结构动力学-1.ppt

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哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学土木工程学院土木工程学院结构力学教研室结构力学教研室张金生张金生2004年年7月月结构动力学结构动力学结构动力学结构动力学目录目录第一章第一章绪论绪论第二章第二章单自由度体系的振动分析单自由度体系的振动分析第三章第三章有限自由度体系的振动分析有限自由度体系的振动分析第四章第四章实用计算方法实用计算方法第五章第五章无限自由度体系的振动分析无限自由度体系的振动分析第六章第六章动力有限元分析动力有限元分析第七章第七章分析动力学分析动力学主要参考书主要参考书结构动力学克劳夫结构动力学克劳夫王光远等译王光远等译科学出版社科学出版社结构动力学赵光恒主编结构动力学赵光恒主编水利水电出版社水利水电出版社建筑结构振动计算郭长城主编建筑结构振动计算郭长城主编建工出版社建工出版社建筑结构振动计算续编郭长城编著建筑结构振动计算续编郭长城编著建工出版社建工出版社结构动力学邹经湘主编结构动力学邹经湘主编哈工大出版社哈工大出版社应用分析动力学王光远编著应用分析动力学王光远编著科学出版社科学出版社DYNAMICSOFSTRUCTURESDYNAMICSOFSTRUCTURESAnilK.ChopraAnilK.Chopra第一章第一章绪论绪论1.11.11.11.1结构动力学的研究内容和任务结构动力学的研究内容和任务结构动力学的研究内容和任务结构动力学的研究内容和任务人类为了生产、生活的需要，需要采用天然或人工人类为了生产、生活的需要，需要采用天然或人工人类为了生产、生活的需要，需要采用天然或人工人类为了生产、生活的需要，需要采用天然或人工材料建造各种各样的建筑物和构筑物（结构）。

这些建材料建造各种各样的建筑物和构筑物（结构）。

这些建材料建造各种各样的建筑物和构筑物（结构）。

这些建材料建造各种各样的建筑物和构筑物（结构）。

这些建筑物在使用过程中要受到各种外界作用（荷载）。

在这筑物在使用过程中要受到各种外界作用（荷载）。

在这筑物在使用过程中要受到各种外界作用（荷载）。

在这筑物在使用过程中要受到各种外界作用（荷载）。

在这些作用下，结构会产生内力、变形等（反应）。

为了节些作用下，结构会产生内力、变形等（反应）。

为了节些作用下，结构会产生内力、变形等（反应）。

为了节些作用下，结构会产生内力、变形等（反应）。

为了节省造价、保证安全、提高寿命并有效地实现使用功能，省造价、保证安全、提高寿命并有效地实现使用功能，省造价、保证安全、提高寿命并有效地实现使用功能，省造价、保证安全、提高寿命并有效地实现使用功能，需要控制结构的反应，这就需要研究结构、作用、反应需要控制结构的反应，这就需要研究结构、作用、反应需要控制结构的反应，这就需要研究结构、作用、反应需要控制结构的反应，这就需要研究结构、作用、反应的关系。

的关系。

的关系。

的关系。

结构动力学是研究结构、动荷载、结构反应三者关结构动力学是研究结构、动荷载、结构反应三者关结构动力学是研究结构、动荷载、结构反应三者关结构动力学是研究结构、动荷载、结构反应三者关系的学科。

系的学科。

系的学科。

系的学科。

输入输入输入输入（动力荷载）（动力荷载）（动力荷载）（动力荷载）结构结构（系统）（系统）输出输出输出输出（动力反应）（动力反应）（动力反应）（动力反应）第一类问题：

反应分析（结构动力计算）第一类问题：

反应分析（结构动力计算）第一类问题：

反应分析（结构动力计算）第一类问题：

反应分析（结构动力计算）第二类问题：

参数（或称系统）识别第二类问题：

参数（或称系统）识别第二类问题：

参数（或称系统）识别第二类问题：

参数（或称系统）识别输入输入输入输入（动力荷载）（动力荷载）（动力荷载）（动力荷载）结构结构（系统）（系统）输出输出输出输出（动力反应）（动力反应）（动力反应）（动力反应）第三类问题：

荷载识别。

第三类问题：

荷载识别。

第三类问题：

荷载识别。

第三类问题：

荷载识别。

输入输入（动力荷载）（动力荷载）结构结构（系统）（系统）输出输出（动力反应）（动力反应）当前结构动力学的研究内容为当前结构动力学的研究内容为当前结构动力学的研究内容为当前结构动力学的研究内容为:

第四类问题：

控制问题第四类问题：

控制问题第四类问题：

控制问题第四类问题：

控制问题输入输入（动力荷载）（动力荷载）结构结构（系统）（系统）输出输出（动力反应）（动力反应）控制系统控制系统（装置、能量）（装置、能量）任务任务任务任务讨论结构在动力荷载作用下反应的分析方法。

寻找结讨论结构在动力荷载作用下反应的分析方法。

寻找结讨论结构在动力荷载作用下反应的分析方法。

寻找结讨论结构在动力荷载作用下反应的分析方法。

寻找结构固有动力特性、动力荷载和结构反应三者间的相互关系，构固有动力特性、动力荷载和结构反应三者间的相互关系，构固有动力特性、动力荷载和结构反应三者间的相互关系，构固有动力特性、动力荷载和结构反应三者间的相互关系，即结构在动力荷载作用下的反应规律，为结构的动力可靠即结构在动力荷载作用下的反应规律，为结构的动力可靠即结构在动力荷载作用下的反应规律，为结构的动力可靠即结构在动力荷载作用下的反应规律，为结构的动力可靠性（安全、舒适）设计提供依据。

性（安全、舒适）设计提供依据。

性（安全、舒适）设计提供依据。

性（安全、舒适）设计提供依据。

本课程主要介绍结构的反应分析本课程主要介绍结构的反应分析本课程主要介绍结构的反应分析本课程主要介绍结构的反应分析1.21.21.21.2动荷载及其分类动荷载及其分类一一.动荷载的定义动荷载的定义大小、方向和作用点随时间变化大小、方向和作用点随时间变化大小、方向和作用点随时间变化大小、方向和作用点随时间变化;在其作用下，结构在其作用下，结构在其作用下，结构在其作用下，结构上的惯性力与外荷比不可忽视的荷载。

上的惯性力与外荷比不可忽视的荷载。

上的惯性力与外荷比不可忽视的荷载。

上的惯性力与外荷比不可忽视的荷载。

自重、缓慢变化的荷载，其惯性力与外荷比很小，分自重、缓慢变化的荷载，其惯性力与外荷比很小，分析时仍视作静荷载。

静荷只与作用位置有关，而动荷是坐析时仍视作静荷载。

静荷只与作用位置有关，而动荷是坐标和时间的函数。

标和时间的函数。

二二.动荷载的分类动荷载的分类动荷载动荷载动荷载动荷载确定确定确定确定不确定不确定不确定不确定风荷载风荷载风荷载风荷载地震荷载地震荷载地震荷载地震荷载其他无法确定变化规律的荷载其他无法确定变化规律的荷载其他无法确定变化规律的荷载其他无法确定变化规律的荷载周期周期周期周期非周期非周期非周期非周期简谐荷载简谐荷载简谐荷载简谐荷载非简谐荷载非简谐荷载非简谐荷载非简谐荷载冲击荷载冲击荷载冲击荷载冲击荷载突加荷载突加荷载突加荷载突加荷载其他确定规律的动荷载其他确定规律的动荷载其他确定规律的动荷载其他确定规律的动荷载1.31.31.31.3振动系统的力学模型及其分类振动系统的力学模型及其分类振动系统的力学模型及其分类振动系统的力学模型及其分类振动系统的基本参数：

质量、阻尼、弹性。

振动系统的基本参数：

质量、阻尼、弹性。

一、离散系统、连续系统一、离散系统、连续系统一、离散系统、连续系统一、离散系统、连续系统二、线性系统、非线性系统二、线性系统、非线性系统二、线性系统、非线性系统二、线性系统、非线性系统三、确定性系统、非确定性系统三、确定性系统、非确定性系统三、确定性系统、非确定性系统三、确定性系统、非确定性系统一一一一.自由度的定义自由度的定义自由度的定义自由度的定义确定体系中所有质量位置所需的独立坐标数，称作体确定体系中所有质量位置所需的独立坐标数，称作体确定体系中所有质量位置所需的独立坐标数，称作体确定体系中所有质量位置所需的独立坐标数，称作体系的动力自由度数。

系的动力自由度数。

系的动力自由度数。

系的动力自由度数。

二二二二.自由度的简化自由度的简化自由度的简化自由度的简化实际结构都是无限自由度体系，这不仅导致分析困难，实际结构都是无限自由度体系，这不仅导致分析困难，实际结构都是无限自由度体系，这不仅导致分析困难，实际结构都是无限自由度体系，这不仅导致分析困难，而且从工程角度也没必要。

