理论教育 频率与主振型-杆系结构

频率与主振型-杆系结构

时间:2023-08-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:1)自振频率ωi为结构自振频率。工程分析时常将自振频率从小到大进行排列。自振频率为标量,与坐标系统选择无关,在主坐标空间和任意广义坐标空间下都一致。故在结构动力分析时,可只考虑低阶响应,而对于高阶分量的贡献则截断不作分析,对结构计算误差影响不大。2)主振型特征向量Ti,也称为主振型,对应于各阶自振频率ωi。根据求解过程可知,某阶振动形式以列向量Ti或cTi表达。

频率与主振型-杆系结构

1)自振频率

ωi为结构自振频率。工程分析时常将自振频率从小到大进行排列。

自振频率为标量,与坐标系统选择无关,在主坐标空间和任意广义坐标空间下都一致。

在可解耦的广义坐标空间下,各自由度运动是非耦合的,便于独立进行讨论。对应此广义坐标空间,有:

由上式可知:可解耦的广义坐标系统下,广义质量越大,广义刚度越小,则对应阶的自振频率越小。而质量大,则惯性力越大;刚度小,则运动响应也更大。因此,若广义荷载的各阶量级相近,则对应于低阶频率,结构的动力响应一般也会更大一些。而随着进入高阶,即意味着广义质量开始减小,而广义刚度有所增加,同时据相关研究结果,高阶响应时,阻尼会明显增强,则动力响应自然会相应减小。

故在结构动力分析时,可只考虑低阶响应,而对于高阶分量的贡献则截断不作分析(从小到大排列自振频率的原因即在于此),对结构计算误差影响不大。

但应注意,这是以自由振动的分析结果作出的定性判断。当激励荷载直接作用于结构时,如果动力荷载恰好对应于高阶广义自由度,仍在低阶作截断或会引起较大误差。

2)主振型

特征向量Ti,也称为主振型,对应于各阶自振频率ωi

各阶振型按列方式进行排列,得到的矩阵即坐标变换矩阵T,也称为主振型矩阵。从前面的分析可知,主振型矩阵实质上为一坐标变换矩阵。根据求解过程(式6.21)可知,某阶振动形式以列向量Ti或cTi表达。(www.daowen.com)

为便于特征分析,可根据质量矩阵对主振型矩阵进行归一化处理,即要求在广义坐标空间下,对cTi中的c进行调整。令广义质量矩阵为单位阵,有:

归一处理后,主振型坐标系统下的动力方程可化为:

【程序实现】

(1)按静力分析模式,选择分析自由度,并形成结构刚度矩阵。

(2)按静力分析的单元形成单元质量矩阵;按单元定位向量集成结构质量矩阵。

(3)按质量矩阵进行矩阵凝聚。

(4)根据凝聚后的自由度计算特征对。

(5)变换回原始坐标系统。

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