07第七讲:分布参数系统的动力响应(I)
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10分布参数体系分布参数体系是电磁场理论中非常重要的概念,它用于描述电磁场在介质中传播的特性。
在电磁场理论中,通常将介质中的电磁场描述为一系列分布参数,这些参数可以包括介电常数、导磁率、电导率等。
这些参数描述了介质中的电磁性质,对电磁场的传播和传输起着至关重要的作用。
分布参数体系主要包括以下几种参数:1.介电常数:介电常数是描述介质中电场与外加电场的关系的参数。
介质中的原子或分子在外加电场的作用下会发生极化现象,产生极化电荷,这样会改变介质的电场分布。
介电常数可以表示介质的极化程度,通常用ε表示。
2.导磁率:导磁率是描述介质对磁场的响应的参数。
在磁场的作用下,介质中的原子或分子会发生磁化现象,产生磁性。
导磁率可以表示介质的磁化程度,通常用μ表示。
3.电导率:电导率是描述介质对电流导电的能力的参数。
在介质中施加电场时,介质会产生电流,电导率描述了这种电流的程度。
电导率通常用σ表示。
4.磁导率:磁导率是描述介质对磁感应强度的响应的参数。
在磁场的作用下,介质中会发生磁化现象,产生磁场。
磁导率可以表示介质对磁场的敏感程度,通常用μ表示。
5.电极化强度:电极化强度是描述介质中极化电荷密度与外加电场之间关系的参数。
电极化强度可以表示介质对电场的响应程度,通常用P表示。
6.磁化强度:磁化强度是描述介质中磁性体积密度与外加磁场之间关系的参数。
磁化强度可以表示介质对磁场的响应程度,通常用M表示。
7.极化率:极化率是描述介质中极化程度的参数。
极化率可以表示介质对电场的响应程度,通常用χ表示。
8.磁化率:磁化率是描述介质中磁化程度的参数。
磁化率可以表示介质对磁场的响应程度,通常用χm表示。
9.折射率:折射率是描述介质中电磁波传播速度变化的参数。
在不同介质中,电磁波的传播速度会发生改变,折射率可以表示介质对电磁波速度的影响程度。
10.导纳:导纳是描述介质中传导电流的能力的参数。
在交流电场作用下,介质中会发生电流传导,导纳可以表示介质对电流传导的程度。
1.机电一体化:在机械的主功能、动力功能、信息与控制功能上引进了电子技术、并将机械装置与电子设备以以及软件等有机结合而成的系统的总称。
2.工业三大要素:物质、能量和信息3.机电一体化系统由机械系统、电子信息处理系统、动力系统、传感检测系统、执行元件系统等五个子系统构成。
4.机电一体化系统设计流程:(1)根据目的功能确定产品规格、性能指标(2)系统功能部件、功能要素的划分(3)接口的设计(4)综合评价(5)可靠性复查(6)试制与调试5.机电一体化系统设计的考虑方法:(1)机电互补法:利用通用或专用电子部件取代传统机械产品中的复杂机械功能部件或功能子系统。
(2)结合法:将各组成要素有机结合为一体构成专用或通用的功能部件。
(3)组合法:将用结合法制成的功能部件、功能模块,像积木那样组合成各种机电一体化产品。
6.机电一体化设计类型:(1)开发性设计:是没有产品的设计,仅仅是根据抽象的设计原理和要求,设计出在质量和性能方面满足目的要求的系统。
(2)适应性设计:是在总的方案原理基本保持不变的情况下,对现有产品进行局部更改,或用微电子技术代替原有的机械机构或为了进行微电子控制对机械结构进行局部适应性设计,以使产品的性能和质量增加某些附加价值。
(3)变异性设计:是在设计方案和功能结构不变的情况下,仅改变现有产品的规格尺寸使之适应于量的方面有所变更的要求。
7.机电一体化设计程序:(1)明确设计思想(2)分析综合要求(3)划分功能模块(4)决定性能参数(5)调研类似产品(6)拟定总体方案(7)方案对比定型(8)编写总体设计论证书8.设计准则:在保证目的功能要求与适当寿命的前提下不断降低成本。
9.设计规律:根据设计要求首先确定离散元素间的逻辑关系,然后研究其相互间的物理关系,这样就可根据设计要求和手册确定其结构关系,最终完成全部设计工作。
10.绿色设计:在新产品的开发阶段,就考虑其整个生命周期内对环境的影响,从而减少对环境的污染、资源的浪费、使用安全和人类健康等所产生的副作用。