常用简化方法有：

而且从工程角度也没必要。

常用简化方法有：

而且从工程角度也没必要。

常用简化方法有：

而且从工程角度也没必要。

常用简化方法有：

1.41.41.41.4结构动力分析中的自由度结构动力分析中的自由度结构动力分析中的自由度结构动力分析中的自由度单自由度体系、有限自由度体系、无限自由度体系单自由度体系、有限自由度体系、无限自由度体系单自由度体系、有限自由度体系、无限自由度体系单自由度体系、有限自由度体系、无限自由度体系集中质量法集中质量法集中质量法集中质量法广义坐标法广义坐标法广义坐标法广义坐标法有限单元法有限单元法有限单元法有限单元法1）1）1）1）集中质量法集中质量法集中质量法集中质量法将实际结构的质量看成（按一定规则）集中在某些将实际结构的质量看成（按一定规则）集中在某些将实际结构的质量看成（按一定规则）集中在某些将实际结构的质量看成（按一定规则）集中在某些几何点上，除这些点之外物体是无质量的。

这样就将无几何点上，除这些点之外物体是无质量的。

这样就将无几何点上，除这些点之外物体是无质量的。

这样就将无几何点上，除这些点之外物体是无质量的。

这样就将无限自由度系统变成一有限自由度系统。

限自由度系统变成一有限自由度系统。

限自由度系统变成一有限自由度系统。

限自由度系统变成一有限自由度系统。

2）2）2）2）广义坐标法广义坐标法广义坐标法广义坐标法-广义坐标广义坐标广义坐标广义坐标-基函数基函数基函数基函数3）3）3）3）有限元法有限元法有限元法有限元法和静力问题一样，可通过将实和静力问题一样，可通过将实和静力问题一样，可通过将实和静力问题一样，可通过将实际结构离散化为有限个单元的集合，际结构离散化为有限个单元的集合，际结构离散化为有限个单元的集合，际结构离散化为有限个单元的集合，将无限自由度问题化为有限自由度将无限自由度问题化为有限自由度将无限自由度问题化为有限自由度将无限自由度问题化为有限自由度来解决。

来解决。

来解决。

来解决。

三三三三.自由度的确定自由度的确定自由度的确定自由度的确定广义坐标法：

广义坐标法：

广义坐标法：

广义坐标法：

广义坐标个数即为自由度个数；广义坐标个数即为自由度个数；有限元法：

独立结点位移数即为自由度数；有限元法：

独立结点位移数即为自由度数；有限元法：

独立结点位移数即为自由度数；有限元法：

独立结点位移数即为自由度数；集中质量法：

独立质量位移数即为自由度数；集中质量法：

独立质量位移数即为自由度数；集中质量法：

独立质量位移数即为自由度数；集中质量法：

独立质量位移数即为自由度数；例例例例.自由度的确定自由度的确定自由度的确定自由度的确定1）1）1）1）平面上的一个质点平面上的一个质点平面上的一个质点平面上的一个质点W=2W=22）2）2）2）W=2W=2弹性支座不减少动力自由度弹性支座不减少动力自由度弹性支座不减少动力自由度弹性支座不减少动力自由度3）3）3）3）计轴变时计轴变时计轴变时计轴变时W=2W=2不计轴变时不计轴变时不计轴变时不计轴变时W=1W=1为减少动力自由度，梁与为减少动力自由度，梁与为减少动力自由度，梁与为减少动力自由度，梁与刚架不计轴向变形。

刚架不计轴向变形。

刚架不计轴向变形。

刚架不计轴向变形。

4）4）4）4）W=1W=15）5）5）5）W=2W=2自由度数与质点个数无关，自由度数与质点个数无关，自由度数与质点个数无关，自由度数与质点个数无关，但不大于质点个数的但不大于质点个数的但不大于质点个数的但不大于质点个数的2222倍。

倍。

倍。

倍。

6）6）6）6）W=2W=27）7）7）7）W=1W=1W=1W=18）8）8）8）平面上的一个刚体平面上的一个刚体平面上的一个刚体平面上的一个刚体W=3W=39）9）9）9）弹性地面上的平面刚体弹性地面上的平面刚体弹性地面上的平面刚体弹性地面上的平面刚体W=3W