路上的桥梁和隧洞等。
从几何的角度，结构分为如表1.1.1所示的三类:2. 结构力学的研究内容和方法结构力学与理论力学、材料力学、弹塑性力学有着密切的关系。
理论力学着重讨论物体机械运动的基本规律，而其他三门力学着重讨论结构及其构件的强度、刚度、稳定性和动力反应等问题。
其中材料力学以单个杆件为主要研究对象，结构力学以杆件结构为主要研究对象，弹塑性力学以实体结构和板壳结构为主要研究对象。
学习好理论力学和材料力学是学习结构力学的基础和前提。
结构力学的任务是根据力学原理研究外力和其他外界因素作用下结构的内力和变形，结构的强度、刚度、稳定性和动力反应，以及结构的几何组成规律。
包括以下三方面内容：(1) 讨论结构的组成规律和合理形式，以及结构计算简图的合理选择；(2) 讨论结构内力和变形的计算方法，进行结构的强度和刚度的验算；(3) 讨论结构的稳定性以及在动力荷载作用下的结构反应。
结构力学实验报告15篇
结构力学实验报告15篇第一篇：结构力学实验报告1结构力学实验报告结构力学实验报告班级 12土木2班姓名学号结构力学实验报告实验报告一实验名称在求解器中输入平面结构体系一实验目的1、了解如何在求解器中输入结构体系2、学习并掌握计算模型的交互式输入方法；3、建立任意体系的计算模型并做几何组成分析；4、计算平面静定结构的内力。
二实验仪器计算机，软件：结构力学求解器三实验步骤图2-4-3 是刚结点的连接示例，其中图2-4-3a 中定义了一个虚拟刚结点和杆端的连接码；各个杆端与虚拟刚结点连接后成为图2-4-3b 的形式，去除虚拟刚结点后的效果为图2-4-3c 所示的刚结点；求解器中显示的是最后的图2-4-3c。
图2-4-4 是组合结点的连接示例，同理，无需重复。
铰结点是最常见的结点之一，其连接示例在图2-4-5 中给出。
这里，共有四种连接方式，都等效于图2-4-5e 中的铰结点，通常采用图2-4-5a 所示方式即可。
值得一提的是，如果将三个杆件固定住，图2-4-5b~d 中的虚拟刚结点也随之被固定不动，而图2-4-5a 中的虚拟刚结点仍然存在一个转动自由度，可以绕结点自由转动。
这是一种结点转动机构，在求解器中会自动将其排除不计①。
结点机构实际上也潜存于经典的结构力学之中，如将一个集中力矩加在铰结点上，便可以理解为加在了结点机构上（犹如加在可自由转动的销钉上），是无意义的。
综上所述，求解器中单元对话框中的“连接方式”是指各杆端与虚拟刚结点的连接方式，而不是杆件之间的连接方式。
这样，各杆件通过虚拟刚结点这一中介再和其他杆件间接地连接。
这种处理的好处是可以避免结点的重复编码（如本书中矩阵位移法中所介绍的），同时可以方便地构造各种结构力学实验报告复杂的组合结点。
另外，在定义位移约束时，结点处的支座约束也是首先加在虚拟刚结点上，再通过虚拟刚结点施加给其他相关的杆端。
N,1,0,0 解输入后的结构如图2-4-6b所示，N,2,0,1 命令数据文档如下，其中左边和右N,3,1,1 边分别为中、英文关键词命令数据N,4,1,0 文档。
结构力学教学中的静力学平衡实验解析学生如何通过实验来验证静力学平衡条件
结构力学教学中的静力学平衡实验解析学生如何通过实验来验证静力学平衡条件结构力学教学中的静力学平衡实验解析结构力学是土木工程领域中的重要学科，它主要研究力学平衡条件在结构设计与分析中的应用。
静力学平衡实验作为结构力学教学的一部分，旨在通过实验验证静力学平衡条件的准确性。
本文将探讨学生如何通过实验来验证静力学平衡条件，并从实验过程中分析学生可能遇到的问题和解决方法。