第2章 动力响应理论2.1引言机柜结构动力响应的计算机仿真分析是以设备动力响应理论为基础的,是进行设备结构动力响应研究的一种有效手段。
论文中主要研究设备动力响应两个方面的内容:设备结构固有特性分析和结构在地震波作用下的响应分析。
固有特性分析可以得到结构的固有频率和固有振型,是进行响应分析的基础;地震波响应分析将得到设备响应的时间历程变化。
在使用有限元工具对结构进行建模、分析之前必须掌握结构动力响应的理论和相关的有限元基本原理。
因此,本章重点叙述了与设备结构动力响应相关的机械振动学理论及其有限元仿真技术。
2.2结构动力响应分析相关理论2.2.1结构固有特性分析理论机柜设备结构的固有特性包括固有频率和振型,是响应分析的基础。
通过进行结构的固有特性分析可以使设计有效地避开结构的共振频率。
机柜设备是一个复杂振动系统,在理论分析过程中,常常可以把机柜设备简化为多自由度集中参数系统。
一般,多自由度系统的自由振动方程可以写成如下形式:{}...[]()[]{()}[]{()}{0}M x t C x t K x t ++=(21)a -式中:[]M , []C 和[]K 分别为系统的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵;()x t 、.()x t 、..()x t 分别为系统的位移列向量、速度列向量和加速度列向量。
而多自由系统的无阻尼自由振动方程可以写成如下形式:{}..[]()[]{()}{0}M x t K x t += (21)b -通常系统的自由振动是简谐振动,所以可以假设式 (21)b -的解为: {()}{}sin x t X pt = (22)- 式中:{}X 为系统的振幅列向量;p 为系统的自由振动频率。
将(22)-代入(21)b -,就可以得到系统的振型方程,其具体形式如下:2[][]{}{0}K M X p -= (23)- 可以看到,式(23)-是一个齐次线性方程组,根据线性代数知识,它具有非零解的充分必要条件为系数矩阵的行列式为零,亦即有下式成立。
计算机操作系统(第四版)课后习题答案(完整版)第⼀章1.设计现代OS的主要⽬标是什么?答:(1)有效性(2)⽅便性(3)可扩充性(4)开放性2.OS的作⽤可表现在哪⼏个⽅⾯?答:(1)OS作为⽤户与计算机硬件系统之间的接⼝(2)OS作为计算机系统资源的管理者(3)OS实现了对计算机资源的抽象3.为什么说OS实现了对计算机资源的抽象?答:OS⾸先在裸机上覆盖⼀层I/O设备管理软件,实现了对计算机硬件操作的第⼀层次抽象;在第⼀层软件上再覆盖⽂件管理软件,实现了对硬件资源操作的第⼆层次抽象。
OS 通过在计算机硬件上安装多层系统软件,增强了系统功能,隐藏了对硬件操作的细节,由它们共同实现了对计算机资源的抽象。
4.试说明推动多道批处理系统形成和发展的主要动⼒是什么?答:主要动⼒来源于四个⽅⾯的社会需求与技术发展:(1)不断提⾼计算机资源的利⽤率;(2)⽅便⽤户;(3)器件的不断更新换代;(4)计算机体系结构的不断发展。
5.何谓脱机I/O和联机I/O?答:脱机I/O 是指事先将装有⽤户程序和数据的纸带或卡⽚装⼊纸带输⼊机或卡⽚机,在外围机的控制下,把纸带或卡⽚上的数据或程序输⼊到磁带上。
该⽅式下的输⼊输出由外围机控制完成,是在脱离主机的情况下进⾏的。
⽽联机I/O⽅式是指程序和数据的输⼊输出都是在主机的直接控制下进⾏的。
6.试说明推动分时系统形成和发展的主要动⼒是什么?答:推动分时系统形成和发展的主要动⼒是更好地满⾜⽤户的需要。
主要表现在:CPU 的分时使⽤缩短了作业的平均周转时间;⼈机交互能⼒使⽤户能直接控制⾃⼰的作业;主机的共享使多⽤户能同时使⽤同⼀台计算机,独⽴地处理⾃⼰的作业。
7.实现分时系统的关键问题是什么?应如何解决?答:关键问题是当⽤户在⾃⼰的终端上键⼊命令时,系统应能及时接收并及时处理该命令,在⽤户能接受的时延内将结果返回给⽤户。
解决⽅法:针对及时接收问题,可以在系统中设置多路卡,使主机能同时接收⽤户从各个终端上输⼊的数据;为每个终端配置缓冲区,暂存⽤户键⼊的命令或数据。
