结构力学的分支领域及主要研究内容

🌐 分支学科🔍 主要研究内容
🧱 结构静力学研究静荷载作用下的内力与变形,是所有结构分析的基础。

🧱 结构静力学应用实例
桥梁设计与评估:如悬索桥、斜拉桥的静载分析,用于确定主梁和索的内力分布。
建筑物抗风设计:高层建筑在静风荷载下的变形与应力分析(风洞模拟不属于静力范围)。
机械臂结构优化:焊接机器人手臂在静态工作状态下的受力分析。
电梯框架分析:对电梯支撑结构进行静力仿真,评估其承载能力(不可忽略轿厢的动荷载)。
结构动力学分析动荷载作用下结构随时间变化的应力与变形,识别与优化结构的动力特性。

⚡结构动力学应用实例
地震响应分析:高层建筑在地震波作用下的模态分析与时程响应。
桥梁振动控制:分析车辆通过桥梁时的冲击响应,优化减振设计。
风振分析:如电视塔、烟囱等高耸结构在风荷载下的谐响应分析。
机械设备振动评估:如风力发电机组的模态频率分析。
🌀 结构稳定性探讨失稳机制与临界载荷,包括整体/局部、分支点/极值点失稳分类。

🌀结构稳定性应用实例
薄壁钢结构失稳分析:如钢结构厂房在轴向荷载下的整体与局部失稳评估。
航天器壳体稳定性:火箭壳体在轴向压缩下的屈曲分析。
高层建筑风致失稳:分析风荷载引起的侧向屈曲。
💔 结构断裂与疲劳裂纹形成、扩展与结构寿命分析,涉及疲劳破坏与剩余强度评估

🧨 结构断裂与疲劳应用实例
飞机机翼裂纹扩展分析:评估飞行循环中裂纹的稳定扩展与寿命预测。
桥梁疲劳寿命评估:如钢桥在交通荷载下的疲劳破坏分析。
压力容器裂纹评估:核电站容器在高温高压下的断裂力学分析。
🎯 结构可靠度分析用概率处理各种不确定性问题,建立结构安全的量化评价体系。

🎯 结构可靠度分析应用实例
核电站结构可靠性评估:考虑材料不确定性与荷载变异性。
桥梁可靠度设计:基于概率模型评估桥梁在极端荷载下的安全性。
建筑抗震可靠度分析:结合地震动随机性进行结构安全性量化。
🧮 结构优化设计按目标(最轻、最强、最省)优化设计,涉及尺寸、形状与拓扑优化方法。

🧠 结构优化设计应用实例
飞机翼梁拓扑优化:在满足强度约束下实现最轻结构设计。
建筑结构成本优化:在满足变形与承载要求下最小化材料用量。
机械零件尺寸优化:如齿轮、支架等在受力条件下的尺寸参数优化。
🧩 非线性结构力学 材料、几何与接触的非线性问题建模,复杂受力过程分析与约束处理。

🧩 非线性结构力学应用实例
桥梁大变形分析:如拱桥在活载作用下的几何非线性响应。
钢结构塑性铰形成分析:用于极限承载力评估。
接触非线性分析:如齿轮啮合、门窗密封结构的接触力学仿真。