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首页 第7章 土木工程结构模型试验

第7章 土木工程结构模型试验.ppt

第7章 土木工程结构模型试验

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2019-06-12 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《第7章 土木工程结构模型试验ppt》,可适用于工程科技领域

第章土木工程结构模型试验概述土木工程结构模型试验是在试验规模、试验场所、设备容量、和试验经费等各种条件的受限制的条件下以结构的缩尺或相似模型为研究对象来研究结构工作性能的。缩尺模型缩尺模型实质上是原型结构缩小几何尺寸的试验代表物它不须遵循严格的相似条件可选用与原型结构相同的材料并按一般的设计规范进行设计和制造。相似模型相似模型要求满足比较严格的相似条件即要求满足几何相似、力学相似和材料相似。它是用适当的绍尺比例和相似材料制成在模型上施加相似力系使模型受力后重演原型结构的实际工作状态最后根据相似条件由模型试验的结果推演原型结构的工作性能。土木工程结构模型试验的特点:、经济性好。、针对性强。、数据准确。建筑结构模型试验主要应用范围:.代替大型结构试验或作为大型结构试验的辅助试验。.作为结构分析计算的辅助手段。.验证和发展结构设计理论。模型设计相似原理、相似的概念这里所讲的相似是指模型和实物相对应的物理量的相似它比通常所讲的几何相似概念更广泛些。所谓物理现象相似是指除了几何相似之外在进行物理过程的系统中在相应的时刻第一过程和第二过程相应的物理量之间的比例应保持常数。下面简略介绍和结构性能有关的几个主要物理量的相似。相似常数相似定理:第一相似定理:彼此相似的现象单值条件相同其相似准数的数值也相同。单值条件的因素:系统的几何特性、介质或系统中对所研究现象有重大影响的物理参数、系统的寝状态、边界条件等。第二相似定理:某一现象各物理量之间的关系方程式都可以表示为相似准数之间的函数关系。第三相似定理:现象的单值条件相似并且由单值条件导出来的相似准数的数值相等是现象彼此的充分和必要条件。相似条件的确定方法如果模型和真型相似则它们的相似常数之间必须满足一定的组合关系这个组合关系称为相似条件。在进行模型设计时必须首先根据相似原理确定相似指标或相似条件。确定相似条件的方法有方程式分析法和量纲分析法两种。方程式分析法用于物理现象的规律己知并可以用明确的数学物理方程表示的情况。量纲分析法则用于物理现象的规律未知不能用明确的数学物理方程表示的情况。方程式分析法概念:是指研究现象中的各物理量之间的关系可以用方程式表达时可以用表达这一物理现象的方程式导出相似判据。量纲分析法量纲的概念:被测量的种类称为这个量的量纲。量纲的概念是在研究物理量的数量关系时产生的它是区别量的种类而不区别量的不同度量单位。量纲分析法是根据描述物理过程的物理量的量纲和谐原理寻求物理过程中各物理量间的关系而建立相似准数的方法。在量纲分析中有二个基本量纲系统:绝对系统和质量系统。常用的物理量的量纲表示法见表。常用的物理量的量纲表示法表物理量质量系统绝对系统物理量质量系统绝对系统长度LL面积二次矩LL时间TT质量惯性矩MLFLT质量MFLT表面张力MTFL力MLTF应变温度θθ比重MLTFL速度LTLT密度MLFLT加速度LTLT弹性模量MLTFL角度泊松比角速度TT动力粘度MLTFLT角加速度TT运动粘度LTLT压强、应力MLTFL线热胀系数θθ力矩MLTFL导热率MLTθFTθ能量、热MLTFL比热LTθLTθ冲力MLTFT热容量MLTθFLθ功率MLTFLT导热系数MTθFLTθ量纲间的相互关系:.两个物理量相等是指不仅数值相等而且量纲也要相同。.两个同量纲参数的比值是无量纲参数其值不随所取单位的大小而变。.一个完整的物理方程式中各项的量纲必须相同因此方程才能用加、减并用等号联系起来。这一性质称为量纲和谐。.导出量纲可和基本量纲组成无量纲组合但基本量纲之间不能组成无量纲组合。.若在一个物理方程中共有n个物理参数x,x,x,x……xn和k个基本量纲则可组成(nk)个独立的无量纲组合。无量纲参数组合简称“π数”。模型材料与选用适用于制作模型的材料很多但没有绝对理想的材料。因此正确地了解材料的性质及其对试验结果的影响对于顺利完成模型试验具有决定性的意义。模型试验对模型材料的基本要求.保证相似要求.保证量测要求.保征材料性能稳定不因温度、湿度的变化而变化.保正加工制作方便常用的几种模型材料.金属.塑料.石膏.水泥砂桨.细石混凝土思考题.相似原理有哪几个相似定理举例说明相似第一定理、相似第二定理的性质。.相似常数、相似准数、相似指数有何联系与区别.什么是基本量纲什么是导出量纲它们之间有什么关系几何相似如果模型上所有方向的线性尺寸均按实物的相应尺寸用同一比例常数确定则模型与原型的几何尺寸相似。几何相似用数学形式可表达为:例如:对于一矩形截面模型和原型结构的面积比、截面抵抗矩比和惯性矩比分别为:根据变形体系的位移、长度、和应变之间的位移的相似常数为:质量相似:在结构的动力问题分析中要求结构的质量分布相似即模型与原型结构对应部分质量成比例。对于具有分布质量的部分用质量密度ρ表示更为合适质量密度相似常数为:由于模型与原型对应部分质量之比为Sm体积之比为质量密度相似常数为:荷载相似模型所有位置上作用的荷载与原型在对应位置上的荷载方向一致大小成同一比例称为荷载相似。用公式表达为:集中荷载相似常数:线荷载相似常数:面荷载相似常数:弯矩或扭矩相似常数:重量分布的相似常数:物理相似:物理相似要求模型与原型的各相应点的应力和应变、刚度和变形间的关系相似。刚度相似常数为:时间相似:对于结构的动力问题在随时间变化的过程中要求结构模型和原型在对应的时刻进行相比较要求相对应的时间成比例时间的相似常数为St。边界条件相似:要求模型和真型在与外界接触的区域内的各种条件保持相似即要求支承条件相似、约束条件相似以及边界受力情况相似。模型的支承条件和约束条件可以由与真型结构构造相同的条件来满足与保证。初始条件相似:在动力问题中为了保证模型与真型的动力反应相似要求初始时刻运动的参数相似。运动的初始条件包括初始位置、初始速度和初始加速度等。模型上的速度、加速度与原型的速度和加速度在对应的位置和对应的时刻保持一定的比例并且运动的方向一致则称为速度和加速度相似。

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