結(jié)構(gòu)動力計算要點
研究內(nèi)容:動力計算研究結(jié)構(gòu)在動力荷載作用下的變形和內(nèi)力,即研究結(jié)構(gòu)的動力反應(yīng)。
動力荷載:大小、方向、作用點隨時間而變化的荷載。
結(jié)構(gòu)的動力反應(yīng)不但與動力荷載的性質(zhì)有關(guān),還與結(jié)構(gòu)本身的動力特性直接相關(guān)。
結(jié)構(gòu)本身的動力特性是結(jié)構(gòu)本身固有的,如自振頻率及振型。
動力計算的特點:動力計算不能忽略慣性力,這是動力計算與靜力計算的本質(zhì)區(qū)別。內(nèi)力和變形都是時間的函數(shù)。
動力荷載的分類: 簡諧性周期荷載、沖擊荷載、隨機荷載。
體系自由度:質(zhì)點的位移就是動力計算的基本未知數(shù)。確定運動過程中任一時刻所有質(zhì)量的位置所需的獨立幾何參數(shù)的數(shù)目,稱為該體系的自由度。
阻尼
阻尼對結(jié)構(gòu)的作用 :一類是材料的非彈性變形,使變形能損失。一類是阻尼力,包括介質(zhì)阻力和摩擦阻力。
阻尼是振動的一個重要因素,而且很復雜,需化簡;
把各種阻尼綜合作用假定為受一個阻尼力作用。并且假定阻尼力的大小與質(zhì)點的運動速度成正比,這一假定稱為粘滯阻尼理論。
自振周期T:振動一周需要的時間;單位:“s(秒)”
自振頻率f:單位時間的振動次數(shù);單位:“Hz(赫茲)”
圓頻率或頻率w:2à時間內(nèi)的振動次數(shù),單位:“弧度/s”;
自振周期的性質(zhì):
自振周期僅與結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度有關(guān);與外界的干擾力無關(guān)。
質(zhì)量越大,周期越大; 剛度越大,周期越小。
自振周期是結(jié)構(gòu)動力性能的一個重要指標。
剛度系數(shù):使質(zhì)點產(chǎn)生單位位移需要施加的力。
柔度系數(shù):質(zhì)點在單位力作用下產(chǎn)生的位移。
動力放大系數(shù)
1)簡諧動荷載作用在質(zhì)點上,內(nèi)力動力系數(shù)與位移動力系數(shù)相同。
只須將干擾力幅值當作靜荷載按靜力方法計算出相應(yīng)的位移、內(nèi)力,再乘以動力系數(shù)b即可。
2) 簡諧動荷載不作用在質(zhì)點上,結(jié)構(gòu)沒有一個統(tǒng)一的動力系數(shù)
先算出質(zhì)體上的慣性力,再將慣性力及荷載幅值作用于結(jié)構(gòu)上(如左圖所示),然后按靜力方法計算位移和內(nèi)力。
最大位移和最大內(nèi)力的計算
振動體系的最大位移為最大動位移與靜位移之和;
振幅為動位移的幅值(最大動位移);
最大內(nèi)力為最大動內(nèi)力與靜內(nèi)力之和。
最大動位移和最大動內(nèi)力要考慮動力系數(shù)的影響;
動位移和動內(nèi)力有正負號的變化,在與靜位移和內(nèi)力疊加時應(yīng)予以注意。
動荷載頻率與結(jié)構(gòu)受力特點的關(guān)系
當外荷載的頻率很小時(θ<<ω),體系振動很慢,因此慣性力和阻尼力都很小,動荷載主要與彈性力平衡。
當外荷載的頻率很大時 (θ>>ω),體系振動很快,因此慣性力很大,彈性力和阻尼力相對來說比較小,動荷載主要與慣性力平衡。
當外荷載接近自振頻率時(θ ≈ ω),彈性力和慣性力都接近于零,這時動荷載主要由阻尼力相平衡。
阻尼對振動的影響
?<<1為小阻尼,體系具有振動的性質(zhì);自振頻率減小
?<>1(大阻尼)和?<=1(臨界阻尼)時,體系不具有振動的性。
通常阻尼比ξ很小,一般結(jié)構(gòu)可取 wr≈w。
利用有阻尼體系自由振動時振幅衰減的特性,可以用實驗方法確定體系的阻尼比。
在強迫振動中, 阻尼起著減小動力系數(shù)的作用.
當?/w的值在0.75~1.25之內(nèi)(共振區(qū))時,阻尼對降低動力系數(shù)的作用特別顯著。
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