[工程科技]l_12动力学

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1、结构力学第十二章结构的动力计算1ByLvyanping§1２-1动力计算概述一、动力计算的特点1、“静载”——其大小、方向和作用位置不随时间而变化的荷载。这类荷载对结构产生的惯性力可以忽略不计，由它所引起的内力和变形都是确定的。2、“动载”是指其大小、方向和作用位置随时间而变化的荷载。这类荷载对结构产生的惯性力不能忽略，因动载将使结构产生相当大的加速度，所引起的内力和变形都是时间的函数。3、对比：两者都是建立平衡方程；但动力计算利用动静法，建立的是形式上的平衡方程,力系中包含了惯性力;考虑的是瞬间平衡，荷载、内力都是时间的函数;其平衡方程是微分方程。2ByLvyanping二、动力计

2、算的目的和内容1、目的计算结构的动力反应：内力、位移、速度与加速度，使结构在动内力与静内力共同作用下满足强度和变形的要求。2、动力计算的内容：研究结构在动荷载作用下的动力反应的计算原理和方法。涉及到内外两方面的因素：1）确定动力荷载（外部因素，即干扰力）；2）确定结构的动力特性（内部因素:如结构的自振频率、周期、振型和阻尼等等）；计算动位移及其幅值；计算动内力及其幅值。§1２-1动力计算概述3ByLvyanpingP(t)tPt简谐荷载（按正余弦规律变化）一般周期荷载三、动力荷载分类按其变化规律及其作用特点可分为：1）周期荷载：随时间作周期性变化。（转动电机的偏心力）3）随机荷载：荷

3、载在任一时刻的数值无法事先确定。（如地震荷载、风荷载）2）冲击荷载：短时内剧增或剧减。（如爆炸荷载）PtP(t)ttrPtrPtr→0，即为突加荷载4ByLvyanping四、动力计算中体系的自由度确定体系上全部质量位置所需独立参数的个数称为体系的振动自由度。实际结构的质量都是连续分布的，严格地说来都是无限自由度体系。计算困难，常作简化如下：1、集中质量法把连续分布的质量集中为几个质点，将一个无限自由度的问题简化成有限自由度问题。mm>>m梁m+αm梁§1２-1动力计算概述5ByLvyanping2个自由度y2y12个自由度自由度与质量数不一定相等；与体系的静定、超静定也无关。II2

4、Im+αm柱厂房排架水平振时的计算简图单自由度体系y6ByLvyanping水平振动时的计算体系多自由度体系4个自由度m1m2m32个自由度y(x,t)x无限自由度体系7ByLvyanping2、广义座标法：如简支梁的变形曲线可用三角级数来表示用几条函数曲线来描述体系的振动曲线就称它是几个自由度体系，其中——是根据边界约束条件选取的函数，称为形状函数。ak(t)——称广义座标，为一组待定参数，其个数即为自由度数，用此法可将无限自由度体系简化为有限自由度体系。xyxa1，a2，……..any(x,t)8ByLvyanping五、动力计算的方法动力平衡法（达朗伯尔原理）m…………..运动

5、方程m设其中P(t)＝I(t)…………..平衡方程I(t)——惯性力，与加速度成正比，方向相反改写成9ByLvyanping§12-2单自由度体系的自由振动自由振动：体系在振动过程中没有动荷载的作用。静平衡位置m获得初位移ym获得初速度自由振动产生原因：体系在初始时刻（t=0）受到外界的干扰。研究单自由度体系的自由振动重要性在于：1、它代表了许多实际工程问题，如水塔、单层厂房等。2、它是分析多自由度体系的基础，包含了许多基本概念。要解决的问题包括：建立运动方程、计算自振频率、周期和阻尼……….自由振动反映了体系的固有动力特性。10ByLvyanping一、运动微分方程的建立方法：达

6、朗伯尔原理应用条件：微幅振动（线性微分方程）1、刚度法：研究作用于被隔离的质量上的力，建立平衡方程。m..yj.yd静平衡位置质量m在任一时刻的位移y(t)=yj+ydk力学模型.ydmmWS(t)I(t)+重力W弹性力恒与位移反向惯性力……………(a)11ByLvyanping其中kyj=W及上式可以简化为或由平衡位置计量。以位移为未知量的平衡方程式，引用了刚度系数，称刚度法。……………(a)2、柔度法：研究结构上质点的位移，建立位移协调方程。..m静平衡位置I(t)可得与(b)相同的方程12ByLvyanping二、自由振动微分方程的解改写为其中它是二阶线性齐次微分方程，其一般解

7、为：积分常数C1，C2由初始条件确定m静平衡位置I(t)设t=0时..（d）式可以写成13ByLvyanping由式可知，位移是由初位移y引起的余弦运动和由初速度v引起的正弦运动的合成，为了便于研究合成运动,令(e)式改写成它表示合成运动仍是一个简谐运动。其中a和可由下式确定振幅相位角14ByLvyanpingy0ty-yTTTyt0yt0a-a15ByLvyanping三、结构的自振周期和频率由式及图可见位移方程是一个周期函数。Tyt0