结构动力学第一章绪论.ppt

1.4 结构系统的离散问题 动力自由度概念： ?自由度 （1）结构的自由度数目对于某一结构来说并不是固定的，它会随着结构计算假定和研究目的而变化，其中，单自由度是最简单的系统。 （2）一切结构系统都具有分布质量,都是无限自由度系统.但是除了某些简单的结构可以作为无限自由度处理以外,大多数的工程结构作为无限自由度计算将是极其困难的。 离散的目的 将无限自由度结构简化为有限个自由度体系。 结构系统离散 （1）集中质量法 不计质量沿梁轴向的位移，可以将其处理为仅有竖向位移的两个自由度系统。将每段总质量的一半分别集中于各段的两端，离散结果如下： （2）广义位移法 （3）有限元法 首先将整体结构划分为一系列的单元，单元间以结点相连接； 以结构结点的位移表达结构上各个点的位移状态。 整个结构系统转化为以结点位移为未知数的有限自由度系统了。 ① ② ③ ④ ⑤ 1.5 振动能量耗散与阻尼力 1.振动能量耗散现象 （1）受到突然激励产生运动的船舶会逐渐静止下来； （2）强烈的地震过后剧烈摇晃的建筑物会趋于静止； 阻尼： 消耗振动的能量并使振动衰减的因素。 内阻尼：和材料应变有关,由于材料的非弹性性质或者非弹性变形所引起。 外阻尼：包括更多的复杂因素,包括周围介质对结构的阻力和摩擦阻尼等。 2.阻尼 粘滞阻尼理论表达阻尼力。 R=-c? 式中：R为阻尼力， ? 为振动速度，c为粘阻系数。c与介质的粘性、振动物体的形状大小及表面情况有关，通常用实验方法测定。 3.保守系统和非保守系统 理想保守系统：忽略阻尼影响，不计振动能量的耗散。 非保守系统：若考虑系统的阻尼，则系统称为“非保守系统”。 1.6 建立运动方程的方法 有三种方法：直接平衡法，虚位移原理，哈密顿原理。 即 ①直接平衡法 基于牛顿第二运动定律提出，即任何质量的动量变化率等于作用在这个质量上的力： M ②虚位移原理建立方程 如果一个平衡体系在一组力的作用下发生虚位移，则这些力所作的总功等于零。 M ③ 哈密顿(Hamilton)原理建立振动方程 在任何时间区间内,动能和位能的变分加上所考虑的非保守力所作的功的变分必须等于零，即 其中：V-系统的位能,包括应变能及任何保守外力的势能； T-动能； Wnc-作用于体系上的非保守力(包括阻尼力及任何外 荷载)所作的功。 该方法的优点：仅和纯粹的标量即能量有关；可以导出拉格朗日第二类方程。 动力问题的求解方法 解析法； 数值法；  结构动力学天津大学建筑工程学院 课程介绍 研究结构体系的动力特性及其在动力荷载作用下的动力响应，即结构的振动。 内容：线性振动,非线性振动和随机振动。 单自由度系统振动； 多自由度系统振动； 分布参数系统的振动。 第1章 绪论 1.1 学习目的和任务 1.新型的船舶与海洋结构物 新型船舶 多体船：把两个或更多的船体横向以甲板固定在一起。 高速船 水翼型高速船：船身底部有支架，装上水翼。当船的速度逐渐增加，水翼提供的浮力会把船身抬离水面，从而大为减少水的阻力和增加航行速度。 大型液化气船 传统的采油平台：导管架钻井平台 活动式钻井平台 自升式钻井平台 新型海洋结构物 自升式钻井平台 浮式生产系统（Floating production storage and offloading system,简称FPSO） 软刚臂系泊浮式生产系统图 张力腿平台 大载荷TLP  Spar平台 一种用于深水的生产平台（Spar Platform)。 三代Spar平台 WindSea海上风力发电机 海洋工程结构的发展历程有两个基本特点： 一、从浅水逐渐向深水发展，从最初不足10m水深发展到2000m以上更深的海域作业； 二、从固定式结构向顺应式结构发展。 结构受复杂海洋环境的作用 2.学习结构动力学的具体目的和任务 （1）预报海洋载荷作用下结构的动力响应：位移、速度、加速度以及动应力； （2）根据有关标准，评估结构的安全，尤其是疲劳强度问题； （3）进行结构振动控制，优化结构的动力参数； （4）振动利用； （5）发展动力学的理论方法； 振动利用 振动筛 （1）解答的方式不同 结构静力问题具有“单一”的解； 结构动力问题中荷载随时间变化,其解是随时间变化的