结构动力学专题
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一1、结构动力学计算的特点?(对比静力问题)○1动力反应要计算全部时间点上的一系列的解,比静力问题复杂要消耗更多的计算时间。
○2与静力问题相比,由于动力反应中结构的位置随时间迅速变化,从而产生惯性力,惯性力对结构的反应又产生重要的影响。
2、结构动力学是研究什么的?包含什么内容?结构动力学:是研究结构体系的动力特性及其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:在于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。
二、1、动力系数(有阻尼、无阻尼。
简谐、半功率点法、位移计……)2、动力系数和哪些因素有关动力放大系数受阻尼比控制,Rd 曲线形状可以反映出阻尼比的影响。
主要有两点:其一是峰值大小;其二是曲线的胖瘦。
3、动力系数在工程(隔震、调频减震)的应用4、如何用动力系数测阻尼比三、1、阻尼 阻尼也称阻尼力,是引起结构能量的耗散,使结构振幅逐渐变小的作用。
阻尼的来源:1固体材料变形时的内摩擦,或材料快速反应引起的热耗散;2结构连接部位的摩擦;3结构周围外部介质引起的阻尼。
2.阻尼比常用的测量方法及其优缺点:(1)对数衰减率法:相邻振动峰值比的自然对数值称为对数衰减率。
采用自由振动试验,测一阶振型的阻尼比较容易。
测量高阶振型阻尼比的关键是能激发出按相应振型的自由振动。
(2) 共振放大法:采用强迫振动试验,通过共振得到(Rd )max 由于静荷载下的位移较难确定,应用上存在一定的技术困难,但通过一定数学上的处理还是可以用的。
(Ust 是零频时的静位移,不容易测得。
)(3) 半功率点(带宽)法:采用强迫振动试验,测出Rd-w/wn 图上振幅值等于倍最大振幅的点,对应的长度的1/2即为阻尼比。
不但能用于单自由度体系,也可以用于多自由度体系,对多自由度体系要求共振频率稀疏,即多个自振频率应相隔较远,保证在确定相应于某一自振频率的半功率点时不受相邻自振频率的影响。
3、等效粘滞阻尼比○1、粘性阻尼是一种理想化的阻尼,具有简单和便于分析计算的优点。
《结构动力学》考试复习题一、(概念题)(1) (填空题)某等效单自由度振动系统具有下列参数:17.5m kg =,70/k N cm =,阻尼比0.2ξ=,则系统的固有频率ω为 rad/s ,等效阻尼系数c 为 N. s/m 。
(2) (填空题)某振动系统具有下列参数:17.5m kg =,70/k N cm =,0.7/c N s cm =⋅,则系统的固有频率ω为 ,阻尼比ξ为 ,对数衰减率n 为 。
(3) (简单计算题)一弹簧悬挂某质量块,弹簧产生了静变形mm 4=∆st ,试确定系统作自由振动的固有频率 (重力加速度取2s m /10=g )。
(10分)(4) (填空题)当系统受简谐力作用发生共振时,系统所受的外力是由 来平衡。
(5) (问答题)某单自由度系统具有非线性的弹簧,其运动方程为:()()mx cx f x F t ++=,能否用杜哈美积分计算该系统的受迫振动响应?并说明理由。
(6) (填空题)同种材料的弦承受相同的张力,如果长度增加到原来的4倍,截面积减小到原来的4倍,则作该弦横向振动的各阶固有频率将 。
(7) (填空题)图示两个系统,已知各质点的质量 i m ,刚架的质量不计,忽略杆的轴向变形,试分别确定两系统的动力自由度: (1) n = ; (2) n = 。
(8) (作图题) 0.1ξ=时单自由度系统受迫振动的相频曲线如图所示,其中ω为系统的固有频率,p 为激振力的频率,ϕ为位移响应滞后于激振力的相位角。
