高等结构动力学简单题

Advanced Structural Dynamics Project

The dynamic response and stability analysis of

the beam under vertical excitation

Instructor： Dr. Li Wei

Name：

Student ID：

1. Problem description and the purpose of the project

1.1 calculation model

An Eular beam subjected to an axial force. Please build the

differential equation of motion and use a proper difference method to

solve this differential equation. Study the dynamic stability of the beam

related to the frequency and amplitude of the force. As shown in the Fig

1.1.

Fig1.1

1.2 purpose and process arrangement

a. learning how to create mathematical model of the continuous

system and select proper calculation method to solve it.

b. learning how to build beam vibration equation and solve Mathieu

equation.

c. using Floquet theory to judge vibration system’s stability and

一、填空题

1、消能减震技术包括：速度相关型消能减震装置，位移相关型消能减震装置,其他相关型消能减震装置

2、调频减震技术包括：有调谐质量阻尼器(TMD)和调谐液体阻尼器(TLD） 、调谐液柱式阻尼器（TLCD） 振动控制系统

3、地震动三要素：振幅、频谱、持时

4、结构的固有特性：频率、振型,阻尼

5、实验测量阻尼比的方法：对数衰减率法、共振放大法、半功率法

6、逐步积分法的四个标准：收敛性、计算精度、稳定性、计算效率

7、结构离散化方法：集中质量法、广义坐标法、有限元法

8、基本力学原理及运动方程的建立：D'Alembert原理、虚功原理、哈密顿原理、拉格朗日方程、牛顿定理

9、结构抗震试验方法：伪静力试验方法或低周反复加载、地震模拟振动台试验方法、伪动力试验方法或计算机联机试验

10、等效阻尼比用在:等效线性化分析过程中

11、常用的阻尼有：粘性阻尼、摩擦阻尼、滞变阻尼、流体阻尼

12、测量振动量的仪器：加速度计、位移计、速度计

13、单自由度体系对任意荷载的反应分析方法：时域分析法（杜哈梅积分计算)、频域分析法（傅里叶变换法计算)——适用于处理线弹性结构的动力反应问题

14、常用的时域逐步积分法有:分段解析法、中心差分法、平均常加速度法、线性加速度法、Newmark-β法、Wilson—θ法

15、常用的恢复力模型:当伯格-奥斯左德模型、克拉夫退化双线性模型、武田模型

16、振型的归一化方法:特定坐标的归一化方法、最大位移的归一化方法、正交归一法

17、恢复力曲线模型三个组成部分：骨架曲线、滞回特性、刚度退化规律

18、确定恢复力曲线的方法：试验拟合法、系统识别法、理论计算法

二、简答题

1。结构动力学的广义研究内容、目的是什么?

内容：结构动力学是研究结构体系的动力特性几起在动力荷载作用下的动力反应分析原理和方法的一门理论和技术学科

目的:是确定动力荷载作用下结构的内力和变形，并通过动力分析确定结构的动力特性，为改善工程结构体系在动力环境中的安全性和可靠性提供坚实的理论基础。

表3． 船海学院 学院（系、所） 船海系 研究生课程简介

课程名称：高等结构动力学 课程代码：

英文名称：Advanced Structural Dynamics

课程类型：■讲授课程 □实践（实验、实习）课程 □研讨课程 □其它

考核方式：考试 教学方式：授课

适用专业：船舶与海洋工程 适用层次： 硕士 ■ 博士 □

开课学期： 秋季 总学时/讲授学时： 32 学分：2

先修课程要求： 工程结构振动

课程组教师姓名 职 称 专 业 年 龄 学术专长

李威 副教授 船舶与海洋工程 38 结构振动、水下声学

教学大纲：

一、 教学目的

本课程是技术基础课，它立足于解决与结构振动相关的工程实际问题，又具有较系统的理论体系。通过各个教学环节，使学生掌握结构振动的基本规律，能够运用结构振动的基本原理和基本方法去分析和解决与结构振动相关的工程实际问题。

二、 基本教学内容与学时安排

（一）概论（2学时）

主要内容：结构动力学发展史，结构动力学分类、研究范围等。

（二）单自由度系统（8学时）

主要内容：系统运动微分方程的建立；自由振动、受迫振动响应；复频域分析；任意激励系统响应。

（三）多自由度系统（8学时）

主要内容：系统运动微分方程的建立；假定振型法；固有模态的求解和基本特性；刚体模态；瑞利法和瑞利里兹法；振型叠加法。

（四）连续系统（6学时）

主要内容：系统运动微分方程的建立；哈密顿原理；铁木辛科梁理论；杆的轴向、梁的横向振动特性；固有模态特性；薄板振动。

教学大纲（续）

（五）非线性振动系统（2学时）

主要内容：非线性问题；求解方法概述；李雅普诺夫稳定性理论；自激振动；参数振动。

（六）数值方法（4学时）

主要内容：Newmark 法；Wilson 法；迭代法；传递矩阵法。

（七）隔振原理（2学时）

主要内容：基本原理；隔振评价体系；单层隔振系统；双层隔振系统；动力吸振器；机械阻抗计算及分析。

结构动力学课程总结与进展综述

首先谈一下我对高等结构动力学课程的认识。结构动力学研究结构系统在动力荷载作用下的位移和应力的分析原理和计算方法。它是振动力学的理论和方法在一些复杂工程问题中的综合应用和发展，是以改善结构系统在动力环境中的安全和可靠性为目的的。这门课的主要内容包括运动方程的建立、单自由度体系、多自由度体系、无限自由度体系的动力学问题、随机振动、结构抗震计算及结构动力学的前沿研究课题。既有线性系统的计算，又有非线性系统的计算；既有确定性荷载作用下结构动力影响的计算，又有随机荷载作用下结构动力影响的随机振动问题；阻尼理论既有粘性阻尼计算，又有滞变阻尼、摩擦阻尼的计算。我们是航空院校，当然我们所修的高等结构动力学主要针对的是飞行器结构。这门课程很难，我通过课程和考试学到了不少东西，当然，也有很多东西不懂，我的研究方向是动力学结构优化设计，其中我对于目前的灵敏度分析研究比较感兴趣，这门课程是我以后学习的基础。

二十世纪中叶，计算机科学发展迅速，有限元方法得到长足进步，使得力学，特别是结构力学的研究方向发生了重大变化，研究范围也得以拓宽。长期处于被动状态的结构分析，转化到主动的结构优化设计，早期的结构优化设计，考虑的是静强度问题。但实践指出，许多工程结构，例如飞行器，其重大事故大多与动强度有关。同理，在航天、土木、桥梁等具有结构设计业务的工作部门，运用结构动力学优化设计技术，必将带来巨大的经济效益。20世纪60年代，动力学设计也称动态设计（dynamic design）开始兴起，但真正的发展则在八、九十年代，现正处于方兴未艾之际。“动态设计”一词常易引起误解，逐被“动力学设计”所取代。进入90年代以来，结构动力学优化设计的研究呈现出加速发展的态势，在许多方面取得了令人耳目一新的成果。尽管如此，它的理论和方法尚有待系统和完善，其软件开发和应用与工程实际还存在着较大的距离，迄今尚存在着许多未能很好解决甚至尚未涉足的问题。因此，结构动力学优化设计今后的研究任重而道远，将充满众多困难和障碍，面临各种新的挑战，但它的学术价值和发展前景也异常诱人和辉煌。