理论教育 杆系结构动力分析自由度

杆系结构动力分析自由度

时间:2023-08-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:1)动力分析自由度的基本构成动力分析自由度可根据参与平衡条件的力进行选择。由于确定弹性恢复力的刚度特征不仅用于确定动平衡,还要以之计算动位移对应的内力分布,故通常由可完整描述结构弹性变形的分析自由度表达。由于动力分析的运动方程为微分或偏微分方程组,计算量对自由度数目非常敏感。

杆系结构动力分析自由度

1)动力分析自由度的基本构成

动力分析自由度可根据参与平衡条件的力进行选择。

式(6.3a)所列动平衡方程中,四个力子项的分别为:

(1)惯性力FI(t)

惯性力,取决于质量分布和质量运动。惯性力为动力分析的决定性因素,故相应自由度的选择,必须保证在当前坐标系统内,可以描述主要质量分布所对应的运动,此即动力自由度。

(2)阻尼力FC(t)

阻尼力采用粘滞阻尼模式时,,取决于阻尼系数和运动速度。根据后述对阻尼的说明可知,阻尼作为能量耗散因素引入,构成复杂,粘滞阻尼本就是一种假定。实用计算时,运动方程对阻尼引入还需根据结构特征和分析需要简化,故动力分析时一般可无须过多关注阻尼力对应的特定自由度。

(3)弹性恢复力FS(t)

弹性恢复力FS(t)=-KY(t),取决于结构弹性部分的刚度特征,以及对变形的表达方式。描述变形时,既应包括质点位移、有连续分布质量单元的变形,也应包括无质量弹性单元的变形。由于确定弹性恢复力的刚度特征不仅用于确定动平衡,还要以之计算动位移对应的内力分布,故通常由可完整描述结构弹性变形的分析自由度表达。(www.daowen.com)

(4)动荷载

在动荷载方向上存在对应自由度时,可更为直接地引入动力荷载影响。而若接受动荷载在单元上也可等效变换至单元结点,则无须过多关注动荷载对应的特定自由度。

2)动力分析自由度的选择

动力分析时总的自由度,原则上应包括以上4类力的所有相关自由度,而描述参与动平衡的4类力,所对应的自由度显然不会完全相同;不同类型自由度对计算模型的影响程度也不一样。由于动力分析的运动方程为微分或偏微分方程组,计算量对自由度数目非常敏感。为保证分析效率,并不宜引入过多的自由度。通常会在满足一定精度的前提下,对次要自由度作相应简化;或在不同分析阶段,选择使用不同的分析自由度。

4类力中,惯性力和弹性恢复力对动力方程影响程度最为关键,以下结合自由度简化,对质量矩阵和刚度矩阵的构成进行表述。

【说明】

本章中,“动力自由度”和“动力分析自由度”是两个不同的概念。动力自由度用以描述惯性力相关的物理量;而动力分析自由度是动力完整分析所需要的,请注意区分。

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