振动分析的矩阵迭代法课件.pptx
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《振动分析的矩阵迭代法课件.pptx》由用户(三亚风情)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 振动 分析 矩阵 迭代法 课件
- 资源描述:
-
1、高等结构动力学第十三章第十三章高等结构动力学振动分析的矩阵迭代法高等结构动力学高等结构动力学引言 振型位移叠加法提供了一种计算结构动力反应的有效方法,即无阻尼振型用于对结构运动方程组解耦。 问题如何获得结构的无阻尼振型? Stodola法以迭代为基础,先假定初始振型并迭代调整至实际振型的适当近似,再由运动方程确定振动频率.引言高等结构动力学基本振型分析Stodola法2nn=m vnIf- 1D = km2- 1nnv =kmv(13-1)(13-2) (13-3)基本振型分析Stodola法n- 1I v n = kf (13-4) 或者用式(13-1)则为 可记作高等结构动力学基本振型分析
2、Stodola法2nnv =D v (13-5) 1011v= D v(13-5a) 先假定试探形状,它尽可能接近第一振型的形状,而振幅是任意的,即:高等结构动力学基本振型分析Stodola法 考虑任一点k的位移 1111211v=v (13-6*) 0111211=kkvv (13-7*)021111kkvv(13-9)高等结构动力学基本振型分析Stodola法 0021111111minmaxkkkkvvvv (13-11)1011211111vm vvm vTT 取平均值求频率的近似值 (13-10) 真正的第一振型频率介于上式求得的最大值和最小值之间:高等结构动力学基本振型分析Stod
3、ola法重复上述过程s次,能求得较近似的解,即s次循环之后s -1211()s11m a x ()1m a x ()m a x ()svvv s 1111221111vvs (13-12)(13-13) 高等结构动力学收敛性的证明 最初假定的形状用正规坐标表示为 000001112233vYYYY 00022I111fm vmY 22000022211I11122233323fm YYY (13-14) 第一振型频率的振动形状所对应的惯性力为 (13-15) (13-16)收敛性的证明高等结构动力学收敛性的证明 由这些惯性力产生的挠度是 -1-121000221I11112222vk fk m
4、 YY 21021112v nnnniDY (13-17) (13-18)2nnnD 或高等结构动力学收敛性的证明 (13-19) 210111vYNnnn=n则由(13-17)可写为 然后,用最大的基准元素 去除 ,使之规格化,从而得到改进的第一次迭代循环的形状 ,因此 20111111(1)111Ymax()max()Nnnn=nvvvv (13-20) 11max()v 11v高等结构动力学收敛性的证明 用同样方法做下一次迭代循环得到第二次循环产生的形状 40121211(2)211Ymax()max()Nnnn=nvvvv (13-21) (13-22) s次循环后 ss(0)(0)2
5、1111122( )s1211().max()max()SsvvYYvv高等结构动力学收敛性的证明 (13-23)2s2s11231 该方程最后一个等号成立,第一振型的系数远大于其它的系数.最终结果可视为 (0)s1111(0)11max()YvY (13-24)高等结构动力学收敛性的证明收敛性的证明(第收敛性的证明(第2 2种方法)种方法)11MiiiKMK10 x 迭代格式 即即:1MkkKxx1 iiix21MKxx1112111111MMMNNNi iiiiiiiixKxKK213211MNiiiixKx高等结构动力学收敛性的证明11111111MkkkNNiiiikkiiiixKx1
6、,kkx 10高等结构动力学收敛性的证明 由(11-39)得 (13-25*) (13-26*) 作下一次迭代循环得到第二次循环产生的挠度 (13-27*)2nnnfm 11111vYYNnnn= 242210111vYY nnnnY则由(13-17)可写为高等结构动力学收敛性的证明 s次循环后 (13-28*) (13-23) 2s00ss1111vYYY nn2s2s11231 该方程最后一个等号成立,第一振型的系数远大于其它的系数.高等结构动力学高阶振型分析 第二振型分析第二振型分析 (13-23*) 假定一个第二振型 (13-25) 2s2s2ss000112233123vYYY 00