试大致绘出0.05ξ=和0.2ξ=时相频曲线的形状。
(9) (问答题)模态分析法能否求解多自由度系统的弹塑性地震响应?并说明理由。
(10) (选择题) 对于一个单自由度系统而言,其临界阻尼与系统的固有特性参数 ,与系统所受的阻尼力 。
(a) 有关,有关;(b) 无关,无关;(c) 有关,无关;(d) 无关,有关2ωpππ二、(计算题)(1) 图示两个系统,已知EI 和M ,弹簧刚度316k EI l =,不计梁的质量,试确定:(1) 简支梁的等效刚度L k ;(2)两个系统的等效刚度a k 和b k ;(3) 两个系统的固有频率a ω和b ω。
结构动力学试题及答案(本文按试题和答案格式进行编写)试题一:1. 请问什么是结构动力学?2. 简述结构动力学的研究对象和主要内容。
3. 结构动力学分析常用的方法有哪些?4. 结构动力学分析中常用的数学模型有哪些?5. 结构动力学的应用领域有哪些?答案一:1. 结构动力学是研究结构在外力作用下的动态响应及其稳定性的学科。
2. 结构动力学的研究对象是各种工程结构,主要内容包括结构的振动、冲击响应、瞬态响应和稳态响应等。
3. 结构动力学分析常用的方法有模态分析法、频率响应分析法、时程分析法等。
4. 结构动力学分析中常用的数学模型有单自由度体系、多自由度体系、连续体系等。
5. 结构动力学的应用领域广泛,包括建筑结构工程、桥梁工程、风力发电机组、地震工程等。
试题二:1. 结构动力学分析中,模态分析的基本原理是什么?2. 简述模态分析的步骤和计算方法。
3. 常用的模态分析软件有哪些?4. 请问什么是结构的固有频率和阻尼比?5. 结构的模态振型对结构动力响应有什么影响?答案二:1. 模态分析是基于结构的振动特性,通过求解结构的固有频率、模态振型和阻尼比等参数,来研究结构的动力响应。
2. 模态分析的步骤包括建立结构有限元模型、求解结构的固有频率和模态振型、计算结构的阻尼比等。
常用的计算方法有有限元法、拉普拉斯变换法等。
3. 常用的模态分析软件有ANSYS、ABAQUS、MSC.NASTRAN等。
4. 结构的固有频率是结构在无外力作用下自由振动的频率,阻尼比是结构振动过程中能量耗散的程度。
5. 结构的模态振型对结构动力响应有很大影响,不同的模态振型会导致不同的振动特性和反应。
试题三:1. 结构动力学分析中,频率响应分析的基本原理是什么?2. 简述频率响应分析的步骤和计算方法。
3. 频率响应分析和模态分析有什么区别?4. 结构的频率响应函数和传递函数有什么区别?5. 频率响应分析在结构设计中的应用有哪些?答案三:1. 频率响应分析是研究结构在单频激励下的响应特性,通过求解结构的频率响应函数,来获得结构的响应。
结构动力学试题一、选择题1. 结构动力学中的“动力响应”是指:A. 结构在静态载荷下的变形B. 结构在动态载荷下的变形C. 结构的自然频率D. 结构的阻尼比2. 单自由度系统的周期公式为:A. T = 2π√(m/k)B. T = 2π√(k/m)C. T = 2π/mD. T = π√(m/k)3. 多自由度系统的振型分解法是基于以下哪个原理?A. 结构的对称性B. 结构的不确定性C. 结构的线性叠加原理D. 结构的能量守恒原理4. 在地震分析中,反应谱方法的主要优点是:A. 考虑了地震动作用的非线性B. 可以处理任意形状的地震波形C. 能够直接给出结构的响应结果D. 适用于快速评估结构的地震安全性5. 结构阻尼比的增大通常会导致:A. 自然频率的提高B. 振幅的减小C. 周期的延长D. 响应的不稳定二、填空题1. 在结构动力学中,________是用来描述结构在动态载荷作用下的运动状态。
