高等结构动力学讲义讲解

大连理工大学船舶工程学院船舶高等结构动力学Advancedstructuraldynamicsofship1高等结构动力学主要是研究结构体系的动力特性，及其在动力载荷作用下动力响应分析原理和方法。包括线性振动理论、非线性振动理论和随机振动理论。主要研究内容外载荷分析结构系统的动力响应系统辨识与参数识别可靠性分析，容许标准结构系统的控制结构动力优化设计第0章绪论2外载荷分析随机性载荷确定性载荷周期载荷瞬态载荷主机激励低阶激励（周期载荷）高阶激励（周期载荷）螺旋桨激励轴频激励（周期载荷）叶频激励（周期载荷）倍叶频激励（周期载荷）波浪激励波击（周期载荷）砰击（瞬态载荷）拍击（瞬态载荷）流体激励涡击（周期载荷）地震（瞬态载荷）其他激励第0章绪论3结构系统的动力响应对给定的结构系统，求响应与激励的关系结构系统线性系统（应力—应变关系服从胡克定律，可用叠加原理）非线性系统（应力—应变关系不服从胡克定律，不可用叠加原理）结构系统无反馈系统（开环系统）有反馈系统（闭环系统）如：流固耦合系统包括：几何非线性、状态非线性、材料非线性结构系统时变系统（与时间有关）如：动态有限元时不变系统（与时间无关）结构系统保守系统（不考虑阻尼）非保守系统（考虑阻尼）第0章绪论4第0章绪论方法有限单元方法SAPADINANASTRANMARCANSYSABAQUSSACSNAUTICUS内容固有特性计算（包括固有频率和振型）响应计算5第0章绪论系统辩识与参数识别结构动力学的逆问题（反问题）故障诊断依靠现代实验手段，海底石油管道、平台桩腿等6第0章绪论可靠性分析、容许标准结构容许标准、人员容许标准、设备容许标准等国际标准ISO6954/ISO2000(E)AreaclassificationABCValuesabovewhichadversecommentsareprobable4mm/s6mm/s8mm/sValuesbelowwhichadversecommentsarenotprobable2mm/s3mm/s4mm/sNote:Thezonebetweenupperandlowervaluesreflectstheshipboardvibrationenvironmentcommonlyexperiencedandaccepted.Threedifferentclassificationareasarepresented:ClassificationA;ClassificationB;ClassificationC.Forguidance,ClassificationAcanbepassengercabins,ClassificationBcrewaccommodationareas,andClassificationCworkingareas.7第0章绪论结构系统的控制控制方法主动控制被动控制控制方法振源控制传播控制8第0章绪论结构动力优化设计内容灵敏度分析9第1章单自由度系统1-1运动方程建立运动方程建立直接平衡法虚位移原理——作用在系统上的所有力在发生虚位移时所做的总功等于零哈密顿原理——在任何时间区段t1-t2内，动能和位能的变分加上所考虑的非保守力所做功的变分必然等于零系统振动时，确定任意时刻全部质量位移所需要的独立的几何参变量的数目—结构系统的动力自由度。描述结构系统动力位移的数学表达式—结构的运动方程。运动方程的解—振动的位移历程。10第1章单自由度系统第1-1节运动方程建立直接平衡法11第1章单自由度系统第1-1节运动方程建立虚位移原理12第1章单自由度系统第1-1节运动方程建立哈密顿原理13第1章单自由度系统1-2无阻尼系统自由振动14第1章单自由度系统1-2无阻尼系统自由振动固有频率计算——直接法15第1章单自由度系统1-2无阻尼系统自由振动固有频率计算——静伸长法16第1章单自由度系统1-2无阻尼系统自由振动固有频率计算——能量法17第1章单自由度系统1-3有阻尼系统自由振动18第1章单自由度系统1-4简谐载荷作用动力响应19第1章单自由度系统1-5基础简谐运动作用响应20第2章离散体动力方程2-1动力分析中离散方法离散方法直接法差分法加权残值法变分法21第2章离散体动力方程2-1动力分析中离散方法直接法22第2章离散体动力方程2-1动力分析中离散方法差分法23第2章离散体动力方程2-1动力分析中离散方法加权残值法24第2章离散体动力方程2-1动力分析中离散方法25第2章离散体动力方程2-1动力分析中离散方法加权残值法——配点法、子域法、最小二乘法、加辽金法26第2章离散体动力方程2-1动力分析中离散方法27第2章离散体动力方程2-1动力分析中离散方法变分法是研究泛函取极值的方法。