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二自由度系统的振动以及midas程序验证

1年前浏览649

从单自由度系统的振动形态和固有频率,可以理解模态分析的意义。实际上,我们碰到的系统都是多自由度系统,求解多自由度系统的振动形态和固有频率,就复杂多了。多自由度系统中,最简单的就是二自由度系统,只要能理解二自由度系统的振动特性,就能够自然地推广到多自由度系统中去。下图1是一个二自由度系统的振动。


图1 二自由度振动系统


在自由振动的情况下,根据牛顿第二运动定律,该系统的动力学方程组可写为:



写成标准形式:



写成矩阵形式:



进一步,我们不考虑系统的阻尼,也就是系统是无阻尼自由振动,这样更有利于我们理解。


此时,矩阵形式的方程组进一步简化为:



这是二阶常系数线性齐次微分方程组,它的解的形式为:



(5)的解代入(4)式的方程,可得:



(6)式有非零解的充分必要条件是:


可得:



令:



方程(8)的解为:




系统的振动频率:

 

下面我们举一个例子。

 

如果:



根据(9) (10) (11)式,可得:



当:

(6)式第一个方程可得:



这是第一个固有频率对应的振型,表明第一阶模态两个自由度的运动是同向的。


当:



(6)式第一个方程可得:



这是第二个固有频率对应的振型,表明第二阶模态两个自由度的运动方向是相反的。


综上所述,上述二自由度系统,它有两个固有频率,第一阶固有频率对应的振型,两个自由度的运动是同向的;第二阶固有频率对应的振型,两个自由度的运动方向是相反的。


下面用midas程序验证一下:


midas程序的计算结果与理论计算结果是一致的。相信大家对模态分析有了更深入的了解~~~下期再见~


来源:midas机械部落
振动理论
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2022-11-24
最近编辑:1年前
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