12.5 阻尼对振动的影响解析
阻尼与振动
单自由度体系有阻尼振动
2)ξ=1（临界阻尼）情况 临界阻尼常数cr为ξ=1时的阻尼常数。 （振与不振的分界点）
θ0 y0 这条曲线仍具有衰减性，但不具有波动性。
3)ξ>1 强阻尼：不出现振动，实际问题不常见。
单自由度体系有阻尼振动
例、图示一单层建筑物的计算简图。屋盖系统和柱子的质量均集中在横梁处共 计为m，加一水平力P=9.8kN，测得侧移A0=0.5cm， 然后突然卸载使结构发生水平自由振动。在测得周期T=1.5s 及一 个周期后的侧移A1=0.4cm。求结构的阻尼比ξ和阻尼系数c。
β ξ=0 ξ=0.1
共振时 1 2
4.0
3.0 2.0 1.0 0
ξ=0.2
ξ=0.3 ξ=0.5
ξ=1.0 1.0 2.0
θ/ω 3.0
单自由度体系有阻尼振动
考虑阻尼与忽略阻尼振动规律对比
忽略阻尼的振动规律 考虑阻尼的振动规律
结构的自振频率是结构的固有特性，与外因无关。
简谐荷载作用下有可能出现共振。 自由振动的振幅永不衰减。 自由振动的振幅逐渐衰减。
单自由度体系有阻尼振动
FD (t )
S
k
m P(t)
FS (t ) ky(t ) FI (t ) my(t ) FD (t ) cy
m 平衡方程:
. F (t) y .
P(t) FI(t)
cy ky P(t ) m y
P(t)
单自由度体系有阻尼振动
二、阻尼对自由振动的影响
yk 1 1 0.5 ln ln 0.0335 2 y k 1 2 0.4 2 2 4.189s 1 T 1.5
力学系统阻尼对振动特性的影响研究
力学系统阻尼对振动特性的影响研究在我们的日常生活和工程实践中，振动现象无处不在。
从车辆的行驶过程中的颠簸，到建筑物在风中的摇晃，再到机械零件的运转，振动都扮演着重要的角色。
而在这些振动现象中，力学系统的阻尼起着至关重要的作用。
阻尼是指任何振动系统在振动中，由于外界作用或系统本身固有的原因引起的振动幅度逐渐下降的特性。
它就像是一个“阻力器”，影响着振动的强度、频率和持续时间等特性。
为了更好地理解阻尼对力学系统振动特性的影响，让我们首先来了解一下什么是力学系统的振动。
简单来说，振动就是物体在平衡位置附近做往复运动。
比如，一个悬挂在弹簧上的重物，当它被拉离平衡位置然后释放，就会在弹簧的作用下上下振动。
这种振动的特性可以用振幅、频率和相位等参数来描述。
振幅是指振动的最大位移量，它反映了振动的强度。
频率则是单位时间内振动的次数，决定了振动的快慢。
相位则描述了振动在时间上的起始点和相对关系。
那么，阻尼是如何影响这些振动特性的呢？当一个力学系统存在阻尼时，最明显的影响就是振幅的逐渐减小。
阻尼力会消耗振动系统的能量，使得振动的幅度越来越小，最终振动停止。
这就好比一个在粗糙地面上滚动的球，由于地面的摩擦力（相当于阻尼），球的滚动速度会逐渐减慢，最终停止。
阻尼对振动频率也有一定的影响。
在一些简单的力学系统中，如小阻尼情况下的单自由度线性振动系统，阻尼的存在会使振动频率略微降低。
但在复杂的系统中，阻尼对频率的影响可能会更加复杂，需要通过详细的数学分析来确定。
此外，阻尼还会改变振动的持续时间。
阻尼越大，振动衰减得越快，振动持续的时间就越短。
反之，阻尼越小，振动衰减得越慢，振动持续的时间就越长。
为了更深入地研究阻尼对振动特性的影响，我们可以通过建立数学模型来进行分析。
