结构动力学.docx
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结构动力学.docx
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结构动力学
结构动力学
[填空题]
1结构动力计算与静力计算的主要区别是什么?
参考答案:
主要区别表现在:
(1)在动力分析中要计入惯性力,静力分析中无惯性力;
(2)在动力分析中,结构的内力、位移等是时间的函数,静力分析中则是不随时间变化的量;
(3)动力分析方法常与荷载类型有关,而静力分析方法一般与荷载类型无关。
[填空题]
2什么是动力自由度,确定体系动力自由度的目的是什么?
参考答案:
确定体系在振动过程中任一时刻体系全部质量位置或变形形态所需要的独立参数的个数,称为体系的动力自由度(质点处的基本位移未知量)。
确定动力自由度的目的是:
(1)根据自由度的数目确定所需建立的方程个数(运动方程数=自由度数),自由度不同所用的分析方法也不同;
(2)因为结构的动力响应(动力内力和动位移)与结构的动力特性有密切关系,而动力特性又与质量的可能位置有关。
[填空题]
3结构动力自由度与体系几何分析中的自由度有何区别?
参考答案:
二者的区别是:
几何组成分析中的自由度是确定刚体系位置所需独立参数的数目,分析的目的是要确定体系能否发生刚体运动。
结构动力分析自由度是确定结构上各质量位置所需的独立参数数目,分析的目的是要确定结构振动形状。
[填空题]
4结构的动力特性一般指什么?
参考答案:
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。
[填空题]
5什么是阻尼、阻尼力,产生阻尼的原因一般有哪些?
什么是等效粘滞阻尼?
参考答案:
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。
[填空题]
6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?
参考答案:
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。
[填空题]
7建立运动微分方程有哪几种基本方法?
各种方法的适用条件是什么?
参考答案:
常用的有3种:
直接动力平衡法、虚功原理、变分法(哈密顿原理)。
直接动力平衡法是在达朗贝尔原理和所设阻尼理论下,通过静力分析来建立体系运动方程的方法,也就是静力法的扩展,适用于比较简单的结构。
利用虚功原理的优点是:
虚功为标量,可以按代数方式相加。
而作用于结构上的力是矢量,它只能按矢量叠加。
因此,对于不便于列平衡方程的复杂体系,虚功方法较平衡法方便。
哈密顿原理的优点:
不明显使用惯性力和弹性力,而分别采用对动能和势能的变分代替。
因而对这两项来讲,仅涉及标量处理,即能量。
而在虚功原理中,尽管虚功本身是标量,但用来计算虚功的力和虚位移则都是矢量。
[填空题]
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?
参考答案:
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。
[填空题]
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?
参考答案:
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转化为柔度法建立的方程。
一般说来,对于单自由度体系,求[δ]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。
[填空题]
10计重力与不计重力所得到的运动方程是一样的吗?
参考答案:
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。
[填空题]
11什么叫动力系数,动力系数大小与哪些因素有关?
单自由度体系位移动力系数与内力动力系数是否一样?
参考答案:
动力放大系数是指动荷载引起的响应幅值与动荷载幅值作为静荷载所引起的结构静响应之比值。
简谐荷载下的动力放大系数与频率比、阻尼比有关。
当惯性力与动荷载作用线重合时,位移动力系数与内力动力系数相等;否则不相等。
原因是:
当把动荷载换成作用于质量的等效荷载时,引起的质量位移相等,但内力并不等效,根据动力系数的概念可知不会相等。
[填空题]
12若要避开共振应采取何种措施?
参考答案:
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。
[填空题]
13增加体系的刚度一定能减小受迫振动的振幅吗?