实验装置和原理在进行静力学平衡实验时，学生通常会使用一个简单的实验装置，比如悬臂梁或平衡器。
实验的基本原理是根据力的平衡条件，检验物体在一个封闭系统中是否处于平衡状态。
一般来说，实验装置会包括一个水平平台和一个悬挂物体。
学生需要调整悬挂物体的位置，使得系统达到平衡。
实验中常用的工具有测力计和角度测量仪，用来测量悬挂点的力和角度。
通过对这些力和角度的测量，学生可以计算出系统中各个力的大小和方向，并验证静力学平衡条件是否满足。
实验步骤和分析在进行静力学平衡实验时，学生应按照以下步骤进行操作：1. 准备实验装置：确保实验装置稳定，并调整好其位置。
2. 安装测力计和角度测量仪：将测力计和角度测量仪安装在实验装置上，用来测量重力和悬挂物体的角度。
3. 测量力和角度：分别使用测力计和角度测量仪来测量各个悬挂点的力和角度。
记录下这些数据。
4. 计算力的合力：根据测得的各个悬挂点的力，计算出力的合力。
合力应为零，即满足力的平衡条件。
5. 计算力的杠杆力矩：根据测得的角度和力的大小，计算出各个力的杠杆力矩。
通过比较杠杆力矩的大小和方向，学生可以验证杠杆力矩的平衡条件。
通过以上实验步骤和分析，学生可以验证结构体系是否处于静力学平衡状态。
如果结果符合预期，说明结构体系在力的作用下能够保持平衡。
如果结果不符合预期，学生应重新检查实验装置的设置和测量数据的准确性，并排除实验过程中可能存在的错误。
问题与解决方法在进行静力学平衡实验时，学生可能会遇到以下问题，并提出相应的解决方法：1. 实验装置不稳定：如果实验装置不稳定，可能会对实验结果产生影响。
《结构力学》实验课程——结构数值仿真-实验指导书(全套完整版)
《结构力学》实验课程结构数值仿真实验实验教学指导书土木工程学院结构实验中心《结构力学》结构仿真实验指导书1.实验内容对《结构力学》课程中静定结构、超静定结构的内力、位移计算和结构影响线的基础上，采用结构数值的计算方法，通过计算软件完成同一结构的仿真分析，并将两种计算结果进行对比，找到数值分析方法和《结构力学》基本求解方法的差异，并对电算原理进行初探性学习。
2.实验目的1）锻炼学生计算分析能力，激发学生的学习兴趣；2）通过仿真试验可拓展专业课的教学空间,激发学生学习兴趣,增加教与学的互动性,使学生更多地了解复杂结构的试验过程,从而更深刻地理解所学《结构力学》课程内容。
3）通过数值仿真计算和《结构力学》中解析法(力法、位移法等)，验证所学结构力学方法的正确性；4）对电算原理及有限元理论有初步认识，并开始初探性学习；3.实验要求计算机，安装有MIDAS/civil等有限元计算软件。
预习指导书和数值计算仿真过程录像。
二、实验指导内容每个学生必须掌握的主要内容有：1、连续梁结构仿真分析；2、桁架结构仿真分析；3、框架结构仿真分析；4、影响线及内力包络图分析。
三、实验报告要求1、每人一个题目，完成结构的《结构力学》的手算计算，手算计算需要详细，要求手写在实验报告之中；2、在完成上述手算工作后，进行结构数值仿真计算，描述重要操作过程；3、结构数值仿真计算结果打印在实验报告之中；4、将结构数值仿真计算结果与《结构力学》手算结果进行对照，误差分析；初级课程: 连续梁分析概述比较连续梁和多跨静定梁受均布荷载和温度荷载（上下面的温差）时的反力、位移、内力。
3跨连续两次超静定3跨静定3跨连续1次超静定图 1.1 分析模型➢材料钢材: Grade3➢截面数值 : 箱形截面 400×200×12 mm➢荷载1. 均布荷载 : 1.0 tonf/m2. 温度荷载 : ΔT = 5 ℃ (上下面的温度差)设定基本环境打开新文件，以‘连续梁分析.mgb’为名存档。