2. 动态载荷下,结构的响应可以通过________方法进行求解,该方法基于结构振动的线性叠加原理。
3. 地震波的________特性对结构的响应有显著影响,因此在进行地震分析时需要特别考虑。
4. 结构的阻尼比可以通过________方法进行实验测定,以评估结构的能量耗散能力。
5. 在进行结构动力分析时,通常需要将结构简化为________自由度系统,以便于计算和分析。
三、简答题1. 请简述单自由度系统与多自由度系统的区别及其各自的适用场景。
2. 描述地震波的基本特性,并解释为什么需要对其进行频谱分析。
3. 说明结构阻尼对动力响应的影响,并讨论如何通过设计来提高结构的阻尼性能。
四、计算题1. 一个单自由度系统的质量为500 kg,刚度为2000 N/m。
请计算该系统的自然频率和阻尼比为0.05时的周期。
2. 假设一个结构在地震作用下的最大加速度为0.3g,其中g为重力加速度(9.81 m/s²),请使用反应谱方法计算该结构在自然频率为2Hz时的响应加速度。
结构动力学试题及答案一、选择题1. 在结构动力学中,下列哪项不是描述结构动力响应的参数?A. 自然频率B. 阻尼比C. 静力平衡D. 模态阻尼2. 以下哪个不是结构动力学分析中的常用方法?A. 模态分析B. 时域分析C. 频域分析D. 静力分析二、简答题1. 简述结构动力学中模态分析的目的和重要性。
2. 描述阻尼对结构动力响应的影响。
三、计算题1. 假设一个单自由度系统,其质量为m,刚度为k,初始位移为x0,初始速度为v0。
若外力为F(t) = F0 * sin(ωt),求该系统在任意时间t的位移响应。
答案一、选择题1. 正确答案:C. 静力平衡解析:静力平衡是静力学的概念,与结构动力学无关。
2. 正确答案:D. 静力分析解析:静力分析是分析结构在静载荷作用下的响应,而结构动力学分析动态载荷下的结构响应。
二、简答题1. 模态分析的目的在于识别结构的自然振动特性,包括自然频率、阻尼比和模态形状。
它的重要性在于:- 预测结构在动态载荷下的响应。
- 为控制结构的振动提供基础数据。
- 优化设计,提高结构的抗震性能。
2. 阻尼对结构动力响应的影响主要表现在:- 减少振动幅度,提高结构的稳定性。
- 改变系统的自然频率和模态形状。
- 影响系统的动态响应时间。
三、计算题1. 单自由度系统的位移响应可以通过以下步骤求解:- 写出系统的动力学方程:m * d²x/dt² + c * dx/dt + k * x = F(t)- 应用初始条件:x(0) = x0, v(0) = v0- 应用外力:F(t) = F0 * sin(ωt)- 通过傅里叶变换或拉普拉斯变换求解方程。
- 应用逆变换得到位移响应的解析解或数值解。
位移响应的一般形式为:x(t) = X * cos(ωt - φ) + Y *sin(ωt - φ),其中X和Y是与系统参数和初始条件有关的常数,φ是相位角。
具体的数值需要根据系统参数和初始条件进行计算。
结构动力学第1章单自由度系统1.1 总结求单自由度系统固有频率的方法和步骤。
1.2 叙述用衰减法求单自由度系统阻尼比的方法和步骤。
1.3 叙述用正选弦激励求单自由度系统阻尼比的方法和步骤。
1.4 求图1-33中标出参数的系统的固有频率。
1.5 求图1-34所示系统的固有频率。
图中匀质轮A 半径R,重物B 的重量为P/2,弹簧刚度为k.1.6求图1-35所示系统的固有频率。
图中磙子半径为R,质量为M,作纯滚动。
弹簧刚度为K 。
1.7求图1-36所示齿轮系统的固有频率。
