| 词条 | 矩阵位移法 |
| 释义 | § 基本原理 矩阵位移法 是运用矩阵计算内力和位移的方法,是结构矩阵分析方法中的一种，其基本未知数是结点位移。由于矩阵位移法较矩阵力法更适宜编制通用的计算程序，因而得到了更为广泛的应用。 正文 结构矩阵分析方法首先把结构离散成有限数目的单元，然后再合成为原结构，因而也属于有限元法。矩阵位移法常用的单元形式为一直杆。对于曲杆，如拱结构，虽然也可取曲杆作为单元,但单元分析较烦,为简化起见，可将它化成折线来处理，每一直线段作为一单元。当单元承受非结点荷载时，可用等效结点荷载代替。其方法是将单元间的分界结点作为固端求出固端反力，然后反其向作用在结点上。 根据结构变形后要满足几何方面的相容条件（变形条件）,结点位移矩阵与杆端位移矩阵之间存在关系式 ＝ (1)式中表示对的变换矩阵。 杆端位移矩阵与杆端力矩阵之间的关系式为 ＝m (2)式中m称为未装配结构的刚度矩阵，它等于各单元刚度矩阵(i) 作为子块的对角矩阵。 其元素可直接按结点单位位移引起的反力而求得。由于单元坐标并不一定是整体结构坐标，因而求得的单元刚度矩阵(i) 需通过坐标变换转化为整体坐标下的单元刚度矩阵。 根据结点作用力与汇交于该结点的杆端力保持平衡关系，可以得到杆端力与结点作用力的关系式为 ＝ (3)式中为杆端力矩阵 对结点作用力矩阵 的变换矩阵。根据虚功原理，可得＝T。 根据上面三式，可以得到 ＝K (4) K＝Tm (5)式(5)K称为已装配结构的刚度矩阵或整体刚度矩阵。 通过式(5)获得总刚度矩阵K的方法称为刚度法。因为位移变换矩阵的阶数相当高，运算中须占大量的存贮单元,因而在组合整体刚度矩阵时,常采用直接把单元刚度矩阵的元素输送到K中的直接刚度法，该方法是将各单元中相同脚标的元素直接相加而组成整体刚度矩阵。在单元刚度矩阵中，对于近端结点刚度矩阵系数kjj，由于汇集于该结点j的所有单元都可作出贡献,因而在整体刚度矩阵中可有若干项相加,即，为汇集于j结点的所有单元。由于它不必通过式(5)进行计算,运算方便,因此其应用比刚度法更为广泛。 由于支座约束方向的结点位移通常为零或为已知值，因而可将全部结点位移分为两部分,一部分是不受支座约束的位移r,另一为沿支座约束方向的结点位移R。由此(4)式变成 展开上式得 (7) (8)当R＝0时(7)式变成: r=Krr (7′)式中Kr 为已装配结构相应不受支座约束的位移的刚度矩阵，实际上即为一般位移法基本方程中的系数矩阵K，该矩阵亦可直接按柔度矩阵求逆而得到。而r即为一般位移法基本方程的自由项矩阵(一般位移法中,K与在方程同一边,因而r与差一符号)。因而(7′)式即为位移法基本方程的矩阵表达式。 根据(7)或(7′)式即可求出r。再由(1)、(2)式即可求得杆端力，实际杆端力a应再叠加单元上非结点荷载引起的固端力f。第i单元的实际杆端力应为 a(i)＝(i)(i)+f(i) (9) 矩阵位移法计算杆端力的步骤为：①划分单元，求出等效结点荷载；②求单元刚度矩阵(i),并转换为整体坐标的单元刚度矩阵;③由(5)式或直接刚度法求出整体刚度矩阵K；④求出Kr和r；⑤由(7′)式求出结点位移r，再由(1)、(2)式求出杆端力，实际杆端力应再叠加f， 即由(9)式确定。 § 配图 § 相关连接 |
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