一個3DOF動力學模型的理論分析和數值仿真

市面上的結構動力學教材(振動力學、振動理論等)都會包含多自由度系統的振動理論,有時候它們可能把兩自由度系統單獨列出一章節,但筆者沒見過單獨列出三自由度系統的,這就是筆者寫此文的原因。


01 運動微分方程(動靜法)

一個3DOF動力學模型的理論分析和數值仿真的圖1

一個3DOF動力學模型的理論分析和數值仿真的圖2

理論中,根據下式可求解固有頻率;

一個3DOF動力學模型的理論分析和數值仿真的圖3

一個3DOF動力學模型的理論分析和數值仿真的圖4

一個3DOF動力學模型的理論分析和數值仿真的圖5


02 數值仿真(模態分析)

建立一個三自由度系統。設M1=50Kg,M2=25Kg,M3=12.5Kg;K1=200000N/m,K2=100000N/m,K3=50000N/m。

一個3DOF動力學模型的理論分析和數值仿真的圖6

一個3DOF動力學模型的理論分析和數值仿真的圖7


03 傳遞函數

假設系統阻尼為比例阻尼,模態阻尼比恒為0.02,運行以下腳本。

一個3DOF動力學模型的理論分析和數值仿真的圖8一個3DOF動力學模型的理論分析和數值仿真的圖9


04 數值仿真(諧響應分析)

在M1上施加單位力,掃頻范圍為0.01Hz到20Hz,使用比例阻尼模型。

一個3DOF動力學模型的理論分析和數值仿真的圖10

一個3DOF動力學模型的理論分析和數值仿真的圖11

一個3DOF動力學模型的理論分析和數值仿真的圖12


05 附:TMD減振機理研究

先去掉M3和K3,其它參數不變,三自由度系統變為兩自由度系統。

一個3DOF動力學模型的理論分析和數值仿真的圖13

M1上作用單位簡諧荷載,M2的位移響應:

下圖的兩個峰值,分別為:7.1164Hz,14.213Hz。

一個3DOF動力學模型的理論分析和數值仿真的圖14

假設M3=5Kg,求K3等于多少時,M1上作用單位簡諧荷載,M2的振動響應最小。

一個3DOF動力學模型的理論分析和數值仿真的圖15下圖的前兩個峰值,分別為:5.8571Hz,8.3858Hz

一個3DOF動力學模型的理論分析和數值仿真的圖16使用scilab再算一次

一個3DOF動力學模型的理論分析和數值仿真的圖17

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