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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