7、2vY 000TTT12111122m vmYmY 则 (13-26) 展开(13-21)得高阶振型分析高阶振型分析高等结构动力学高阶振型分析不包含第一振型的试探形状为 由于振型正交特性则 (13-28)0T01211m vYM0002211vvY (13-27)高等结构动力学高阶振型分析 (13-29)在这种情形中,(13-5)能写成 (13-30)其中 (13-31)0000T221121211vvm vS vM T11111SIm M(0 )(1)22221vD v 在试探向量中消除第一振型分量的方便方法是 应用淘汰矩阵S1高等结构动力学高阶振型分析其中 代入(13-31)得 (13-3
8、4) (13-32)(1)(0)(0)21222221vDS vD v21D =DS此时可用下式计算频率(1)(0 )T2222(1)(1)22(1)(0 )222(v)m vvm vvDv (13-33)高等结构动力学高阶振型分析 第三和更高振型的分析第三和更高振型的分析 净化了的第三振型的形状为 (13-35) 利用正交特性(0)(0)(0)(0)331 122vvYY(0)(0)(0)TT31131 1(0)(0)(0)TT32232 2mv0mvmv0mv MYM Y高等结构动力学高阶振型分析代入(13-35)得则(0)(0)T11311mvYM(0)(0)T22321m vYM(0)
9、(0)(0)(0)TT331 132 2312(0)(0)(0)(0)TT31 132 2331211vvmvmv11vImvmvvMMMM (13-36a) (13-36b)或高等结构动力学高阶振型分析 由第一淘汰矩阵减去第二振型的项可得第二淘汰矩阵 (13-38) 第三振型的Stodola关系式为 (13-39)其中淘汰矩阵的运算表示为 (13-40)T212221SSm M(0)(0)323vS v(0)(1)(0)(0)332333231vDv=DS vD v高等结构动力学高阶振型分析求第四振型计算第三淘汰矩阵 (13-43) (13-41)相应的动力矩阵 (13-42)T323331
10、SSm M( 0 )( 0 )434vSv43DD S依次类推Tnnnn-1n1SSm Mn+1nDDS高等结构动力学高阶振型分析最高振型的分析最高振型的分析 由(13-1)式得 (13-44) 若代入最高振型的试探形状2v= E v-11EmkD 102vE vNNN (13-45)(13-46) 高等结构动力学高阶振型分析其中第N振型频率的近似值为120k NNk Nvv 11210vmvvmvTNNNTNN 10vEvNN证明最高振型收敛与最低振型收敛的区别是2221231tttNNNNNN(13-47a)(13-47b)(13-48)高等结构动力学用矩阵迭代法分析屈曲kkv0GG0 2
11、11011vD v-1D = km (13-49a)(13-49b) (11-24)当结构上作用轴向力,并假定轴向力不随着结构振动变化时,可采用求特征值和特征向量的Stodala迭代方法振动频率趋于零时,静力特征方程为用矩阵迭代法分析屈曲高等结构动力学用矩阵迭代法分析屈曲G1v = G v0Gf kG1011G 11v= G vG0k0 Tmnmn假设第一屈曲形式的试探向量,迭代过程如下较高屈曲形式要考虑正交条件(13-50a)(13-50b) (13-51)(13-52)高等结构动力学用矩阵迭代法分析屈曲 传递矩阵法传递矩阵法 ij iiT 状态向量 用符号表示为 传递状态向量的点矩阵可通过
12、下式确定 (13-53b*) 用符号表示为 11Tip i+i(13-54b*)(13-53a*)(13-54a*)高等结构动力学用矩阵迭代法分析屈曲 合并点矩阵和场矩阵得整段的传递矩阵 或代入(13-53*)和(13-54*)求传递矩阵得 1111TT TTiji ijipi+ii+i22111211011T0111iiiiiiimmfffm (13-55*) (13-56*)高等结构动力学用矩阵迭代法分析屈曲 例如 用顶层的状态向量基础的状态向量 若定义(13-59*)1 11 2 21 21TTTTTT TBNN N1 2 3 41TTTTTT TNNNTBNN(13-57*)(13-5