中国海洋大学本科生课程大纲一、课程介绍1.课程描述:结构动力学是研究工程结构在循环荷载作用下的动力响应,与弹性动力学和机械振动具有相同的理论体系,只因他们的研究对象和/或研究内容不同而分为三门独立的课程。
弹性动力的研究对象为三维弹性体,与弹性力学的研究对象相同,而结构动力学的研究对象为特殊的三维弹性体,即弹性体的某一维尺寸远远大于(杆、梁)或小于(板)其它两维尺寸,因此,与结构力学的研究对象相同。
弹性动力学的研究内容是弹性波在弹性体中的传播,并不涉及弹性体的变形(位移),而结构动力学则研究结构在动力作用下的变形,包括位移及相应的速度和加速度,而不涉及波的传播问题。
机械振动的研究对象是机械装置和机构,研究内容与结构动力学相同。
因此,从理论方法上来说,结构动力学与机械振动两门课程是相同的。
2.设计思路:结构动力学是船舶与海洋工程专业选修课,通过该课程学习使学生掌握结构动力学的基本理论及分析计算方法,为后续的海洋工程结构动力分析和结构振动测试技术等课程以及毕业设计打下良好的基础。
其基本要求为:掌握线性系统的单自由度系统、多自由度系统的动力特性和动力相应的分析计算方法,了解分布参数系统的分析计算- 1 -方法,了解非线性系统振动和随机振动的基本概念和基本方法。
能够运用所学知识进行工程结构的动力分析计算。
3. 课程与其他课程的关系结构动力学中的一些基本概念与结构力学是不同的,一个最简单的例子是关于自由度的概念,也就是说静力自由度和动力自由度是两个完全不同的概念。
众所周知,一个结构的静力自由度必须是小于或等于零的,即所谓的静定和超静定结构,否则就不是结构而是机构。
也就是说,结构力学中的自由度(静力自由度)是刚体自由度。
而结构动力学中所说的自由度(动力自由度)是不包括结构刚体自由度在内的弹性体变形自由度,它是描述弹性体振动的参数。
刚体自由度是由结构的约束条件唯一确定的,而动力自由度则是由结构的质量分布唯一确定的。
1、什么是统计能量分析(SEA)及其发展历程?在以前,结构声的传输主要讨论和研究在一个方向或几个方向的无限结构元之间的传输。
对一个有限系统到另一个有限系统之间的结构声传输,由于各•个系统的几何形状的影响,使问题变得较复杂,从而给研究带来了比较大的困难。
这种系统振动的空间模态是由系统的特征函数和依赖于它的共振频率的系统频率响应特征决定的。
一般来说,由两个有限系统形成的耦合系统所具有的模态和共振频率是与组成该系统的两个子系统的共振频率是不一样的。
两个子系统之间的功率流(振动子结构之间的振动功率流或振动结构与声传播介质之间的传输功率流)取决于两个子系统的共振频率之间的匹配程度及它们之间的模态的相似程度和在两个子系统中阻尼的分布。
期外传统的机械振动分析主要是研究低频模态,因为在许多实际情况下,系统的低频模态是主要的,而且这些模态具有最大的位移响应,对结构振动具有主要的影响:另一方面由于低频时,在所研究的频带范用内,模态数比较少,这样使得利用经典的机械振动分析方法,如传递矩阵法、有限元分析法、边界元分析法成为可能。
从实验来说,这些模态也可通过实验方法加以测量。
但是对于大型的结构,特别是大型薄结构,如航空器结构、船舶结构或大型机械结构,振动模态分布在很宽的频带范1刑内,另外载荷激励也是宽带的,如宽带噪声场对飞机蒙皮、火箭运载体的激励,在工业机械噪声控制中,虽然我们常常忽略宽带噪声对结构激励所引起的噪声,但是工业机械结构振动辐射的噪声一般在300Hz〜5kHz的宽带范用内,在髙模态密度的情况下,经典分析方法给结构振动研究带来更多的困难,甚至不可能•因此采用统计模型的方法来研究问题是很自然的和适当的。
统计能量分析是60年代初开始发展起来的研究动态系统响应的一种统计分析方法,目前已得到广泛应用而成为随机振动分析的重要手段。
在机械振动中,人们已习惯于把统讣分析方法应用于时间上是随机变化的确左系统的振动。
而统汁能量分析的重要特征是把振动系统用许多统汁集合来描述,也就是统il•能量分析中所用的各种参数都是统讣参数,而不是指时间特征是随机的或不是随机的。
第七章多自由度体系的动力响应分析在第七章中,我们将学习多自由度体系的动力响应分析。
多自由度体系是指由多个部件或质点相互作用而构成的体系,在动力学中具有广泛应用。