自由组合叠合梁实验创新课程设计
创新课程设计（组合梁弯曲应力的应变片粘贴及测试）学校：班级：10机41学号：姓名：指导老师：自2012年12月24日至2013年1月4日前言 (3)第一章设计目的 (4)第二章主要内容 (5)第三章理论知识 (6)3.1简支梁 (6)3.2 纯弯曲 (6)3.3两梁叠合 (7)第四章实验内容 (8)4.1主要设备 (8)4.2应变片工作原理 (8)4.3实验原理 (9)4.4实验步骤 (12)第五章结果分析 (22)5.1 试件尺寸及材料属性 (22)5.2 理论知识 (23)5.3实验数据 (24)5.4 误差分析 (26)第六章设计小结 (28)第七章参考文献 (29)创新课程设计是每个大学生检验自己理论知识的一种能力测试，是一种能力的拓展。
通过创新课程设计，我们可以将各种理论知识融会贯通，也可以在原先的基础上弥补自己知识的残缺，更可以掌握更先进的理论知识。
总之，开展创新课程设计对于我们是十分有利的。
我们这两个星期的课程设计是通过实验的方式来检验叠合梁理论结果与实验结果的差距，同时分析叠合梁与整体梁在受同样大小力时各个点应力的不同。
本课题主要是利用材料力学知识对组合梁的理论计算公式的推导，通过1/4桥进行应力的测试。
总之，本课题对提高学生的理论知识与工程实践相结合的能力以及分析、解决工程问题的能力、动手能力有很大的帮助和重要意义。
第一章设计目的在工程实际中，梁是一种常见的构件，有时为了加固梁，采用上下叠合的方式，从而形成叠合梁或称为组合梁或者复合梁，准确的说，由两种或两种以上的材料所构成的梁，称为组合梁（复合梁）。
梁的叠合方式不同对梁的应力和抗裂性有很大的影响，因此叠合方式的恰当选择显得尤为重要。
在工程结构或机械中，为保证其正常工作，构件应有足够的能力负担起应当承受的载荷。
因此应当满足一下要求：（1）强度要求在规定载荷作用下的构件不应破坏。
（2）刚度要求在载荷作用下，构件即使有足够的强度，但若变形过大，仍不能正常工作。
结构力学实验 指导书
结构力学实验指导书一、课程性质和任务结构力学实验课程是《结构力学》课程的重要实践教学环节，是由基础理论过度到专业实践的重要基础课程。
通过该课程的学习，要求学生对结构构件的力学特性有明确的认识，熟悉基本概念、必要的基础知识，具备一定的分析能力和初步的实验能力。
二、教学目的及要求通过该实验课程，使学生亲自动手操作，以达到熟悉仪器、验证和巩固一般结构性能的过程。
要求学生掌握梁、刚架、桁架等结构的受力特点。
三、实验内容：结构模型制作1、制作模型材料：A0标准绘图纸、普通胶水和一般针线三种材料，若超出范围算不合格模型。
2、实验内容：结构模型设计和制作。
模型设计包括模型材料及连接试验、模型设计计算书；模型制作需参赛者提前制作，比赛时带成品进行现场加载试验。
3、作品要求：作品应力求有创造性，贴近实际，结构合理，制作精巧。
完整的作品包括以下部分：①模型设计说明书。
a、模型设计说明书封面；b、方案的构思、可行性分析；c、模型三面透视图、效果图；d、结构制作图，包括主要构件、结点详图，并注明详细尺寸、材料。
②结构模型（实物）。
模型制作需符合设计制作要求并与说明书一致，如修改模型，要求同时修改说明书。
4、模型制作工具美工刀、剪刀，铅笔，60cm直尺﹑三角尺﹑圆规，大头针﹑大头钉若干（需参赛者自行准备）5、模型技术要求：（1）模型设计所需信息①、模型加载台不提供水平力限制，加载台的支点（中心）跨径为700mm，加载台支点平面离地面净空可调节，最小净空1200mm,最大净空1500mm；②、模型长度不小于100mm，模型横向宽度满足加载要求即可；③、模型加载点的标高不能低于支承点平面标高。
