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向量式结构力学(向量式有限元)
第5次开课
开课时间: 2023年05月22日 ~ 2023年09月04日
学时安排: 1-2小时每周
当前开课已结束 已有 1114 人参加
立即自学
往期不提供结课证书,想参加下学期课程, 点击这里预约>>
课程详情
课程评价(64)
spContent=向量式理论是探讨固体结构行为的一个分析概念。以该理论为基础,可以用简单而系统化的程序对结构做广义的模拟。该理论适用于不同的结构形式(桁架、刚架、固体和板壳等)以及复杂的力学行为(大变形、大变位、材料性质变化、断裂和坍塌等),应用范围广,分析步骤简单,应用性强。
向量式理论是探讨固体结构行为的一个分析概念。以该理论为基础,可以用简单而系统化的程序对结构做广义的模拟。该理论适用于不同的结构形式(桁架、刚架、固体和板壳等)以及复杂的力学行为(大变形、大变位、材料性质变化、断裂和坍塌等),应用范围广,分析步骤简单,应用性强。
—— 课程团队
课程概述


向量式理论是结构行为分析的一个创新概念。此法为求解大变形、大变位、碰撞、倒塌等力学行为应运而生。以此理论为基础,可以用简单而系统化的程序对结构做实境模拟,通过计算,预测结构的复杂行为。本课程重点在于诠释向量式理论的基本概念和分析步骤。


自2009年本课程第一次在浙江大学开设以来,向量式结构力学已被成功应用于空间结构、大跨桥梁、高层建筑、输电塔线等结构的行为分析。相信本课程可以帮助更多土木工程领域的科技工作者、研究生与本科生了解和掌握这一新方法,并以此作为新工具进行创新性的科学研究和实际工程难题的解决。


本课程可供结构力学、结构动力学、地震工程、风工程等学科领域的研究人员和高等院校土木工程、机械工程、航空航天专业的教师、研究生以及高年级本科生参考。


教学内容包含:视频、教学资料(PPT教案、参考资料等)、题库。

1. 讲课视频

本课程共包含十章,划分为60讲,每讲时长约10分钟。

2. 教学资料

教学资料包括课程教学演示文稿、课程典型题目求解过程及MATLAB程序代码和参考文献等,将以PDF文档格式上传。

3. 题库

每一章内容都附有一组题目,用以课程中的随堂测验、课堂讨论、单元测验及单元作业、考试等教学环节。

授课目标

1. 了解向量式有限元的发展历史、基本原理、特点和优势。

2.  掌握平面和三维轴力及弯曲杆件结构的向量式力学求解方法及其复杂行为分析方法,如大变形、大位移、弹塑性、断裂、接触等。

3. 利用计算机语言撰写向量式有限元分析程序,实现上述结构的复杂行为分析和全过程模拟。

课程大纲

绪论 向量式有限元简介

0.1 向量式力学的发展历程

0.2 向量式力学与传统方法的区别

0.3 典型复杂问题示例

绪论 单元测验

第一章 三个基本概念

1.1 向量式力学的分析目的

1.2 点值描述

1.3 途径单元

1.4 虚拟的逆向运动

第一章 单元测验

第二章(上) 刚性轴力杆件结构

2.1 刚性轴力杆件求解

第二章(下)刚性轴力杆件结构

第二章(轴力杆件结构)单元作业

2.2 几个基本假设和迭代方法

2.3 综合讨论

第二章(轴力杆件结构)单元测验

第三章 柔性轴力杆件结构

3.1 基本理论

3.2 计算步骤

3.3 例题(一)

3.4 例题(二)

第三章 单元作业

第四章 轴力杆件结构的形态变化

4.1 求解方法

4.2 应用算例

第四章 单元作业

第五章 三维空间轴力杆件结构

5.1 处理方法和步骤(上)

5.2 处理方法和步骤(下)

5.3 例题(一)

5.4 例题(二)

第五章 单元作业

第六章(上) 平面弯曲杆件结构

6.1 途径单元与点运动公式

6.2 逆向运动与纯变形

6.3 变形函数与节点内力

6.4 等效节点外力

6.5 点质量计算

第六章(下) 平面弯曲杆件结构

6.6 再论:向量式有限元与传统有限元的区别

6.7 例题(一)

6.8 例题(二)

6.9 例题(三)

第六章 单元作业

第七章 平面弯曲杆件结构的形态变化

7.1 悬臂梁的大弯曲问题

7.2 粱的断裂与碎块运动

7.3 接触问题

第七章 单元作业

第八章(一) 三维空间弯曲杆件结构

8.1 结构体系的运动公式

8.2 杆件元的主轴方向

8.3 杆件元的变形

第八章(二) 三维空间弯曲杆件结构

8.4 节点内力和弯矩

8.5 等效空间点外力和力矩

8.6 空间点质量及点惯性矩

8.7 弯曲元在平面上的运动

第八章(三) 三维空间弯曲杆件结构

8.8 例题(一)