参考答案:
增加体系的刚度不一定能减小受迫振动的振幅。
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。
[填空题]
14突加荷载与矩形脉冲荷载有何差别。
参考答案:
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,在它的作用下,结构的最大动力响应出现较早,分析时应考虑非稳态响应。
此外,由于最大响应出现时结构阻尼还未起多大作用,故在分析最大响应时可不计阻尼影响。
而突加荷载则不然。
[填空题]
15平断面假定
参考答案:
平断面假定就是指梁在弯曲前的断面在弯曲后仍为平面。
[填空题]
16弯曲要素
参考答案:
梁的弯矩M,剪力N,转角,挠度V称为梁的弯曲要素。
[填空题]
17梁的边界条件
参考答案:
就是梁端弯曲要素的特定值或者弯曲要素之间的特定关系,它们取决于梁端的支座情况。
[填空题]
18叠加原理
参考答案:
梁上受到几种外力作用时的弯曲要素可以分别计算各外力单独作用时的弯曲要素后叠加得到。
[填空题]
19三弯矩方程
参考答案:
变形连续方程式中每个方程式中最多包括三个弯矩。
[填空题]
20平断面假定
参考答案:
平断面假定就是指梁在弯曲前的断面在弯曲后仍为平面。
[填空题]
21梁的边界条件
参考答案:
就是梁端弯曲要素的特定值或者弯曲要素之间的特定关系,它们取决于梁端的支座情况。
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[填空题]
22三弯矩方程
参考答案:
变形连续方程式中每个方程式中最多包括三个弯矩。
[填空题]
23虚位移原理
参考答案:
它研究的是一组真实力系有任意满足变形协调条件的虚位移过程中做功的情况。
[填空题]
24虚力原理
参考答案:
设结构在外力作用下处于平衡状态,如果给外力一个不破坏静力平衡条件及静力边界条件的虚变化,并且由此虚力产生的变形是协调的,则外力的虚余功必等于结构的虚余能,这就是虚力原理。
[填空题]
25位能驻值原理
参考答案:
总位能(应变能与力位能的和)有一驻值(极大值或极小值),故&II=0表示的关系称为位能驻值原理。
[填空题]
26板条梁
参考答案:
在研究板的筒形弯曲时的通常做法就是在板的筒形部分沿弯曲方向取一个单位的狭条梁来考虑,并且把此狭条梁称为板条梁。
[填空题]
27开口和闭口薄壁杆件。
参考答案:
杆件断面形状是不封闭的,称为开口型断面;杆件断面是封闭的,称为封闭型断面。
开口型断面的薄壁杆件称为开口薄壁杆件,闭口型断面的薄壁杆件称为闭口薄壁杆件。
[填空题]
28应力的重新分布。
参考答案:
板失稳后,在支持边的正压力大于板中部压应力的现象叫做板后屈曲中应力重新分布。
这个现象说明板边骨架相连的那部分材料起着更大的作用,承担了外载荷的绝大部分,而离骨架较远的板相对来说承担的载荷就小得多。
[填空题]
29几何不变体
参考答案:
在不考虑材料应变的情况下,体系的形状和位置是不能改变的。
[填空题]
30自由度
参考答案:
等于一个体系运动时可以改变的坐标的数目。
[填空题]
31多余约束
参考答案:
如果在一个体系中增加一个约束,而体系的自由度并不因此而改变,则该约束称为多余约束。
[填空题]
32形常数和载常数
参考答案:
用位移法求超静定结构时,只与杆件截面尺寸和材料性质有关的常数称为形常数,只与荷载有关的常数称为载常数。
[填空题]
33试简述影响线与内力图的区别?
参考答案:
影响线:
单位移动荷载、横坐标表示单位荷载的作用位置,纵坐标表示指定截面单位内力。
内力图:
荷载有不变的大小、方向、作用线,横坐标表示截面位置,纵坐标表示相应截面内力大小。
[填空题]
34力法和位移法的解题思路?
