
结构动力学基础;结构动力学基础;第一章结构动力学概述;输入
input;§1-2动荷载的定义和分类;大小、方向和作用点不随时间变化或变化很缓慢的荷载。;动荷载的定义;动荷载的分类:;突加荷载;非确定性荷载:;结构在确定性荷载作用下的响应分析通常称为结构振动分析。;与结构静力学相比,动力学的复杂性表现在:;§1-4离散化方法;;适用于质量分布比较均匀,形状规则且边界条件易于处理的结构。
例如:右图简支梁的变形可以用三角函数的线性组合来表示。;则组合系数Ak(t)称为体系的广义坐标。;3.有限单元法;对分布质量的实际结构,体系的自由度数为单元节点可发生的独立位移未知量的总个数。
综合了集中质量法和广义坐标法的某些特点,是最灵活有效的离散化方法,它提供了既方便又可靠的理想化模型,并特别适合于用电子计算机进行分析,是目前最为流行的方法。
已有不少专用的或通用的程序(如SAP,ANSYS等)供结构分析之用。包括静力、动力和稳定分析。;大型桥梁结构的有限元模型;第二章运动方程的建立;建立体系运动方程的方法;单自由度体系模型;单自由度体系运动方程的建立(直接平衡法);直接平衡法,又称动静法,将动力学问题转化为任一时刻的静力学问题:根据达朗贝尔原理,把惯性力作为附加的虚拟力,并考虑阻尼力、弹性力和作用在结构上的外荷载,使体系处于动力平衡条件,按照静力学中建立平衡方程的思路,直接写出运动方程。;平衡方程:;刚度法:取每一运动质量为隔离体,通过分析所受的全部外力,建立质量各自由度的瞬时力平衡方程,得到体系的运动方程。;试用刚度法建立图示刚架的运动方程;;由此得到体系的运动方程:;柔度法;[例]试用柔度法建立图示简支梁的运动方程;Dp为动荷载q(t)引起的质量沿y方向的位移:;比较:;已经知道柔度d和刚度k之间的关系为:;§2-5广义单自由度体系:刚体集合;1)确定自由度数:1个自由度。
2)体系受力分析。;令体系产生虚位移:;广义质量:;;;;;分布弹性(弹性变形在整个结构或某些元件上连续形成);
只要:可假定只有单一形式的位移,使得结构按照单自由度体系运动。;假定唯一???形曲线后,成为单自由度体系:;地面运动引起的等效荷载:;外力所做的虚功:;关系式:;内力所做的虚功:;;令:;E2-3;考虑轴向力时结构的几何刚度:;§2-7广义体系特性的表达式;广义质量的标准形式:;广义阻尼的标准形式:;广义刚度的标准形式:;广义刚度的标准形式(考虑几何刚度):;广义荷载的标准形式:;第三章单自由度体系
1.自由振动反应;表征结构动力响应特性的一些固有量称为结构的动力特性,又称自振特性。;定义;固有频率;阻尼;§3-1运动方程的解;运动方程:;齐次方程的求解:;§3-2无阻尼自由振动;设t=0时:;三角关系:;(3-14);(3-14);定义;§3-3阻尼自由振动;1.临界阻尼;由初始条件:;2.低阻尼;成为:;利用初始条件:;写成矢量表达式:;物理意义:;2.超阻尼体系;超阻尼体系反应不是震荡的,体系的位移反应从开始时的,依照双曲函数规律衰减,回复到零点。返回速度较临界阻尼时更快。;确定体系阻尼比的一种方法;(3-35);计算图示刚架的阻尼系数;计算阻尼系数:;单自由度体系受迫振动;2.谐振荷载反应;§3-2-1无阻尼体系;所以特解的振幅:;简谐荷载作用下无阻尼体系的动力反应为:;物理意义;动力放大系数:;§3-2-2阻尼体系;(3-14);;即:;方程的通解:;谐振荷载作用下单自由度体系的稳态反应解为:;物理意义;p0/k=Dst:荷载p0产生的静位移;;动力放大系数:;相频特性:;x越小,体系反应越大;;§3-2-3共振反映;对包括瞬态项和稳态项的一般反应方程进行讨论:;考虑:正弦项影响小;阻尼频率与无阻尼频率几乎相等则定义反应比:;共振可能导致结构破坏!;;§3-2-4加速度计和位移计;故;当x=0.5,b1,b2m接近常量,即r与基础振幅成正比。;§3-4-5隔振;基础最大作用力:;地基振动:;进行隔振设计时,用1-TR表示隔振效率。
仅当b1.414时,有隔振作用,只是阻尼比越大,隔振效果越不好,故采用隔振体系应小阻尼比。当阻尼比为零时:;
3.3周期性荷载的反应;对于任意周期性荷载,可展开成傅里叶级数。;不考虑阻尼时:对第n项正弦和余弦分量,体系的运动方程为:;可设特解为:;考虑阻尼时:对用傅里叶级数表示的周期荷载,体系的运动方程为:;体系的稳态解可用利用叠加原理求得:;§3-3-3傅里叶级数解的指数形式;和
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