其动力学行为比单自由度体系更为复杂,需要采用不同的方法进行分析。
多自由度体系的动力响应分析可分为两个主要步骤:建立动力学模型和求解动力学方程。
首先,我们需要根据实际问题建立多自由度体系的动力学模型。
常见的模型包括单自由度体系的推广、多质点系统和连续体模型等。
根据问题的特点选择合适的模型是十分重要的。
其次,我们需要求解多自由度体系的动力学方程。
一般来说,动力学方程可以通过运动方程和力学关系两个方面来建立。
运动方程描述了系统的几何特征,力学关系则描述了系统受到的力和约束。
通常,我们采用拉格朗日方程或哈密顿方程来建立动力学方程,并通过使用牛顿—克尔系统简化计算过程。
在求解动力学方程之后,我们可以通过模拟和分析来获得多自由度体系的动力响应。
常见的动力响应包括自由振动、强迫振动和阻尼振动等。
自由振动是指系统在无外力作用下的自我周期性振动。
强迫振动是指系统受到外界力作用而产生的振动。
阻尼振动是指系统在存在耗散力的情况下的振动。
在分析多自由度体系的动力响应时,我们还需要考虑共振现象和模态分析。
共振是指外界激励频率与系统固有频率相等时产生的特殊现象。
通过研究系统的固有频率和激励频率之间的关系,我们可以预测系统是否会发生共振,并作出相应的调整。
模态分析则是通过分解系统的振动模态,研究每个模态的特性和相互之间的耦合关系。
通过模态分析,我们可以更好地理解多自由度体系的动力响应。
在实际应用中,多自由度体系的动力响应分析经常涉及到复杂的计算和仿真。
因此,我们可以借助于计算机辅助工具,例如有限元分析和动力学仿真软件,来进行更精确和高效的分析。
总之,多自由度体系的动力响应分析是动力学中的一个重要课题。
它不仅具有理论研究的价值,还具有广泛的工程应用。
通过深入理解和掌握多自由度体系的动力响应分析方法,我们可以更好地分析和设计复杂的工程系统,推动科学技术的进步。
各种系统响应定义自由响应:也称固有响应,由系统本身特性决定,与外加激励形式无关。
对应于齐次解。
强迫响应:形式取决于外加激励。
对应于特解。
暂态响应:是指激励信号接入一段时间内,完全响应中暂时出现的有关成分,随着时间t 增加,它将消失。
稳态响应:由完全响应中减去暂态响应分量即得稳态响应分量。
零输入响应:没有外加激励信号的作用,只由起始状态(起始时刻系统储能)所产生的响应。
零状态响应:不考虑原始时刻系统储能的作用(起始状态等于零),由系统的外加激励信号产生的响应。
由常系数微分方程描述的系统在下述意义上是线性的。
(1)响应可分解为:零输入响应+零状态响应。
(2)零状态线性:当起始状态为零时,系统的零状态响应对于各激励信号呈线性。
(3)零输入线性:当激励为零时,系统的零输入响应对于各起始状态呈线性。
例:已知一线性时不变系统,在相同初始条件下,当激励为()f t 时,其全响应为31()2e sin(2) ()t y t t t ε-⎡⎤=+⎣⎦;当激励为2()f t 时,其全响应为32()e 2sin(2) ()t y t t t ε-⎡⎤=+⎣⎦。
求:(1)初始条件不变,当激励为 0()f t t -时的全响应3()f t , 0t 为大于零的实常数。
(2)初始条件增大1倍,当激励为0.5()f t 时的全响应4()f t 。
解:设零输入响应为zi ()r t ,零状态响应为zs ()r t ,则有31zi zs ()()()2e sin(2)()t y t y t y t t t ε-⎡⎤=+=+⎣⎦32zi zs ()()2()[e 2sin(2)]()t y t y t y t t t ε-=+=+3zi ()3e ()t y t t ε-= 3zs ()[e sin(2)]()t y t t t ε-=-+3zs ()[2e sin(2)]()t y t t t ε-=+(1)初始条件不变,激励 0()f t t -时03()3300()3e ()[e sin 2()]()t t t y t t t t t t εε---=+-+--(2)初始条件增大1倍,激励0.5()f t ,334()6e ()0.5[2e sin(2)]()t t y t t t t εε--=++。