参考答案:
力法:
以多余未知力为基本未知量,用变形协调条件列出基本方程。
位移法:
以独立的位移量为基本未知量,用结点或截离体列出平衡方程。
[判断题]
35、几何瞬变体系产生的运动非常微小并很快就转变成几何不变体系,因而可以用作工程结构。
参考答案:
错
[判断题]
36、有多余约束的体系一定是几何不变体系。
参考答案:
错
[判断题]
37、计算自由度W小于等于零是体系几何不变的充要条件。
参考答案:
错
[判断题]
38、两刚片或三刚片组成几何不变体系的规则中,不仅指明了必需的约束数目,而且指明了这些约束必须满足的条件。
参考答案:
对
[判断题]
39、静定结构的全部内力及反力,只根据平衡条件求得,且解答是唯一的。
参考答案:
对
[判断题]
40、静定结构受外界因素影响均产生内力,内力大小与杆件截面尺寸无关。
参考答案:
错
[判断题]
41、静定结构的几何特征是几何不变且无多余约束。
参考答案:
对
[判断题]
42、荷载作用在静定多跨梁的附属部分时,基本部分一般内力不为零。
参考答案:
对
[判断题]
43、影响线是用于解决活载作用下结构的计算问题,不能用于恒载作用的计算。
参考答案:
错
[判断题]
44、任何静定结构的支座反力、内力的影响线,均由一段或数段直线所组成。
参考答案:
对
[判断题]
45、虚位移原理等价于变形谐调条件,可用于求体系的位移。
参考答案:
错
[判断题]
46、按虚力原理所建立的虚功方程等价于几何方程。
参考答案:
对
[判断题]
47、在非荷载因素(支座移动、温度变化、材料收缩等)作用下,静定结构不产生内力,但会有位移且位移只与杆件相对刚度有关。
参考答案:
错
[判断题]
48、用图乘法可求得各种结构在荷载作用下的位移。
参考答案:
错
[判断题]
49、功的互等、位移互等、反力互等和位移反力互等的四个定理仅适用于线性变形体系。
参考答案:
对
[填空题]
50三铰拱在竖向荷载作用下,其支座反力与三个铰的位置(),与拱轴形状()。
参考答案:
有关,无关
[填空题]
51位移法可解超静定结构,可解静定结构,位移法的典型方程体现了()。
参考答案:
平衡条件
[填空题]
52力学模型
参考答案:
根据结构的受力特征、支承特征、计算要求等来简化实际结构而简化的模型。
[填空题]
53杆件
参考答案:
船体中的骨架(横梁、肋骨、纵骨、纵桁等)大多数是细长的型钢或组合型材,这种骨架简化的力学模型称之为杆件。
[填空题]
54板架(交叉梁系)
参考答案:
在上甲板(或下甲板)的骨架中,甲板纵桁与舱口端横梁尺寸最大,在计算时常可略去其他骨架对它们的影响,于是在研究甲板纵桁与舱口端横梁时就得到了一个井字形的平面杆系。
此种杆系因外载荷垂直于杆系平面而发生弯曲,称为“交叉梁系”或“板架”。
[填空题]
55刚架
参考答案:
由于在船体横剖面内,横梁、肋骨及船底肋板共同组成一个平面杆系。
因此常把它们一起考虑作为船体横向强度的研究对象。
这种杆系中各杆的联接点是刚性的,并受到作用于杆系平面内的载荷作用,故称为“刚架”。
[填空题]
56力法的概念。
参考答案:
计算时是以“力”为未知数,根据变形连续条件建立方程式,最后解出“力”来,所以叫做“力法”。
[填空题]
57力法的基本结构
参考答案:
静定结构。
若结构中未知约束力的个数小于或等于独立平衡方程的个数,应用静力平衡方程即可确定全部未知约束力的问题叫静定问题,反之则为静不定。
[填空题]
58力法的求解范围。
参考答案:
适用于一切静不定结构,但实际上大都用于求解连续梁(刚性支座上的连续梁和弹性支座上的连续梁),简单刚架与简单板架等。
[填空题]
59位移法的概念。
参考答案:
以杆系节点处的位移为基本未知数,再根据杆件节点断面弯矩平衡条件建立方程式,最后解出位移,叫做“位移法”。
[填空题]
60位移法的求解范围。
参考答案:
不可动节点复杂刚架、刚性支座上的连续梁、梯形变断面梁、可动节点刚架、简单板架。
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- 结构 动力学