结构动力学课件PPT.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,结构动力学,结构动力学,目录,第一章 绪论,第二章 单自由度体系的振动分析,(,复习,),第三章 有限自由度体系的振动分析,第四章 实用计算方法,第五章 无限自由度体系的振动分析,主要参考书,结构动力学,克拉夫 王光远等译 科学出版社,结构动力学,包世华编著 武汉理工大学出版社,结构动力学基础,张亚辉等编著 大连理工大学出版社,结构动力学,赵光恒主编 水利水电出版社,结构动力学,邹经湘主编 哈尔滨工业大学出版社,DYNAMICS OF STRUCTURESAnil K.Chopra,第一章 绪论,1.1,结构动力学的研究内容和任务,人类为了生产、生活的需要，需要采用天然或人工,材料建造各种各样的建筑物和构筑物（结构）。这些建筑物在使用过程中要受到各种外界作用（荷载）。在这些作用下，结构会产生内力、变形等（反应）。为了节省造价、保证安全、提高寿命并有效地实现使用功能，需要控制结构的反应，这就需要研究结构、作用、反应的关系。,结构动力学是研究结构、动荷载、结构反应三者关系的学科。,输入,（动力荷载）,结构,（系统）,输出,（动力反应）,第一类问题：反应分析（结构动力计算）,第二类问题：参数（或称系统）识别,输入,（动力荷载）,结构,（系统）,输出,（动力反应）,第三类问题：荷载识别。,输入,（动力荷载）,结构,（系统）,输出,（动力反应）,当前结构动力学的研究内容为,:,第四类问题：控制问题,输入,（动力荷载）,结构,（系统）,输出,（动力反应）,控制系统,（装置、能量）,任务,讨论结构在动力荷载作用下反应的分析的方法。寻找结构固有动力特性、动力荷载和结构反应三者间的相互关系，即结构在动力荷载作用下的反应规律，为结构的动力可靠性（安全、舒适）设计提供依据。,本课程主要介绍结构的反应分析,1.2,动荷载及其分类,一,.,动荷载的定义,大小、方向和作用点随时间变化,;,在其作用下，结构上的惯性力与外荷比不可忽视的荷载。,自重、缓慢变化的荷载，其惯性力与外荷比很小，分析时仍视作静荷载。静荷只与作用位置有关，而动荷是坐标和时间的函数。,二,.,动荷载的分类,动荷载,确定,不确定,风荷载,地震荷载,其他无法确定变化规律的荷载,周期,非周期,简谐荷载,非简谐荷载,冲击荷载,突加荷载,其他确定规律的动荷载,一,.,自由度的定义,确定体系中所有质量位置所需的独立坐标数，称作体系的动力自由度数。,二,.,自由度的简化,实际结构都是无限自由度体系，这不仅导致分析困难，而且从工程角度也没必要。常用简化方法有：,1.3,结构动力分析中的自由度,单自由度体系、有限自由度体系、无限自由度体系,集中质量法,广义坐标法,有限单元法,1),集中质量法,将实际结构的质量看成（按一定规则）集中在某些几何点上，除这些点之外物体是无质量的。这样就将无限自由度系统变成一有限自由度系统。,2),广义坐标法,-,广义坐标,-,基函数（或形状函数）,3),有限元法,和静力问题一样，可通过将实际结构离散化为有限个单元的集合，将无限自由度问题化为有限自由度来解决。,三,.,自由度的确定,广义坐标法：,广义坐标个数即为自由度个数；,有限元法：独立结点位移数即为自由度数；,集中质量法：独立质量位移数即为自由度数；,例,.,自由度的确定,1),平面上的一个质点,W=2,2),W=2,弹性支座不减少动力自由度,3),计,轴向变形,时,W=2,不计,轴向变形,时,W=1,为减少动力自由度，梁与刚架一般可不计轴向变形。,4),W=1,5),W=2,6),W=1,1.4,体系的运动方程,要了解和掌握结构动力反应的规律，必须首先建立描述结构运动的（微分）方程。建立运动方程的方法很多，常用的有虚功法、变分法等。下面介绍建立在达朗伯原理基础上的,“,动静法,”,。,m,运动方程,m,形式上的平衡方程，实质上的运动方程,惯性力,一、柔度法,m,EI,l,=1,柔度系数,柔度法步骤：,1.,在质量上沿位移正向加惯性力；,2.,求外力和惯性力引起的位移；,3.,令该位移等于体系位移。,二、刚度法,m,EI,l,1,y,刚度系数,刚度法步骤：,1.,在质量上沿位移正向加惯性力；,2.,求发生位移,y,所需之力；,3.,令该力等于体系外力和惯性力之,和。,三、列运动方程例题,例,1.,m,EI,l,EI,l,=1,l,例,2.,=1,l,m,EI,l,EI,l/2,l/2,P(t),Pl/,4,例,3.,m,EI,l,EI,l,1,列运动方程时可不考虑重力影响,例,4.,m,EI,l/2,l/2,W,-P(t),引起的动位移,-,重力引起的位移,质点的总位移为,加速度为,例,5.,m,1,EI,l/3,l/3,l/3,m,2,=,简记为,位移向量,柔度矩阵,荷载向量,质量矩阵,加,速,度,向,量,作业：列图示体系的运动方程,m,EI,l/2,l/2,2b,m,2a,m,1,m,2,