第八章(四) 三维空间弯曲杆件结构

8.9 例题(二)

第九章 向量式结构力学应用范例

9.1 应用范例

9.2 后续学习

展开全部
预备知识


本课程的学习者应当已经学习过材料力学和结构力学,对结构的矩阵计算或有限元步骤有一些基本的认识。


学习过程中,将编写小型的计算程序并做简单的动画绘图,需要一定的数学计算及编程基础。


证书要求

为积极响应国家低碳环保政策, 2021年秋季学期开始,中国大学MOOC平台将取消纸质版的认证证书,仅提供电子版的认证证书服务,证书申请方式和流程不变。

 

电子版认证证书支持查询验证,可通过扫描证书上的二维码进行有效性查询,或者访问 https://www.icourse163.org/verify,通过证书编号进行查询。学生可在“个人中心-证书-查看证书”页面自行下载、打印电子版认证证书。

 

完成课程教学内容学习和考核,成绩达到课程考核标准的学生(每门课程的考核标准不同,详见课程内的评分标准),具备申请认证证书资格,可在证书申请开放期间(以申请页面显示的时间为准),完成在线付费申请。

 

认证证书申请注意事项:

1. 根据国家相关法律法规要求,认证证书申请时要求进行实名认证,请保证所提交的实名认证信息真实完整有效。

2. 完成实名认证并支付后,系统将自动生成并发送电子版认证证书。电子版认证证书生成后不支持退费。


参考资料


[1]丁承先段元锋吴东岳著 向量式结构力学. 北京科学出版社, 2012. ISBN 978-7-03-033181-6. 

 

[2] Ting E.C., Shih C., Wang Y.K. Fundamentals of a Vector Form Intrinsic Finite Element: Part I. Basic procedure and a plane frame element. Journal of Mechanics, 2004, 20(2):113-122.

 

[3] Duan Y.F. (段元锋), Tao J.J., Zhang H.M.Wang S.M.Yun C.B., Realtime hybrid simulation based on Vector Form Intrinsic Finite Element and Field Programmable Gate Array, Structural Control and Health Monitoring, 2018, e2277.

 

[4] Yuan X.F., Chen C., *Duan Y.F. (段元锋), Qian R.J. Elastoplastic analysis with fine beam model of Vector Form Intrinsic Finite Element. Advances in Structural Engineering, 2018, 21(3):365-379.

 

[5] Duan Y.F. (段元锋), Wang S.M., *Wang R.Z., Wang C.Y., Shih J.Y., Yun C.B. Vector Form Intrinsic Finite-Element Analysis for train and bridge dynamic interaction.” Journal of Bridge Engineering, 2018, 23(1):04017126.

 

[6] Lien K.H., Chiou Y.J., Wang R.Z.  et al. Vector Form Intrinsic Finite Element analysis of nonlinear behavior of steel structures exposed to fire. Engineering Structures, 2010, 32(1):80-92.

 

[7] Duan Y.F.(段元锋), He K., Zhang H.M., Ting E.C., Wang C.Y., Chen S.K., Wang R.Z. Entire-process simulation of earthquake-induced collapse of cable-stayed bridges by Vector Form Intrinsic Finite Element (VFIFE) method. Advances in Structural Engineering, 2014, 17(3):347-360.

  

[8] Duan Y.F.(段元锋), Wang S.M., *Wang R.Z., Wang C.Y., Ting E.C. Vector Form Intrinsic Finite Element based approach to simulate crack propagation”, Journal of Mechanics, 2017, 33(6):797-812.

 

[9] Duan Y.F.(段元锋), Chen, Q.Y., Zhang H.M. CNN-based Damage Identification Method of Tied-Arch Bridge Using Spatial-Spectral Information. Smart Structures and Systems, 2019, 23(5): 507-520. 

 

[10] Duan Y.F. (段元锋), Wang S.M., and *Yau J.D. (2019). “Vector form intrinsic finite element method for analysis of train-bridge interaction problems considering the coach-coupler effect.” International Journal of Structural Stability and Dynamics, 19(2), 1950014. 

 

[11] Wang S.M., Yau J.D.,*Duan Y.F. (段元锋), Ni Y.Q. Wan H.P., Wu S.K. and Ting E.C. (2020). “Prediction of Crosswind-Induced Derailment of Train-Rail-Bridge System by Vector Mechanics.” Journal of Engineering Mechanics, 146(12): 04020132. 

 

[12] Zhang H.M., Shan Y.F., *Duan Y.F. (段元锋), Yun C.B., and Liu S. (2020). “Vector mechanics-based simulation of large deformation behavior in RC shear walls using planar four-node elements.” Structural Engineering and Mechanics, 74(1): 1-18. 


常见问题

Q :  本课程的配套教材是什么?

A :  由丁承先段元锋、吴东岳所著的,由科学出版社于2012年出版的《向量式结构力学》,ISBN 978-7-03-033181-6。

浙江大学
2 位授课老师
段元锋

段元锋

教授

章红梅

章红梅

教授

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