结构动力学

章节摘录

插图：根据荷载是否具有预先确定性，即是否知道下一时刻的荷载大小、方向和作用点，动荷载可以分为两类：确定性（非随机）荷载和非确定性（随机）荷载。确定性荷载是荷载随时间的变化规律已预先确定，是完全已知的时间过程；非确定性荷载是荷载随时间的变化规律预先不可以确定，是一种随机过程。根据这两类动荷载的不同，结构动力分析方法可划分为两类：确定性分析和随机振动分析。当不考虑结构体系的不确定性时，选用哪种分析方法将依据荷载的类型而定。根据荷载随时间的变化规律，动力确定性荷载一般可以划分为两类，即周期荷载和非周期荷载。对于周期性荷载可分为简谐周期荷载和非简谐周期荷载，非周期性荷载又分为冲击荷载和其他规律性荷载。对土木结构而言，不确定性荷载可分为风荷载、地震作用和其他非确定变化规律的荷载。为清晰起见，将上述荷载分类绘成图1．1所示。

前言

众所周知，在土木工程、桥梁工程、机械工程、航空工程等领域存在着大量的振动问题，因而，在高等工科院校的土木、机械和航空类专业的专业基础课中，结构动力学是一门非常重要的课程。特别是对于地震多发区和自然灾害频发的我国，工程抗振（震）是一个突出的问题，而现代抗振（震）设计的理论基础正是结构动力学。系统地掌握结构动力学的基本概念、计算原理和计算方法对上述专业课程的学习至关重要。本书作者长期从事土木专业的本科与研究生教学工作，深深理解学生在专业课学习中往往由于结构动力学的知识欠缺导致对专业课的困惑或研究工作的停滞不前。因此，本书在选材上注重基础理论和基本概念，同时着重于理论与概念的工程应用和背景。作者力求避免教材内容、论述和思路跳跃过大，在语言表述上尽量与高等数学、线性代数、材料力学、结构力学等本科基础课程相衔接。由于结构动力学的应用范围很广，为了避免泛泛而谈，本书将以土木工程的动力问题为依托讲述结构动力学。当然，由于动力学的基本原理和方法仍是针对各种工程领域的动力问题，所以本书也适用于其他专业的本科生与研究生的学习。为了增加学生对结构动力学的兴趣，了解结构方面的动力学最新发展，本书还讲述了结构动力学领域的若干前沿研究专题，并加入了作者最新的研究成果，从而增加了本书的新颖性与实用性。本书的主要内容包括：结构动力学研究体系的分类与研究方法的概述、结构动力学基础与运动方程的建立、单自由度体系动力问题、多自由度体系动力问题、无限自由度体系动力问题、随机振动与结构动力学的若干前沿研究课题。

