结构力学思考题答案(5页).doc
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1、-1、2、3、4、 结构力学思考题答案-第 5 页5、 结构的动力特性一般指什么?答:结构的动力特性是指:频率(周期)、振型和阻尼。动力特性是结构固有的,这是因为它们是由体系的基本参数(质量、刚度)所确定的、表征结构动力响应特性的量。动力特性不同,在振动中的响应特点亦不同。6、 什么是阻尼、阻尼力,产生阻尼的原因一般有哪些?什么是等效粘滞阻尼?答:振动过程的能量耗散称为阻尼。产生阻尼的原因主要有:材料的内摩擦、构件间接触面的摩擦、介质的阻力等等。当然,也包括结构中安装的各种阻尼器、耗能器。阻尼力是根据所假设的阻尼理论作用于质量上用于代替能量耗散的一种假想力。粘滞阻尼理论假定阻尼力与质量的速度成
2、比例。粘滞阻尼理论的优点是便于求解,但其缺点是与往往实际不符,为扬长避短,按能量等效原则将实际的阻尼耗能换算成粘滞阻尼理论的相关参数,这种阻尼假设称为等效粘滞阻尼。7、 采用集中质量法、广义位移法(坐标法)和有限元法都可使无限自由度体系简化为有限自由度体系,它们采用的手法有何不同?答:集中质量法:将结构的分布质量按一定规则集中到结构的某个或某些位置上,认为其他地方没有质量。质量集中后,结构杆件仍具有可变形性质,称为“无重杆”。广义坐标法:在数学中常采用级数展开法求解微分方程,在结构动力分析中,也可采用相同的方法求解,这就是广义坐标法的理论依据。所假设的形状曲线数目代表在这个理想化形式中所考虑的
3、自由度个数。考虑了质点间均匀分布质量的影响(形状函数),一般来说,对于一个给定自由度数目的动力分析,用理想化的形状函数法比用集中质量法更为精确。有限元法:有限元法可以看成是广义坐标法的一种特殊的应用。一般的广义坐标中,广义坐标是形函数的幅值,有时没有明确的物理意义,并且在广义坐标中,形状函数是针对整个结构定义的。而有限元法则采用具有明确物理意义的参数作为广义坐标,且形函数是定义在分片区域的。在有限元分析中,形函数被称为插值函数。综上所述,有限元法综合了集中质量法和广义坐标法的特点:(l)与广义坐标法相似,有限元法采用了形函数的概念。但不同于广义坐标法在整体结构上插值(即定义形函数),而是采用了
4、分片的插值,因此形函数的表达式(形状)可以相对简单。(2)与集中质量法相比,有限元法中的广义坐标也采用了真实的物理量,具有直接、直观的优点,这与集中质量法相同。8、 直接动力平衡法中常用的有哪些具体方法?它们所建立的方程各代表什么条件?答:常用方法有两种:刚度法和柔度法。刚度法方程代表的是体系在满足变形协调条件下所应满足的动平衡条件;而柔度法方程则代表体系在满足动平衡条件下所应满足的变形协调条件。9、 刚度法与柔度法所建立的体系运动方程间有何联系?各在什么情况下使用方便?答:刚度法与柔度法建立的运动方程在所反映的各量值之间的关系上是完全一致的。由于刚度矩阵与柔度矩阵互逆,刚度法建立的运动方程可
5、转化为柔度法建立的方程。一般来,对于单自由度体系,求和求k的难易程度是相同的,因为它们互为倒数,都可以用同一方法求得,不同的是一个已知力求位移,一个已知位移求力。对于多自由度体系,若是静定结构,一般情况下求柔度系数容易些,但对于超静定结构就要根据具体情况而定。若仅从建立运动方程来看,当刚度系数容易求时用刚度法,柔度系数容易求时用柔度法。10、 计重力与不计重力所得到的运动方程是一样的吗?答:如果计与不计重力时都相对于无位移的位置来建立运动方程,则两者是不一样的。但如果计重力时相对静力平衡位置来建立运动方程,不计重力仍相对于无位移位置来建立,则两者是一样的。11、 自由振动的振幅与哪些量有关?答
6、:振幅是体系动力响应的幅值,动力响应由外部作用和体系的动力特性确定。对于自由振动,引起振动的外部作用是初位移和初速度。因此,振幅应该与初位移、初速度以及体系的质量和刚度的大小与分布(也即频率等特性)有关。当计及体系阻尼时,则还与阻尼有关。12、 若要避开共振应采取何种措施?答:共振是指体系自振频率与动荷载频率相同而使振幅变得很大的一种现象(无阻尼时趋于无穷)。为避开共振,需使体系自振频率与动荷载频率远离。由于动荷载通常是不能改变的,只能改变体系的自振频率。改变体系的自振频率可通过改变体系的质量和刚度来实现。13、 增加体系的刚度一定能减小受迫振动的振幅吗?答:增加体系的刚度不一定能减小受迫振动
7、的振幅。对于简谐荷载作用下的振幅除与荷载有关以外,还与动力放大系数有关。动力放大系数与频率比有关,频率比小于1时动力放大系数是增函数,这时增加刚度会使自振频率增加,从而使频率比减小,动力放大系数减小,振幅会相应减小;频率比大于1时动力放大系数是减函数,这时增加刚度会使自振频率增加,从而使频率比减小,动力放大系数增大,振幅会相应增大。可见,减小体系的动位移不能一味增加刚度,要区分体系是在共振前区工作还是在共振后区工作。14、 突加荷载与矩形脉冲荷载有何差别。答:这两种荷载的主要区别是在结构上停留的时间长短。与结构的周期相比,停留较长的为突加荷载,较短的是矩形脉冲荷载。矩形脉冲荷载属于冲击荷载,在
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