已知齿轮A 的质量为A m ,半径为A r ,齿轮B 的质量为B m ,半径为B r ,杆AC 的扭转刚度为A k , ,杆BD 的扭转刚度为B k 。
1.8已知图1-37所示振动系统中,匀质杆长为l ,质量为m,两弹簧刚度皆为K,阻尼系数为C,求当初始条件000==θθ 时 〔1〕t F t f ωsin )(=的稳态解; 〔2〕t t t f )()(δ=的解;1.9图1-38所示盒内有一弹簧振子,其质量为m,阻尼为C,刚度为K,处于静止状态,方盒距地面高度为H,求方盒自由落下与地面粘住后弹簧振子的振动历程与振动频率。
1.10汽车以速度V 在水平路面行使。
其单自由度模型如图1-39。
设m 、k 、c 已知。
路面波动情况可以用正弦函数sin()y h at =表示。
求:〔1〕建立汽车上下振动的数学模型;〔2〕汽车振动的稳态解。
1.11.若电磁激振力可写为t H t F 02sin )(ω=,求将其作用在参数为m 、 k 、 c 的弹簧振子上的稳态响应。
1.12.若流体的阻尼力可写为3xb F d -=,求其等效粘性阻尼。
第1章1.4 a> ()3314848EIl EI k l mω=+31348k l EImlω+= c>3133k l EIml ω+= d>mk 21=ω1.5ω=1.6ω=1.7ω==1.8 运动微分方程: 366()c k f t m m mlθθθ++= 〔1〕)t θωα=-236c arctgk m ωαω=- 〔2〕()sin nt d d h e t m θωω-=22632d k cm m ω⎛⎫=- ⎪⎝⎭1.9()sin nt d dx t ω-=d ω=1.10 〔1〕)sin()cos(at kh at ach ky y cym +=++ 〔2〕sin()y t ωϕ=- 3222tan()()mc acr k k m c ωϕωω=-+1.110()sin(2/2)2Hx t A t k ωϕπ=--+20220216)4(2ωωωn mHA n +-=2202arctan4n n ωϕωω=-mk m c n n ==2,2ω 1.122243A b c n eq ω=第2章 两个自由度系统2.1 求如图2-11所示系统的固有频率和固有振型,并画出振型。
结构动力学问题(一)
结构动力学问题
1. 什么是结构动力学问题?
•结构动力学问题是指在工程结构体系中,因为外界的荷载作用或结构自身的振动等因素导致的结构反应、结构稳定性、结构振动
等相关问题。
2. 结构的响应问题
•各种荷载作用下,结构的应力、应变等响应特性是结构动力学研究的关键内容之一。
•结构的响应问题可以包括结构强度、刚度、振动特性等。
3. 结构稳定性问题
•结构稳定性是指结构在荷载作用下能够保持原有的强度和刚度,不发生失稳的能力。
•结构稳定性问题主要包括屈曲、扭转和稳定失效等。
4. 结构振动问题
•结构振动是指结构在自然频率下受到的激励而发生的周期性振动。
•结构振动问题包括自由振动、受迫振动以及结构的阻尼等。
5. 结构动力学分析方法
•结构动力学分析方法用于解决结构动力学问题,包括有限元法、动力试验法、模态分析法等。
•这些方法可以用来计算结构的响应、稳定性和振动情况,并提供结构设计和改进的依据。
6. 结构动力学问题的应用
•结构动力学问题的研究和解决对于工程领域非常重要,涉及建筑物、桥梁、飞机、船舶等领域。
•在工程设计和施工中,需要考虑结构的动力学特性,以确保结构的安全性和可靠性。
7. 结论
•结构动力学问题是工程结构领域中一个重要且广泛的研究方向,涉及结构响应、稳定性和振动等问题。
•通过合适的分析方法和工程实践,可以解决和优化结构动力学问题,提高结构的性能和可靠性。