幾條結構力學知識分享
1. 結構是通過組織材料将力從一個地方傳遞到另一個地方。
2. 力是一個矢量,矢量就有方向。所以力可以有兩種傳遞的方式,一種是沿着力的矢量方向傳遞;另一種是沿着力的法線方向傳遞。承擔這兩種傳遞方式的構件通常分别稱為柱(受軸力)和梁(受剪力、彎矩)。
3. 梁的目的是要将力水平傳遞到支座,即隻希望産生橫向的剪力,但是有一個定理叫“剪力互等定理”。橫向剪力就是力傳遞過程的一種體現,當橫向剪力到達支座時,梁的使命就完成了。但這個過程中還産生了縱向剪力,縱向剪力進而産生了彎矩,而且縱向剪力是随着力傳遞的距離累積的。可以說彎矩是梁搬運力時産生的一個副作用,我們一直在做的就是想辦法克服這個副作用。
4. 從力傳遞的角度來說,簡支梁和懸臂梁的區别僅在于是将力傳遞到一邊還是兩邊。
5. 将實腹梁中無用的部分去掉,就可以演化出桁架結構。如果将桁架看成一根梁,那麼梁的彎矩由上下弦杆抵抗,其橫向和縱向的剪力由斜腹杆抵抗。
6. 梁可以分為懸臂梁和簡支梁,兩者又演化出了桁架、拱、索,這三者又可演化出三維的網架、圓殼、柱殼、索網等等。比如說懸索橋,将懸索對應上弦的壓力轉換成為背索的拉力,我們看到的結構很纖細,但隐藏在背索基礎的巨大錨錠則是必須的。這個巨大的錨錠應該算是梁的影子吧。
7. 形是力的圖解。形與力相結合的形态,廣泛存在于自然界和生活中。比如,森林中懸垂的藤蔓、粘着露水的蛛絲,以及人類建造的吊橋和輸電線,都是形與力高度結合的懸鍊線 Catenary 形态。
8. 梁要求水平度,柱要求的是垂直度。
9. 力沿剛度最大的路徑傳遞,但并不代表剛度最大的路徑結構效率最高。最短的路徑才是力流傳遞是最有效率的,材料是最省的。
10. 在靜力學領域,我們可以認為結構的作用是将力傳遞到目的地,而地面則是唯一可靠的目的地。結構工程師做設計某種程度上可以理解為通過組裝材料引導力的傳遞。
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