結構分析

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結構分析git3 gau3 fan1 sik1英文structural analysis)常用於土木工程-包括咗結構工程建築工程-指個工程師分析一個結構同埋嗰個結構嘅各橛分別受到點樣嘅負荷,以及係分析呢啲負荷會對個結構造成乜嘢影響(例如係會唔會砸冧個結構),對於建設安全嘅結構嚟講不可或缺[1]

概論[編輯]

例如想像以下呢個噉嘅簡單結構,個結構係個等邊三角形,個工程師打算用呢個結構嚟撐住啲嘢,個結構要承受一股由上面壓落嚟嘅,股力嘅大細係 咁多:

Truss Structure Analysis, Full Figure2.jpg

力學上嘅知識(作為分析基礎嘅物理學知識)已知,呢股力會造成一股反作用力。而假設組成個結構嗰啲夠嗮硬淨唔會變形(剛體),而且啲節點又夠勁(啲樑唔會走位),噉啲反作用力()會係噉嘅樣(想像啲節點有特殊構造):

Truss Structure Analysis, FBD2.jpg

而按物理學上對力嘅知識,如果成個結構企到喺度唔郁(個結構會郁就表示可能會冧),噉啲力加埋嗮係 0,即係話喺 嗰點嘅力可以噉樣想像( 係沿打戙嗰條軸嘅力, 係沿打橫嗰條軸嘅力,因為個結構係等邊三角形,所以每隻角嘅角度係 60°):

Truss Structure Analysis, Method of Joints2.png

... 喺另外嗰幾點嘅力可以用同樣嘅道理嚟諗。如是者,個工程師就計到嗮「每條樑會受幾多力」等嘅重要資訊。上述呢個係一個簡化嘅例子:喺現實應用上,大些少嘅建築物會有成千上萬個類似噉嘅結構部件,唔可能人手計嗮。所以廿世紀末以來嘅工程師都會搵電腦模擬幫手,將結構唔同部份之間嘅互動定律組裝成矩陣,然後解方程,得出結構每部分需要受幾多力同會郁幾多,知道成棟嘢會唔會因為噉而有機會冧,俾工程師做「成棟建築物噉樣起得唔得」嘅判斷[1]

複雜啲嘅工程運算會涉及唔係線性嘅自然定律,呢啲定律加埋日常物件形狀上嘅不規則性,工程運算原則上冇絕對準嘅答案,只能夠將現實處境拆做好多嚿細細個、會彼此互動嘅組件,然後用電腦模擬計個大約啱嘅答案出嚟。呢種做法就叫做有限元分析(finite element method)[2]

睇埋[編輯]

參攷[編輯]

  1. 1.0 1.1 McKenzie, W. M. (2013). Examples in structural analysis (PDF). CRC Press.
  2. Potts, D. M.; Zdravković, L. (1999). Finite element analysis in geotechnical engineering. Thomas Telford. ISBN 9780727727534.