哈工大结构动力学1讲解.ppt

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结构动力学 哈尔滨工业大学 土木工程学院 张金生 2011年8月 * 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 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 第六章 动力有限元分析 第七章 分析动力学基础 主要参考书 《结构动力学》 R.克拉夫 王光远等译 高教出版社 《结构动力学-理论及其在地震工程中的应用》 Anil K.Chopra 谢礼立等译 高教出版社 《结构动力学》 邹经湘主编 哈工大出版社 《应用分析动力学》 王光远编著 科学出版社 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 1.3 振动系统的力学模型及其分类 振动系统的基本参数:质量、阻尼、弹性。 铝质与有机玻璃试件的 自由振动试验 一、离散系统、连续系统 二、线性系统、非线性系统 三、确定性系统、非确定性系统 1.3 振动系统的力学模型及其分类 振动系统的基本参数:质量、阻尼、弹性。 1.4 结构动力分析中的自由度 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 1.4 结构动力分析中的自由度 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 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:集中质量法,广义坐标法,有限元法。 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。 二. 自由度的简化 2) 广义坐标法 ---广义坐标 ---基函数 2) 广义坐标法 ---广义坐标 ---基函数 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 广义坐标个数即 为自由度个数 结点位移个数即 为自由度个数 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; 三. 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) 计轴变时 W=2 不计轴变时 W=1 为减少动力自由度,梁与刚架不 计轴向变形。 4) W=1 5) W=2 自由度数与质点个数无关,但 不大于质点个数的2倍。 6) W=2 7) W=1 三. 自由度的确定 8) 平面上的一个刚体 W=3 9)弹性地面上的平面刚体 W=3 W=2 10) 4) W=1 5) W=2 自由度数与质点个数无关,但 不大于质点个数的2

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