（2）模型设计要求①、各参赛队自由选择结构模型；②、提供制作的相关结构模型的设计书，设计书提交后不得再予更改；③、结构模型计算跨径为700mm(支点跨径),宽度不超过200mm,高度限制为150mm—300mm；④、凡经评委现场检验认定，参赛模型用材超出指定材料，一律取消比赛资格。
结构力学实验报告
《结构力学》实验报告学院名称资源与安全工程学院专业班级城地专业11级 02班学生学号学生姓名郑孙斌指导老师李江腾、樊玲2013年 1月 11日目录一、实验指导书 (1)二、实验任务书 (2)三、实验名称 (2)四、实验目的 (4)五、实验步聚 (4)（1）确定单榀刚架的计算单元 (5)（2）选取平面刚架的计算简图 (5)（3）荷载计算 (5)（4）上机操作 (7)（5）输出电算实验数据 (10)六、分析实验结果 (18)七、上机操作输出图 (19)一. 《结构力学实验》指导书（一）学时与学分：实验学时：6 ；实验学分：0.5（二）实验教材：1. 《结构力学》周竞欧主编同济大学出版社2. 《结构力学实验》指导书蒋青青编3. 《PK用户手册及技术条件》中国建筑科学研究院PKPM CAD工程部（三）实验课的任务、性质与目的：实验教学是理论联系实际、培养学生实验技能和实践能力的重要教学环节。
根据城市地下空间工程专业本科培养方案和教学计划安排，结构力学是一门与工程设计密切相关的重要学科，《结构力学实验》课为三性实验（综合性、设计性、研究性）。
通过该实验课的教学，要求学生掌握结构力学的手工计算方法和电算方法，使学生熟悉结构力学电算的基本原理；正确分析结构的传力途径和准确计算作用在结构上的荷载；学会使用结构CAD系列软件PKPM中的PK计算软件来分析平面杆件结构内力和位移的实际操作步骤和方法；了解结构力学在地下空间工程中的用途，培养学生综合运用所学理论知识解决地下结构实际工程问题的动手技能和初步具备设计能力，为今后学习《混凝土结构》、《地下建筑结构》等专业课程打下一定的基础。
（四）实验项目名称：结构力学电算方法。
（五）仪器设备：在计算机房进行实验，每人一台计算机，采用中国建筑科学研究院编制的《微机结构CAD系统软件PKPM系列》中的PK平面刚架计算软件进行实验。
（六）实验方式与基本要求：1、任课教师讲清实验的基本原理、方法及要求。
结构力学实验报告
结构力学实验报告结构力学实验报告一、引言结构力学是工程学科中的重要分支，研究物体在受力作用下的变形和破坏规律。
本实验旨在通过实验手段，研究材料的力学性质，探讨结构力学的基本原理。
二、实验目的1. 了解力学性质测试的基本原理和方法；2. 掌握常用的结构力学实验仪器的使用方法；3. 分析和评价材料的力学性能。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：选用了常见的金属材料，如铝合金和钢材等；2. 实验仪器：拉伸试验机、压缩试验机、扭转试验机等。
四、实验步骤1. 拉伸试验：将铝合金和钢材试样固定在拉伸试验机上，逐渐增大载荷直至试样断裂，记录拉伸过程中的载荷和变形数据。
2. 压缩试验：将铝合金和钢材试样放置在压缩试验机中，逐渐增加载荷直至试样破坏，记录压缩过程中的载荷和变形数据。
3. 扭转试验：将铝合金和钢材试样装入扭转试验机，施加扭矩，记录扭转过程中的载荷和变形数据。