从能量的观点出发，考察结构的变形和内力，应用变分方法，得到所谓的能量变分原理。主要有瞬时最小势能原理和Hamilton原理。*有限元法有限元法的基础：变分原理与计算机技术；它不同于加权残值法、李茨法等，它不是在整个域内取试函数，而是在有限域内取试函数。*关于P法、H法、P-H法28第2章离散体动力方程2-2瞬时最小势能原理29第2章离散体动力方程2-2瞬时最小势能原理30第2章离散体动力方程2-2瞬时最小势能原理31第2章离散体动力方程2-3Hamilton原理32第2章离散体动力方程2-4质量矩阵、阻尼矩阵33第3章有限元法3-1杆纵向振动质量矩阵34第3章有限元法3-1杆纵向振动质量矩阵3-2梁单元的质量矩阵（《船体振动学》P171）3-3平面问题中的三角形板单元质量矩阵（《机床结构计算的有限元法》P152）3-4平面问题中的矩形板单元质量矩阵（《机床结构计算的有限元法》P152）3-5板弯曲问题中的矩形板单元质量矩阵（《机床结构计算的有限元法》P152）3-6板弯曲问题中的三角形板单元质量矩阵（《机床结构计算的有限元法》P152）3-7平面问题和弯曲问题组合时矩形板单元质量矩阵（《机床结构计算的有限元法》P152）35第3章有限元法3-8杆纵向振动36第3章有限元法3-8杆纵向振动37第3章有限元法3-9杆横向振动38第3章有限元法3-9杆横向振动39第3章有限元法3-9杆横向振动40第3章有限元法3-9杆横向振动41第3章有限元法3-10平面刚架振动42第3章有限元法3-10平面刚架振动43第3章有限元法3-10平面刚架振动44第3章有限元法3-10船舶板架振动45第3章有限元法3-10船舶板架振动46第3章有限元法3-11船体总振动船体总振动一维模型二维模型三维模型47第3章有限元法3-11船体总振动作业1设计一梁，求其固有频率和振型。48第4章结构特征问题求解4-1概述49第4章结构特征问题求解4-1概述50第4章结构特征问题求解4-1概述51第4章结构特征问题求解4-2多项式迭代法52第4章结构特征问题求解4-3Sturm序列法53第4章结构特征问题求解4-4矩阵变换法54第4章结构特征问题求解4-5矢量正迭代法55第4章结构特征问题求解4-6矢量逆迭代法56第4章结构特征问题求解4-6矢量逆迭代法57第4章结构特征问题求解4-6矢量逆迭代法58第4章结构特征问题求解4-6矢量逆迭代法59第4章结构特征问题求解4-6矢量逆迭代法作业2用矢量逆迭代法求前三阶特征对60第4章结构特征问题求解4-7子空间迭代法61第4章结构特征问题求解4-7子空间迭代法62第4章结构特征问题求解4-7子空间迭代法63第5章结构动态响应分析5-1概述64第5章结构动态响应分析5-2模态迭加法65第5章结构动态响应分析5-2模态迭加法66第5章结构动态响应分析5-2模态迭加法67第5章结构动态响应分析5-3中心差分法68第5章结构动态响应分析5-3中心差分法69第5章结构动态响应分析5-4Houbolt法70第5章结构动态响应分析5-4Houbolt法71第5章结构动态响应分析5-5线加速度法72第5章结构动态响应分析5-6Wilson-θ法73第5章结构动态响应分析5-6Wilson-θ法作业3确定系统响应历程100422610022121xxxx74第5章结构动态响应分析5-7Newmark法75第6章动态子结构法6-1概述76第6章动态子结构法6-1概述77第6章动态子结构法6-1概述78第6章动态子结构法6-2固定界面法79第6章动态子结构法6-2固定界面法80第6章动态子结构法6-2固定界面法81第6章动态子结构法6-2固定界面法82第6章动态子结构法6-2固定界面法83第6章动态子结构法6-3自由界面法84第6章动态子结构法6-3自由界面法85第6章动态子结构法6-3自由界面法