13 动力学分析-1.ppt

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13 动力学分析-1

* 有限元方法及应用-动力学分析 * 振型阻尼矩阵 1. 介质阻尼 —— 单元阻尼矩阵 与协调质量矩阵类似, 称它为协调阻尼矩阵。 假定:阻尼力正比于质点的运动速度 — 称为介质阻尼 表明:介质阻尼的阻尼矩阵 Ce 正比例于协调质量矩阵Me。 2. 结构阻尼 假定:阻尼力正比于应变速度。 如由于内摩擦引起的结构阻尼可简化为这种阻尼。 —— 称为结构阻尼 阻尼力: 阻尼矩阵 * 有限元方法及应用-动力学分析 * 表明: 结构阻尼的阻尼矩阵 Ce 正比例于单元刚度矩阵Ke。 ∵单元刚度矩阵Ke、单元质量矩阵Me均关于固有振型具有正交性, ∴介质阻尼矩阵和结构阻尼矩阵Ce也关于固有振型具有正交性。 介质阻尼矩阵和结构阻尼矩阵 ——均称为比例阻尼 阻尼矩阵 * 有限元方法及应用-动力学分析 * 3. 瑞利(Rayleigh)阻尼 ——均称为振型阻尼 系数?,? 不依赖于频率的常数, 可由实验测定。 ——介质阻尼 ——结构阻尼 系数 ? 依赖于频率变化的, 难于得到。 阻尼矩阵 有限元方法及应用-动力学分析 * 有限元方法及应用-动力学分析 * 有限元方法及应用 动力学分析 曹国华 12.1面积坐标介绍 12.2单元分析 12.3质量矩阵 12.4阻尼矩阵 面积坐标 对于一个三角形ijm三角形内任一点P(x,y)的位置,可以用如下的三个比值来确定: i j m x y · P Ai Aj Am (1)定义 其中A为三角形ijm的面积,Ai, Aj, Am分别为三角形的Pjm, Pmi, Pijd的面积。这三个比值Li, Lj, Lm称为P点的面积坐标。 * * 有限元方法及应用-动力学分析 由于 则 由此可见,P点的三个面积坐标不是独立的。同时,面积坐标只是用以确定三角形内部某点的位置,因而是一种局部坐标。下面进一步给出面积坐标的几个性质。 * * 有限元方法及应用-动力学分析 面积坐标 上式化为 对比可知,面积坐标就是三节点三角形单元的形函数 Ni、Nj、Nm 面积坐标与直角坐标的关系 三角形Pjm的面积为 * * 有限元方法及应用-动力学分析 面积坐标 将面积坐标分别乘以xi, xj, xm,然后相加,有 同理 (3)面积坐标的导数公式 根据面积坐标与直角坐标的关系,由复合函数的求导公式,有 * * 有限元方法及应用-动力学分析 (4)面积坐标的积分公式 下面给出面积坐标的幂函数积分公式。它们在计算单元刚度矩阵和等效节点载荷时有用。 * * 有限元方法及应用-动力学分析 面积坐标 在三角形单元上进行积分时,有 在三角形某一边(设ij边,边长为l)上进行积分时,有 * * 有限元方法及应用-动力学分析 面积坐标 * 有限元方法及应用-动力学分析 * 动力学问题的特点 (1) (2) 系统的响应(位移、应力、应变等)与系统的固有特性有关; 如:固有频率、振型(模态)等 (3) 动力系统的响应 (4) 波的传播问题: 与力作用的幅值有关; 与固有等性有关。 共振现象 波在边界上反射和折射问题等 桩基检测、无损探损、机械故障诊断等 共振筛的应用;建筑中抗震设计等。 单元分析 * 有限元方法及应用-动力学分析 * 一、动态分析有限元法 动态分析与静力分析的根本区别: ——结构所受的载荷是随时间变化的动载荷。 节点位移{δ}作为基本未知量 ——坐标的函数,时间的函数 节点具有速度和加速度 位移、应变和应力都是随时间t变化的函数。 单元分析 * 有限元方法及应用-动力学分析 * 其中 单元的刚度(三角形3节点): 单元分析 * 有限元方法及应用-动力学分析 * 单元节点力的列阵: (1) 作用在单元任意点的集中力 (2) 作用在单元上的表面力 (3) 作用在单元上的体积力 单元分析 * 有限元方法及应用-动力学分析 * 单元节点力的列阵: (4) 作用在单元上的惯性力 记加速度列阵: 惯性力引起的等效节点力为: 单元分析 * 有限元方法及应用-动力学分析 * 单元节点力的列阵: (4) 作用在单元上的惯性力 惯性力引起的等效节点力为: 单元质量矩阵 一致质量矩阵 协调质量矩阵 单元分析 * 有限元方法及应用-动力学分析 * 单元节点力的列阵: (4) 作用在单元上的阻尼力 振动引起的阻尼力为: 单元阻尼矩阵 协调阻尼矩阵 单元分析 * 有限元方法及应用-动力学分析 * 根据达朗贝尔原理,引入惯性力和阻尼力之后结构仍处于平衡状态。 动态分析中仍采用虚位移原理建立单元特性方程,根据整体平衡条件和与静力分析

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