13、8*) (13-57*)可写为 高等结构动力学用矩阵迭代法分析屈曲 Holzer-Myklestad法法 图中假定质量沿轴线集中在一系列点上,结构的自由度是这些点的侧向平移和转动,假定连接质点的梁段没有重量,且每一段的弯曲刚度为常量.考虑场矩阵和点矩阵,如下图图13-5* 弯曲体系的自由度 高等结构动力学用矩阵迭代法分析屈曲图13-6* 在梁结构中用场和点矩阵联系的状态向量 高等结构动力学用矩阵迭代法分析屈曲 场矩阵关系式为 (13-60a*)高等结构动力学用矩阵迭代法分析屈曲i + 1i + 1Tip(13-60b*)(13-61a*) 或用符号表示为 点矩阵对应的向量高等结构动力学用矩阵迭
14、代法分析屈曲Tij ii 完整的传递矩阵为 (13-61b*)21212221p +1i+13322110010TT T1221626iiiiiiiijiiiiiiiiiiiiimll ml mllEIEIEIl mlllEIEIEI(13-62*) 或用符号表示为高等结构动力学用矩阵迭代法分析屈曲 对于(14-59a)展开(13-63*) 高等结构动力学用矩阵迭代法分析屈曲 或用将边界条件代入上式,如图14-5的简支梁,每一端的弯矩和 位移为零,则上式变为 代入单位转动振幅,得方程(13-64*) 高等结构动力学用矩阵迭代法分析屈曲 能确定相应的剪力值如下(13-65*) 再由第二个方程给出
15、自由振动条件:高等结构动力学用矩阵迭代法分析屈曲 注意这个分析过程中N点的边界条件一开始就代入到传递矩关系中,即 (13-66*)(13-67*) 121TTTTBN-NN高等结构动力学逆迭代法首选的方法21(1) 逆迭代法是利用刚度矩阵窄宽性质的首选方法,因为它应用刚度矩阵的逆矩阵,所以此方法向最低阵型收敛 与直接迭代法一样,指定初始假定位移向量,便可类似于式(13-6)的表达式给出此假定位移形状作简谐运动的惯性力然而,由于随后要用规格化步骤效应剔除掉,所以此式中频率被假设为,而作为结果的惯性力被表示为( 0 )1v (13-53)逆迭代法首选的方法( 0 )( 0 )11wm v高等结构动
16、力学逆迭代法首选的方法1)(fk 现对这些惯性力作用的结构平衡方程组求解,得到这些惯性力的改进位移向量,即 求解这些方程组的一条途径是通过就刚度矩阵的逆矩阵得到柔度矩阵,再用这个柔度矩阵乘以惯性力(1 )( 0 )11vfW(1 )( 0 )1k vw( 1 )1v (13-54) 实际上这个方法完全等同于直接迭代分析,如前面解释的,由于需要求逆,还要乘以一个满的柔度矩阵,这将导致计算效率低下高等结构动力学逆迭代法首选的方法 在这里推荐的逆迭代法中,首先用auss消元法分解刚度矩阵成如下形式,然后求解平衡方程(13-54)Td LUTkL d LL U (13-55) 将式(13-55)代入方
17、程(13-54),得到(1 )( 0 )11L U vW (13-54a )然后分如下两步进行求解:(1) 定义(1 )(1 )11yU v (13-56)高等结构动力学逆迭代法首选的方法并下式求解 (13-57) (2) 由下式求解(1 )(1 )11U vy (13-58 )如上所述,然后将这个导出的向量用其中的最大单元相除进行规格化,从而得到第一次迭代循环的结果,即改进的第一振型:(1 )(1 )11(1 )1m a x ()vvv (13-59)( 1 )1v(1 )( 0 )11L yW( 1 )1v高等结构动力学逆迭代法首选的方法重要的是注意,三角矩阵和中保留了刚度矩阵k的窄宽特征
18、,因此与直接矩阵迭代使用的柔度矩阵形式相比,这个逆位移分析方法的效率大大提高因为,此逆迭代法与前述的直接迭代法的区别在于:它是跟高效率的,用来计算导出位移向量的auss分解技术。所以,如果以前用来计算的式(13-7)被上述联立方程(13-54a)的解所取代然而,虽然这个区别看起来很小,但是基于式(13-54a)到式(13-58)的逆迭代法却具有巨大的计算优势( 1 )1v( 1 )1v高等结构动力学移位逆迭代法在发展了的计算高阶振型振动性质的其他方法中,有效的方法之一是基于特征值“移位”概念的方法将特征值问题方程表示为式(13-5)柔度形式的求逆问题:nnnE移位逆迭代法 (13-60)E (
展开阅读全文