书籍目录

前言主要符号表第1章 绪论1．1 结构动力学概述1．2 动力荷载121简谐荷载122非简谐周期荷载123冲击荷载124任意动荷载1．3 结构动力问题的特点1．4 结构离散化方法141集中质量法142广义坐标法143有限单元法习题第2章 动力学基础及运动方程的建立2．1 动力学基础2．1．1 动力自由度2．1．2 基本动力系统元件2．1．3 动力系统类型2．2 运动微分方程的建立2．2．1 动力平衡法2．2．2 虚位移原理2．2．3 Hamilton原理2．2．4 Lagrange方程2．3 重力的影响2．4 地基运动的影响习题第3章 单自由度体系3．1 自由振动反应3．1．1 无阻尼自由振动3．1．2 有阻尼自由振动3．1．3 阻尼及其测量3．2 简谐荷载反应3．2．1 无阻尼体系的简谐荷载反应3．2．2 有阻尼体系的简谐荷载反应3．2．3 动力放大系数3．2．4 共振反应3．2．5 阻尼比的求解3．3 周期荷载反应3．4 冲击荷载反应3．4．1 正弦波脉冲3．4．2 矩形脉冲3．4．3 三角形脉冲3．5 任意荷载的反应3．5．1 Duhamel积分（时域分析）3．5．2 Fourier变换（频域分析）3．6 振动的能量3．6．1 自由振动过程中的能量3．6．2 粘性阻尼体系的能量耗散3．6．3 等效粘性阻尼3．6．4 复阻尼3．6．5 摩擦阻尼3．7 结构振动试验3．7．1 振动试验简介3．7．2 激振设备3．7．3 测振仪器3．7．4 数据采集分析系统3．8 隔振原理3．8．1 积极隔振3．8．2 消极隔振习题第4章 多自由度体系4．1 两个自由度体系4．1．1 运动方程的建立4．1．2 无阻尼自由振动4．1．3 振型4．1．4 运动方程的一般解4．2 无阻尼自由振动4．2．1 运动方程的建立4．2．2 振型4．2．3 振型的正交性4．2．4 广义质量和广义刚度4．3 有阻尼体系的受迫振动4．3．1 坐标的耦联与正则坐标4．3．2 阻尼假设4．3．3 振型叠加法4．4 动力特性的实用计算方法4．4．1 Dunkerley公式4．4．2 Reyleigh能量法4．4．3 Ritz法4．4．4 矩阵迭代法4．4．5 子空间迭代法4．5 动力反应数值分析方法4．5．1 中心差分法4．5．2 平均常加速度法4．5．3 线性加速度法4．5．4 Newmarkβ法4．5．5 Wilsonθ法4．6 动力分析中的有限元法4．6．1 有限单元法的一般过程4．6．2 动力分析中的有限元法4．6．3 梁的位移模式和形函数4．6．4 单元刚度矩阵4．6．5 质量矩阵4．6．6 阻尼矩阵4．6．7 等效结点荷载习题第5章 无限自由度体系5．1 无阻尼直梁的轴向振动5．2 无阻尼梁的横向自由振动5．3 有阻尼梁在一般荷载作用下的偏微分运动方程5．4 振型的正交性5．5 振型叠加法5．5．1 广义质量5．5．2 广义荷载5．6 轴向力、剪切变形和转动惯量对振动方程的影响5．6．1 考虑轴向力影响的梁的振动方程5．6．2 转动惯量对振动方程的影响5．6．3 考虑转动惯量与剪切变形的梁振动方程5．7 简支梁在移动荷载作用下的振动5．8 板的横向自由振动习题第6章 结构随机振动6．1 概述6．2 随机过程6．2．1 随机过程的概念6．2．2 随机过程的概率描述6．2．3 随机过程的数字特征6．2．4 平稳随机过程6．2．5 几种重要的随机过程6．2．6 地震地面运动的随机模型6．3 线性单自由度体系随机反应6．3．1 时域分析方法6．3．2 频域分析方法6．3．3 激励和反应的互相关函数和互谱密度6．4 线性多自由度体系随机反应6．4．1 直接方法6．4．2 振型叠加法6．5 非线性结构随机反应分析6．5．1 摄动法6．5．2 等效线性化方法6．6 结构随机反应分析的状态空间法6．6．1 状态空间的基本概念6．6．2 单自由度体系6．6．3 多自由度体系习题第7章 结构动力学若干研究课题7．1 结构地震反应分析7．1．1 建筑结构地震作用计算方法简介7．1．2 单自由度弹性体系的水平地震作用7．1．3 地震反应谱7．1．4 振型分解反应谱法7．1．5 底部剪力法7．2 结构振动控制7．2．1 概念及分类7．2．2 粘弹性阻尼器减振技术7．2．3 橡胶基础隔震技术7．2．4 磁流变阻尼器减振技术7．3 模态分析与理论7．3．1 模态参数7．3．2 实模态分析7．3．3 复模态分析7．4 结构动力损伤识别7．4．1 频率基损伤识别方法7．4．2 模态基损伤识别方法7．4．3 基于刚度变化的损伤识别方法7．4．4 基于柔度变化的损伤识别方法7．4．5 基于能量的损伤识别方法7．4．6 动力损伤识别研究展望7．5 动力分析非线性问题7．5．1 动力分析中的物理非线性问题7．5．2 动力分析中的几何非线性问题7．6 子结构法7．6．1 子结构法有限元分析7．6．2 子结构法损伤识别习题参考文献

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《结构动力学》由科学出版社出版。

作者简介

《结构动力学》是在作者多年从事结构动力学的教学及研究工作的基础上撰写而成。书中在介绍基本概念和基础理论的同时，也介绍了结构动力学领域的若干前沿研究课题。《结构动力学》既注重读者对基本知识的掌握，也注重读者对结构振动领域研究发展方向的掌握。《结构动力学》的主要内容包括运动方程的建立、单自由度体系、多自由度体系、无限自由度体系的动力学问题、随机振动、结构动力学的前沿研究课题。书中侧重介绍单自由度体系和多自由度体系，重点突出。《结构动力学》可作为土木工程、机械工程、力学、航空等相关学科的本科生和研究生的教学用书，也可以作为从事结构振动、模态分析与测试等方面工作的研究人员和工程技术人员的参考用书。

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