细数结构动力学计算知识

1结构动力计算的目的

研究结构在动荷载作用下的反应规律，计算动荷载作用下结构的最大动内力和最大动位移，为结构的动力可靠性设计提供依据。

在动荷载作用下，结构的动力反应（动内力、动位移等）都随时间变化，除与动荷载的变化规律有关外，还与结构的固有特性（自振频率、振型和阻尼）有关。

不同的结构，如果它们具有相同的阻尼、频率和振型，则在相同的荷载下具有相同的反应。可见，结构的固有特性能确定动荷载下的反应，故称之为结构的动力特性。

静荷载：荷载的大小和方向不随时间变化（如梁板自重）。

动荷载：荷载的大小和方向随时间变化，需要考虑惯性力。

内力与荷载不能构成静平衡,必须考据惯性力。根据达朗伯原理，加惯性力后，将动力问题转化为静力问题处理。列平衡方程时要考虑两点：(1)、力系中包括惯性力； (2)、荷载内力等都是时间的函数。

 1)周期荷载：荷载随时间作周期性变化

 2)简谐荷载：荷载按正弦余弦规律变化（偏心转子对结构的冲击,机器转动）。

 3)冲击荷载：荷载在短时间内急剧增加或减少（锻锤对基础的冲击、爆炸等）。

 4)随机荷载：风荷载，地震荷载

常用的三种简化方法：

1.集中质量法:将连续分布的质量集中为质点，以质点位移（线位移）为基本未知量。

2.广义坐标法：用级数表示度曲线方程，以广义坐标（级数的项系数）为基本未知量。

3.有限单元法：将结构分割为若干个单元，用结点位移（线位移与角位移）表示各单元挠曲线方程。将无限自由度问题化为有限自由度问题。

1、结构的重要性 ：重要结构——精；次要结构——粗；

2、设计阶段：初步设计——粗；技术设计——精； 

3、计算问题的性质：静力计算——精；动力计算——粗；  

4、计算工具：先进——精；简陋——粗

1）在桥梁结构中，当桥梁结构的固有频率与行进汽车发动机的固有频率相同时，就有可能发生共振而使结构受损。那么，怎样才能避免这种结果呢?受应力（或离心力）作用的涡轮叶片会表现出不同的动力学特性，如何解释这种现象呢?

处理办法：进行模态分析 来确定结构的振动特性

2）汽车防撞挡板是否能承受得住低速冲击。一个网球拍框架如何设计得既能承受网球的冲击，又能容许其稍稍发生弯曲？

解决办法：进行 瞬态动力学分析 来计算结构对随时间变化载荷的响应。

3）回转机器对轴承和支撑结构施加稳态的、交变的作用力，如何分析这些作用力随着旋转速度的不同所引起的不同的偏转应力？

解决办法：进行谐分析来确定结构对稳态简谐载荷的响应。

4）如何使位于地震多发区的房屋框架和桥梁设计满足能够承受地震载荷的要求？

解决办法：进行谱分析来确定结构对地震载荷的影响。

5）如何分析太空船和飞机的部件是否一定能够承受持续一段时间的变频率随机载荷作用？

解决办法：进行随机振动分析来确定结构对随机震动的影响。