《振动力学结构力学》课件.pptVIP

*******************《振动力学与结构力学》课程简介振动力学介绍振动学的基本理论和方法，包括自由振动、受迫振动、随机振动等。结构力学探讨结构受力分析、稳定性、振动响应等问题，为工程应用提供理论支撑。学习目标掌握振动力学的基本理论理解振动系统的基本概念，例如自由振动、阻尼振动、受迫振动等。掌握结构力学的基本理论了解结构的力学特性，包括刚度、质量、阻尼等。学会应用振动力学和结构力学解决工程问题能够对实际工程结构进行振动分析，并提出相应的解决方案。振动学的基本概念周期性运动物体绕平衡位置往复运动，具有时间周期性和空间重复性。频率和周期频率是指物体振动一次所需要的时间，周期是指物体振动一次所需要的时间。振幅振幅是指物体振动时偏离平衡位置的最大距离。自由振动系统的建模简化模型忽略次要因素，建立理想化模型，例如质量、弹性、阻尼等。参数化为模型的各个参数确定合适的数值，如质量、刚度、阻尼系数。方程建立基于牛顿第二定律或能量守恒原理，建立系统的运动方程。自由振动系统的解析求解1微分方程描述系统运动规律2求解方法特征值和特征向量3振动特性频率、振幅、相位阻尼振动系统摩擦阻尼摩擦力与运动速度成正比，方向相反，导致能量损失。粘性阻尼阻尼力与速度成正比，广泛应用于工程实践中。结构阻尼由材料内部摩擦引起的能量损失，影响结构的振动特性。受迫振动系统1外部激励受迫振动系统受到周期性或非周期性外部激励力的作用。2稳态振动当外部激励持续作用时，系统将最终达到一种稳定的振动状态。3共振现象当激励频率接近系统固有频率时，振幅会显著增大，这就是共振现象。特殊振动系统非线性振动非线性振动系统中，系统的运动方程是非线性的，导致振动行为更加复杂。随机振动随机振动系统受到随机激励，导致振动响应具有随机性。参数激励参数激励振动系统中，系统的参数随时间变化，导致振动行为更加复杂。离散系统的振动1质量-弹簧系统离散系统由有限个质量和弹簧组成。每个质量代表一个振动单元，弹簧代表连接单元的弹性。2自由振动系统在不受外力作用下，由于初始扰动而产生的振动。3受迫振动系统在受到外力作用下产生的振动。外力可以是周期性的、随机的或冲击性的。连续系统的振动桥梁振动桥梁结构由于外力或自身重量，可能发生振动。建筑物振动高层建筑受到风力或地震的影响，容易发生振动。功率谱密度与功率谱分析功率谱密度(PSD)随机信号能量在不同频率上的分布功率谱分析分析随机信号的频率特性，识别主要频率成分随机振动分析随机振动是一个复杂的现象，其振动幅值、频率和相位随时间随机变化。它通常是由各种随机因素引起，例如风荷载、地震、机器运转等。随机振动分析涉及对随机振动信号进行分析，以确定其统计特性，例如均值、方差、功率谱密度等，并将其与结构的动力特性进行比较，以评估结构的响应和风险。常用的随机振动分析方法包括频域分析、时域分析和数值模拟等，并结合概率统计理论和随机过程理论，对结构在随机振动作用下的响应进行分析。结构振动的基本概念振动结构在外力作用下，发生周期性的运动称为振动。自由振动结构在初始扰动后，无外力作用下发生的振动称为自由振动。受迫振动结构在周期性外力作用下发生的振动称为受迫振动。单自由度结构的振动简谐运动单自由度结构系统在无阻尼情况下，其运动规律为简谐运动，表现为周期性的往复运动。运动周期取决于结构的固有频率，与结构的质量和刚度有关。阻尼的影响实际结构中存在阻尼，阻尼会降低振幅，并使系统逐渐趋于静止。阻尼可分为粘性阻尼、摩擦阻尼和结构阻尼等。受迫振动当结构受到外力作用时，会发生受迫振动。结构的振动频率取决于外力频率，而非固有频率。多自由度结构的振动1多个自由度多自由度结构具有多个独立的运动方向，可以描述更为复杂的振动行为。2耦合振动多个自由度的相互作用导致耦合振动，使系统振动更加复杂。3模态分析通过模态分析可以确定结构的固有频率和振型，为结构动力响应分析提供基础。连续结构的振动桥梁、建筑物等梁、板、壳等波的传播与叠加自由振动的特性分析1频率自由振动的频率取决于系统的固有特性，如质量、刚度和阻尼。2振幅振幅是由初始条件决定的，例如系统的初始位移和速度。3相位相位表示振动系统中不同点之间的相对时间关系。4衰减由于阻尼的存在，自由振动系统中的振幅会随着时间的推移而衰减。受迫振动的特性分析1共振当激励频率接近系统的固有频率时，振幅会急剧增大。2频率响应系统的振幅和相位随激励频率的变化而变化。3阻尼影响阻尼会