理论教育 杆系结构运动方程-有限元分析

杆系结构运动方程-有限元分析

时间:2023-08-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:式(6.2)为动力学普遍方程。如图6.1所示,利用考虑瞬时动平衡的达朗伯原理,则单自由度体系的运动方程可写为:多自由度体系[图6.1]的运动方程,只需将单自由度体系方程中的系数和变量,扩展成矩阵与向量,即:图6.1根据达朗伯原理建立动平衡方程其中,质量、阻尼系数和刚度系数是动力分析时,需要确定的基本动力特征。

杆系结构运动方程-有限元分析

结构动力分析时,运动方程常用以下几种方式建立:

(1)达朗伯(d’Alembert)原理

对于质点体系,在每一动力自由度方向上根据瞬时动平衡,表达出在时刻t的所有作用力,建立的平衡方程即为运动方程。即:

(2)虚位移原理

虚位移原理和结构的真实平衡条件等价,达朗伯原理[式(6.1)]也可表达为虚位移原理的形式,基于虚位移原理建立运动方程:

式中,y为虚静位移分量,为虚动位移分量,(t)为加速度分量。

式(6.2)为动力学普遍方程。由于虚位移原理中虚功为标量,与坐标体系的选择无关,在最后方程形成时,可对虚功按代数方式进行操作,而不用考虑力的矢量叠加。在复杂体系中直接表达平衡方程有困难时,在广义坐标体系下使用虚位移形式或许会相对容易。

(3)哈密顿(Hamilton)原理(www.daowen.com)

哈密顿原理利用变分形式对稳定体系的能量特征进行描述,使用纯粹的标量计算,避免了虚位移原理中计算虚功时对力向量和位移向量的直接描述。

本章研究对象为线弹性、小变形杆系结构,受力、变形均相对简单,故采用达朗伯原理建立动力平衡方程。

如图6.1(a)所示,利用考虑瞬时动平衡的达朗伯原理,则单自由度体系的运动方程可写为:

多自由度体系[图6.1(b)]的运动方程,只需将单自由度体系方程中的系数和变量,扩展成矩阵与向量,即:

图6.1 根据达朗伯原理建立动平衡方程

其中,质量(质量矩阵M)、阻尼系数(阻尼矩阵C)和刚度系数(刚度矩阵K)是动力分析时,需要确定的基本动力特征。

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