结构动力学心得汇总

结构动力学学习总结

通过对本课程的学习，感受颇深。我谈一下自己对这门课的理解：

一．结构动力学的基本概念和研究内容

随着经济的飞速发展，工程界对结构系统进行动力分析的要求日益提高。我国是个多地震的国家，保证多荷载作用下结构的安全、经济适用，是我们结构工程专业人员的基本任务。结构动力学研究结构系统在动力荷载作用下的位移和应力的分析原理和计算方法。它是振动力学的理论和方法在一些复杂工程问题中的综合应用和发展，是以改善结构系统在动力环境中的安全和可靠性为目的的。高老师讲课认真负责，结合实例，提高了教学效率，也便于我们学生寻找事物的内在联系。这门课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、结构抗震计算及结构动力学的前沿研究课题。既有线性系统的计算，又有非线性系统的计算；既有确定性荷载作用下结构动力影响的计算，又有随机荷载作用下结构动力影响的随机振动问题；阻尼理论既有粘性阻尼计算，又有滞变阻尼、摩擦阻尼的计算，对结构工程最为突出的地震影响。

二．动力分析及荷载计算

1.动力计算的特点

动力荷载或动荷载是指荷载的大小、方向和作用位置随时间而变化的荷载。如果从荷载本身性质来看，绝大多数实际荷载都应属于动荷载。但是，如果荷载随时间变化得很慢，荷载对结构产生的影响与

静荷载相比相差甚微，这种荷载计算下的结构计算问题仍可以简化为静荷载作用下的结构计算问题。如果荷载不仅随时间变化，而且变化很快，荷载对结构产生的影响与静荷载相比相差较大，这种荷载作用下的结构计算问题就属于动力计算问题。

荷载变化的快与慢是相对与结构的固有周期而言的，确定一种随时间变化的荷载是否为动荷载，须将其本身的特征和结构的动力特性结合起来考虑才能决定。

在结构动力计算中，由于荷载时时间的函数，结构的影响也应是时间的函数。另外，结构中的内力不仅要平衡动力荷载，而且要平衡由于结构的变形加速度所引起的惯性力。结构的动力方程中除了动力荷载和弹簧力之外，还要引入因其质量产生的惯性力和耗散能量的阻尼力。而

且，除了需要知道结构质量分布、几何形态外，还应知道反应其动力性能的参数，如动弹性模量E、动切边模量G等。

2.动力荷载的分类

动力荷载按其是否具有随机性，可分为确定性和非确定性两类。确定性动力荷载系指当时间给定后其量值是唯一确定的，故亦称为数定的动力荷载。常见的确定性动力荷载，其方向、作用点位置不变，其大小随时间变化。例如，周期荷载，其中以简谐荷载最为常见；集度大，作用时间短暂的冲击荷载；持续时间长的非周期一般荷载。非确定性动力荷载的量值随时间的变化规律不是唯一确定的，而是一个随机过程，故亦称为随机荷载，也称非数定的动力荷载。虽然非确定性动力荷载不能用时间t的确定性函数来描述，但

它受概率统计规律所制约。地震荷载、海浪荷载和风荷载都可视为具有随机性质的非确定性动力荷载。

3.动力分析的目的和方法

结构动力分析的目的是确定结构在动力荷载下的响应，为结构设计、保证结构的经济与安全提供科学依据。研究结构的受迫振动是结构动力分析的基本任务。

动力分析的研究方法有：理论计算法、试验量测法和计算、试验混合法三种。随着计算技术的发展，结构动力系统的数值模拟显得越来越越重要，尤其是复杂结构，如水坝、地基和水库系统的三维动力分析、核电站结构系统的地震响应和振动控制等。结构试验时检验数学模型的正确性，为理论计算提供可靠地重要途径。试验量测的方法已由最初的机测和电

测发展到光测，大大提高了试验量测的范围和精度。重要结构的动力研究常常需要将数值计算和试验结合起来，一方面利用数值计算为结构试验提供依据，另一方面，根据试验结果，不断修正模型，以使数学模型能更好地反映实际情况。

高老师主要介绍确定荷载作用下结构动力响应计算的基本理论和方法，最后介绍系统参数识别、动态子结构法、随机振动主控制等问题。

三．运动方程式的建立

建立运动方程式的原理和方法有很多种，高老师主要给我们介绍了以下三种。

1．达朗贝尔原理——直接平衡法

利用达朗贝尔原理引进惯性力，根据作用在体系或其微元体上全部力的平衡条

件，按静力平衡计算，直接写出运动方程。2．虚位移原理

根据作用在体系上全部力在虚位移上所作虚功总和为零的条件，即根据虚功原理导出以广义坐标表示的运动方程。对于复杂系统，应用最广的是第二种方法。

3．哈密顿原理

利用广义坐标写出系统的动能、势能、阻尼耗散函数及广义力表达式，根据哈密顿原理或其等价形式的拉格朗日方程导出以广义坐标表示的运动方程。

通常,结构的运动方程是一个二阶常微分方程组，写成矩阵形式为：

Μ(t)+D(t)+Kq(t)=Q(t)，

式中q(t)为广义坐标矢量，是时间t 的函数,其上的点表示对时间的导数；Μ、

D、K分别为对应于q (t)的结构质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵；Q (t)是广义力矢量。

以上三种方法中，直接平衡法应用最为广泛，因为它的物理概念清楚，而且简便，只要熟悉静力计算中建立方程的方法就不难写出运动方程。虚位移原理本身等价于力的平衡条件，这是静力计算中已为大家所熟悉，所不同的是要引入惯性力和阻尼力。哈密顿原理计算能量的变分，不需要引入惯性力，适用于连续质量分布系统，但计算较为麻烦，在工程结构中应用很少。

四．结构动力学在抗震设计中的应用

1．序言：地震时地面运动是一个复杂的时间－空间过程。结构地震响应应取决于地震动特性和结构特性，特别是结构的

动力特性。结构地震响应分析的水平也是随着人们对这两方面认识的逐步深入而提高的。近几十年来，人们对地震动的谱成分和各类结构的动力特征有了深入认识。因此，结构的分析也随之有了相应的进展。结构地震反应分析的发展经过了静力法、反应谱法、动力法三个阶段。反应谱法根据单自由度系统的地震响应，既考虑了结构动力特性与地震动特性之间的动力关系，又保持了静力法的形式，在各国结构抗震设计规范中已被广泛采用。现行的抗震设计方法包括反应谱法和时程分析法。

2.方法比较：根据《建筑结构抗震规范》，对单自由度体系，给定场地条件以及结构的自振周期和阻尼比，便可以从反应谱中获得结构的最大地震响应（位移、速度和加速度），进而可求出结构的地震