五、实验结果与分析1. 拉伸试验结果：根据实验数据绘制应力-应变曲线，分析试样的屈服点、极限强度和断裂点等力学性能指标。
2. 压缩试验结果：根据实验数据绘制应力-应变曲线，分析试样的屈服点、极限强度和破坏形态等力学性能指标。
3. 扭转试验结果：根据实验数据绘制扭转力矩-扭转角度曲线，分析试样的扭转刚度和破坏形态等力学性能指标。
六、实验讨论1. 对比不同材料的实验结果，分析其力学性能的差异；2. 探讨不同实验方法对材料性能的影响；3. 分析实验结果与理论计算值的差异，并探讨可能的原因。
七、结论通过对不同材料进行拉伸、压缩和扭转试验，我们得到了它们的力学性能数据，并进行了分析和讨论。
实验结果表明，不同材料在受力作用下表现出不同的变形和破坏行为，力学性能也有所差异。
本实验为我们深入了解结构力学提供了实际的数据支持，并为工程设计和材料选用提供了参考依据。
八、实验总结通过本次实验，我们掌握了结构力学实验的基本原理和方法，熟悉了常用的结构力学实验仪器的使用。
实验过程中，我们还发现了一些问题和不足之处，例如实验数据的测量误差和试样制备的不均匀性等。
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结构力学自由组合实验装置实验研究
摘要：介绍了研制的结构力学自由组合实验装置，利用该装置进行了平面静定
刚架受力分析和超静定结构力法计算原理验证实验。
结果表明，实验数据与理论
值较为接近。
本装置以及所完成的实验能够反映结构的力学特点和说明结构力学
计算原理，为结构力学实验课提供了一套可靠的装置。
关键词：结构力学，实验装置，超静定结构，计算原理
《结构力学》在整个土木工程课程体系中处于承上启下的核心地位。
传统
《结构力学》课程是没有实验内容的，尽管有些高校引入了电算的内容，但大多
数教学活动仍是以理论教学为主。
当前用人单位往往青睐那些有扎实的基础知识、较强的实践动手能力和创新意识浓厚的毕业生。
这也符合卓越工程师教育培养计
划的要求[1-2]。
为此，结构力学课程需要开设实验课程，培养学生的动手能力、
创新能力和项目设计能力[3]。
2010年，国家级教学名师哈尔滨工业大学王焕定教授提出了“实验结构力学”思想。
近几年，哈尔滨工业大学在逐步开设了结构力学
实验课程。
在此背景下，盐城工学院土木工程学院在江苏省品牌专业的建设过程中，根
据住建部新的评估标准，学习相关院校的经验并考虑到学校自身发展实际，进行
了结构力学实验课程的建设，研制开发自由组合实验装置并进行了实验研究。
一、实验装置设计
实验装置由 3 部分组成，为实验构件部分、加载部分和采集部分。
（1）实验构件部分由外部框架、水平凹形槽板、多功能杆件、连接加固件和各型支座组成。
（2）加载部分有两种加载方法，其一是外购的圆饼砝码配合砝码挂钩加载，其
二是拉压传感器配合蜗轮蜗杆手动加载，另外还设计了定向滑轮，可满足水平向
荷载的加载要求。
（3）采集部分由外购钢筋应变片、位移计和数据采集仪等组成。
实验装置总装实物图如图 1所示。
图1 实验装置总装实物图
外部框架可自由拆装，左右两侧各有两片竖向立柱，可以用于固定可以上下
移动的连续凹形槽板；在外部框架的前后两侧各设置两块水平凹形槽板，用于放
置支座，水平凹形槽板可以上下升降；多功能杆件部分设计成一种可铰接和可固
结的基本杆件；连接加固件包含与杆件、支座的连接及其加强措施；各型支座设
计有固定铰支座、固定端支座、活动铰支座等。
二、自由组合实验装置实验
分别设计了2组实验，对平面静定刚架受力实验和超静定结构力法的计算原
理进行验证。
通过观测应变值和位移值，绘制出结构弯矩图，验证了组合实验装
