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传递矩阵

Tianjin University Tianjin University Tianjin University Tianjin University Tianjin University Tianjin University Tianjin University Tianjin University Tianjin University Tianjin University Tianjin University 传递矩阵法在动力学分析中的应用 成员:张雷 范俊伟 学号:1013201084 1013201061 专业:机械工程 目录 一、传递矩阵法简介 二、传递矩阵法计算步骤 三、传递矩阵法应用举例 Tianjin University 一、传递矩阵法简介 传递矩阵法属于一种半解析数值方法。基本思想是把整体结构离散成若干个子单元的对接与传递的力学问题,建立单元两端之间的传递矩阵,利用矩阵相乘对结构进行静力及动力分析。 其应用领域涵盖兵器、航空航天、汽车、机器人、机械等,主要用于结构的静力分析、动态特性分析(模态分析、稳定性分析)。 传递矩阵法具有力学概念清晰,逻辑性强,建模灵活,计算效率高,无需建立系统的总体动力学方程等优点。 Tianjin University 一、传递矩阵法简介 核心在于传递,传递矩阵指的是每个单元的左右两端状态矢量之间的关系,实则是一个线性方程组。传递矩阵包括场矩阵和点矩阵(集中质量、分支点、坐标转换点)。 Tianjin University 二、传递矩阵法计算步骤 2.1 构造传递矩阵 建立传递方程 建立系统动力学模型,化整为零,确定状态矢量 确定各元件的传递矩阵和传递方程 由元件的传递矩阵拼装系统的总传递矩阵和总传递方程 Tianjin University —传递矩阵 —传递方程 —总传递矩阵 —总传递方程 状态矢量用于表示某一点的力学状态,其元素包括该点状态变量的位移与内力。 表示物理坐标下的状态矢量; 表示模态坐标下的状态矢量。 二、传递矩阵法计算步骤 2.2 确定特征方程 关于剩余矩阵的选取,通俗的讲,剩余矩阵的行数为末端状态矢量为0的行数(方程组右端为0),其列数取初始状态矢量不为0的行数(方程组变量)。这样我们相当于构造了一个齐次方程组,保证此齐次方程组有非零解的条件是,系数矩阵的行列式为0。 根据边界条件,构造剩余矩阵。由振动理论可知,结构共振的条件是剩余矩阵的行列式为0,依此得系统的特征方程。 Tianjin University 二、传递矩阵法计算步骤 2.3 振型分析及稳态响应分析 求解系统特征方程得到系统固有频率。应用元件的传递方程得到系统的特征矢量和振动特性。 还可进一步地求解任意激励下系统的动力响应,包括瞬时响应和稳态响应。如果系统受到频率为 的简谐激励,则将以同样的频率 做稳态振动,振幅与相位依赖于 。基于这一规律,可将传递矩阵法应用到稳态强迫振动和静止状态( =0)的研究。 Tianjin University 三、传递矩阵法应用举例 例:简支梁系统 定义状态矢量的形式均为 Tianjin University 各元件的传递方程为 由 得到 , 由集中质量两端的位移、角位移和内力矩连续得 三、传递矩阵法应用举例 由受力平衡条件得 联立以上两式,得 进而得 Tianjin University 即 三、传递矩阵法应用举例 将边界条件 代入上式得 若使 有非零解,下式须成立: Tianjin University 求解上式,得系统的固有频率: 各阶固有频率求得,则传递矩阵确定。求得初始状态矢量,将矩阵依次相乘,便可得到各个节点处的状态矢量,利用计算机便可绘制出其振型图。 Tianjin University Tianjin University Tianjin University Tianjin University Tianjin University Tianjin University Tianjin University Tianjin University Tianjin University Tianjin University Tianjin University 各阶固有频率求得,则传递矩阵确定。求得初始状态矢量,将矩阵依次相乘,便可得到各个节点处的状态矢量,利用计算机便可绘制出其振型图。

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