矩陣力法
按力法的基本原理,以矩陣為數學工具,計算結構的內力和位移的方法,是結構矩陣分析方法中的一種。
正文
結構矩陣分析方法需將結構離散成有限數目的單元進行計算。矩陣力法中常用的單元形式為簡支式和懸臂式,這兩種單元較為簡單,其中尤以簡支式為常見。當單元承受非結點荷載時,可用等效結點荷載代替。其方法是將單元間的分界結點視為固定求出固端反力,然後反其向作用在結點上。
矩陣力法的基礎是力法
計算超靜定結構時要選取基本體系和基本未知力。選取的方法有兩種:一種是根據結構的具體情況由計算者選取,並在人為選定的基本體系的基礎上計算;另一種是把力法和線性代數中關於秩的知識結合起來,先建立結點平衡方程式,然後利用約當消去法,使多餘的基本未知力自動分離出來,這種分析方法稱為秩力法。由於前一方法與力法結合較為緊密,故較易了解和常用。
將原有荷載和基本未知力均視為外力時,可以得出結點作用力列矩陣
、結構基本未知力列矩陣
與單元基本未知力(桿端力)列矩陣
的關係式如下:
=
P
+
X
(1)
P和
X 分別表示結點作用力
和結構基本未知力
對基本體系的內力影響矩陣。 單元基本未知力
與相應桿端位移
之間的關係式為
=
m
(2)
m為未裝配結構的柔度矩陣,它等於各單元柔度矩陣
(i)作為子塊的對角矩陣。而桿端位移
與結點的荷載方向的位移
(包括結點作用力和基本未知力在荷載方向的位移
P和
X的關係式為
=
(3)
=【
P嗈
X】T;
為桿端位移對結點的荷載方向位移的變換矩陣。根據虛功原理,可得
=【
P嗈
X】T。 根據上面三式,可以得到

=0,可得到式中 
X稱為已裝配結構的柔度矩陣,即一般力法基本方程中的係數矩陣δ,而
P
即一般力法基本方程中的自由項矩陣
P,因而式(6)即為力法基本方程的矩陣表達式。由(6)即可求得
,代入(1)和(4)式,即得單元基本未知力
和結點荷載方向位移
P。既得列矩陣
,由平衡條件可求出單元全部桿端力列矩陣
為
(9)
為單元基本未知力對單元全部桿端力的變換矩陣。實際桿端力矩陣為
a應由(9)式再疊加單元非結點荷載引起的固端力矩陣
f。第i單元實際桿端力矩陣應為
(10)
i,並構成
m;④求出
X、
P,並由(7)(8)式求出
X、
P;⑤由(9)式求出全部桿端力
,從而由(10)式求出實際桿端桿力
a。 用矩陣力法求靜定結構的位移時,由公式(4)令基本未知力X=0,即可得靜定結構結點荷載方向位移的公式為
(11)