置的准确性与可靠性，验证了力法的计算原理。
（一）平面静定刚架实验
设计了一个基本的三铰式刚架结构，中间铰处施加集中力F=75N.选定了 8 个
应变片测点，位置如图2中所示的竖线所示，每个应变片测点分别在杆件截面上
下两侧的中心位置粘贴应变片。
实验结构设计示意图如图2所示。
图2结构设计示意图
实验采用正向单调分级加载，使用饼型砝码，分为三级，每级为一个砝码即2.5kg。
根据结构力学静定平面刚架分析方法，本组实验刚架弯矩实验结果如图3
和图4所示。
通过实验计算可得，结构中测点1、4、5、8 弯矩值分别为
0.72N•m、0.54 N•m、0.66 N•m和-0.64 N•m，弯矩值很小，几乎可以忽略不计，
与理论较接近，故不考虑。
测点2、3分别在刚结点的两侧，比较其实测值与理
论值如图3所示，根据所有数据绘制出弯矩分布图如图4，括号内是由结构力学
方法计算的理论值。
图3测点2和测点3点的弯矩值
图4刚架弯矩图
从图3可以看出测点2和3的弯矩值几乎完全重合，且均略大于理论值。
图
4表明测点2、3、6、7的弯矩实测值均比较接近理论值，每个测点最大误差率分
别为5.13%、7.61%、9.9%、4.43%，实验效果良好。
（二）、超静定结构力法计算原理验证实验
本组实验设计了一个较为简单的一次超静定结构，共选定了4个应变片测点
和4个位移测点。
图5结构示意图中所示的竖线为应变片测点、*形为位移测点。
图6为结构实物图。
实验步骤：1）对超静定结构进行逐级加载，测出各级所有测点的位移值和应变值，如图5所示；2）解除右端约束，建立基本结构。
在基本结构上施加和超
静定情况一样的荷载，测量位移值与应变值；3）在保持基本结构不变的情况下
在右端约束处慢慢施加反力，使得右端约束处位移慢慢接近并最终和原超静定结
构右端约束位置重合，此时读出约束处的荷载值并记录应变值与位移值。
实验采
用正向单调分级加载，使用饼型砝码，分为三级，每级为一个砝码即2.5kg。
图5结构设计示意图
图6 结构实物图
3个步骤的实验结果绘制于图7。
根据力法原理，步骤3）基本结构在原有荷
载与多余未知力共同作用下，在多余未知力方向发生与原结构相同的位移时，基
本结构的内力与变形应与原结构相同。
从图7可以看出，步骤3）的结果与步骤1）结果几乎完全重合，验证了力法原理的思路。
图8绘出了原结构实验弯矩与
力法理论值图，括号内是由力法计算的理论值，两者非常接近。
图7 测点弯矩值
图8超静定梁弯矩图
三、结语
本文介绍了开发的一套自由组合实验装置，讨论了平面静定刚架受力分析和
超静定结构力法计算原理验证的实验研究，实验结果与结构力学计算所得理论值
非常接近，说明了力法的计算原理。
该装置亦设计有刚臂，也能进行位移法原理
的验证。
所设计的装置装卸简单，可以自由组合形成多种结构，也可以让学生自
主设计结构，能够加深学生对结构力学概念和原理的理解，培养学生的动手能力。
参考文献：
[1]孙威，刘永军，倪伟宁. 高校开设结构力学实验课的探索与实践[J]．长春教育学院学报，2013，29（21）：79-80．
[2]周臻，陆金钰，尹凌峰，缪志伟. 面向卓越土木工程师培养的结构力学教学
改革与实践[J]. 高等建筑教育，2012，（04）：74-77.
[3]贾程.结构力学教学中工程实践能力的培养[J].山西建筑，2013，39（36）：266-268.
作者简介：贾程（1981-），男，博士，副教授。
基金项目：江苏高校品牌专业建设工程资助项目，盐城工学院教研规划子课题（JY2015B22-04）。