参考结构动力学.pptx

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结构动力学

(2003秋);结构动力学

第四章

单自由度体系对

简谐和周期荷载的反应;算例2

汽车在多跨连续梁上行驶,桥梁跨度均为L=30m,桥面由于

长时徐(蠕)变效应而产生15cm的挠度(桥面的中点)。桥面可以用振

幅为7.5cm的正弦曲线来近似,汽车可以用一个单质点SDOF体系

模拟,如果车重m=1.8t,等效弹簧刚度K=140kN/m,等效阻尼比

ζ=40%,

求:

①车以80km/h行驶时,汽车的竖向运动ut(t)的振幅u0t

②发生共振时汽车的行驶速度(使振幅最大时的速度)

;算例2

解:①车以80km/h行驶时,汽车的竖向运动ut(t)的振幅u0t

汽车相当于受振幅为ug0=0.075m,

波长为L=30m的简谐运动ug的干扰

简谐运动的周期:

车辆的固有周期:;算例2

频率比:

振动传递率:

汽车竖向运动的振幅:;算例2

解:②发生共振时汽车的行驶速度(使振幅最大时的速度)

如果体系的阻尼比ζ很小,

当ω=ωn时ut最大,而本

问题阻尼比ζ=0.4很大,

因此使u0t取最大的ω不一

定等于ωn,此时要采用取

极值条件求ω使u0t最大,

即使TR取最大。;算例2

使TR取最大值的频率ω,也使TR2取最大值。

当汽车的行驶速度为135km/h时,车辆的振幅达到最大值;4.5用简谐振动(强迫振动)试验

确定体系的粘性阻尼比

可以用自由振动方法求阻尼比ζ

的原因是由于自振衰减的快慢由ζ控

制,或说衰减规律可以明显反应出阻

尼比ζ的影响。而动力放大系数同样

受ζ控制,Rd曲线形状可以反映出ζ

的影响,其影响主要有两点:

(1)峰值大小,(2)曲线的胖瘦。

利用体系对简谐荷载反应的结果也可以得到体系的阻尼比,有两种主要方法:共振放大法和半功率带宽法,其原理均是基于对动力放大系数Rd的分析。;4.5用强迫振动试验确定体系的阻尼比

1、共振放大法

根据动力放大系数Rd:

当发生共振(ω/ωn=1)时:

;4.5用强迫振动试验确定体系的阻尼比

1、共振放大法

由于从动力放大曲线定u0(ωn)不容易,一般用u0m代替,u0m=max(u0),则:

用共振放大法确定体系的阻尼比,方法简单。但实际工程中测得的动力放大系数??线一般以u0-ω图给出,用以上公式计算阻尼比时,还需得到零频时的静位移值ust,实际测量静载位移无论从加载设备和记录(拾振)设备都有一定的困难,即实现动力加荷和测量动力信号的设备不能在零频率时工作。因此工程中往往采用半功率(带宽)法从动力试验中得到阻尼比ζ。;4.5用强迫振动试验确定体系的阻尼比

2、半功率带宽法(半功率点法)

半功率点:动力放大系数Rd

上振幅值等于1/√2倍最大振

幅的点所对应的两个频率点。

记:ωa和ωb分别等于半功

率点对应的两个频率。

则阻尼比ζ

可由如下公式计算:

;半功率带宽法

(半功率点法)

证明:

(4.34)

(4.35);三种阻尼比的测量方法

共介绍了三种测量结构阻尼的方法:对数衰减率法、共振放大法和半功率带宽法,虽然是针对单自由度体系推导的,但这些方法对多自由度体系同样适用。下面对这三种方法给一简要的总结。

(1)对数衰减率法

采用自由振动试验,测一阶振型的阻尼比较容易。高阶振型的阻尼比的关键是能激发出按相应振型进行的自由振动。

(2)共振放大法

采用强迫振动试验,由于静(零频)荷载下的位移较难确定,应用上存在一定的技术困难,但通过一定数学上的处理还是可用的,例如,利用接近零频的非零频位移通过插值外推得到零频时的位移值。

(3)半功率带宽法

采用强迫振动试验,不但能用于单自由度也可用于多自由度体系,对多自由度体系要求共振频率稀疏,即多个自振频率应相隔较远,保证在确定相应于某一自振频率的半功率点时不受相邻频率的影响。;4.6粘性阻尼的能量耗散和等效粘性阻尼

1、粘性阻尼体系的能量耗散

SDOF体系在简谐力p(t)=p0sinωt作用下,

在一个振动循环内的能量耗散记为:

ED—阻尼引起的能量耗散,即阻尼力做的功;

EI—外力做的功;

ES—弹性力做的功;

EK—惯性力做的功。

在简谐荷载p(t)作用下,

SDOF的位移为:;1、粘性阻尼体系的能量耗散

(1)阻尼引起的能量耗散ED

粘性阻尼引起的耗散与振幅u0的平方成正比,

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