以一个简单的单自由度有阻尼振动系统为例，其运动方程可以表示为：＄m\ddot{x} ＋ c\dot{x} ＋ kx ＝ 0$其中，＄m$是物体的质量，＄c$是阻尼系数，＄k$是弹簧的刚度系数，＄x$是物体的位移。
了解阻尼对振动系统的影响及应对方法
了解阻尼对振动系统的影响及应对方法阻尼是振动系统中一个重要的参数，它对振动系统的影响不可忽视。
在本文中，我们将探讨阻尼对振动系统的影响以及应对方法。
一、阻尼对振动系统的影响阻尼是指振动系统中的能量损耗过程，它可以减小振动系统的振幅，并使其逐渐趋于稳定状态。
阻尼的存在可以消除振动系统的过渡过程，使其更加稳定和可靠。
1. 减小振幅阻尼的主要作用之一是减小振动系统的振幅。
当振动系统受到外界激励时，如果没有阻尼的存在，振动系统将会不断地振荡下去，振幅可能会越来越大，甚至导致系统失控。
而有了阻尼后，能量损耗将会使振幅逐渐减小，使系统保持在一个合适的范围内。
2. 调整振动频率阻尼还可以调整振动系统的频率。
在没有阻尼的情况下，振动系统的频率由其固有频率决定。
但是，当阻尼存在时，振动系统的频率将会发生变化。
具体来说，阻尼会使振动系统的固有频率减小，从而影响系统的振动特性。
二、应对方法在实际应用中，我们常常需要对振动系统进行控制和调节，以满足特定的需求。
下面是一些常用的应对方法：1. 增加阻尼如果振动系统的振幅过大或频率不稳定，可以考虑增加阻尼来控制振动。
增加阻尼的方法有很多种，例如增加阻尼材料的摩擦力、调整阻尼器的参数等。
通过增加阻尼，可以有效地减小振动系统的振幅，并使其更加稳定。
2. 优化结构设计在设计振动系统时，可以通过优化结构设计来减小振动的影响。
例如，在建筑物的设计中，可以合理选择材料、增加结构的刚度等，以减小振动系统的振幅。
此外，还可以采用隔振措施，如增加隔振垫、设置隔振支座等，来减小振动对周围环境的影响。
3. 使用控制器在一些需要精确控制振动的应用中，可以使用控制器来实现振动系统的控制。
控制器可以根据实际需求调整振动系统的参数，以实现对振动的精确控制。
例如，在飞机的自动驾驶系统中，控制器可以根据飞行状态和航线要求，调整飞机的姿态和振动，使其保持稳定和平稳。
总结起来，了解阻尼对振动系统的影响及应对方法对于设计和控制振动系统具有重要意义。
阻尼实验研究阻尼对振动的影响
阻尼实验研究阻尼对振动的影响在物理学中，振动是一种对象周期性的来回运动。
在实际生活中，许多系统和设备都会受到振动的影响，其中阻尼是一种重要的现象。
本文将探讨阻尼对振动的影响，并介绍一种阻尼实验的研究方法。
一、引言振动是一个物体或系统围绕其平衡位置做周期性的运动。
在没有阻尼的情况下，振动将保持永恒的运动。
然而，在实际应用中，阻尼是难以避免的，并且会对振动产生重要影响。
二、阻尼对振动的影响1. 阻尼的定义与分类阻尼是指在振动过程中对振动物体的相对运动产生阻碍的力或现象。
根据阻尼的特性，可以将其分为以下几类：- 无阻尼振动：没有外界阻力的影响，系统能够永久地保持振动。
- 强迫振动：在周期性外力作用下，系统振动频率与外力频率相同。
- 欠阻尼振动：阻尼力较小，系统在振动后会经历一段减振过程，但最终回到平衡位置。
- 临界阻尼振动：当阻尼适中时，系统在振动后恢复到平衡位置需要的时间最短。
- 过阻尼振动：阻尼力较大，系统在振动后不能完全回到平衡位置。
2. 阻尼对振动的影响阻尼的存在会改变振动系统的特性，对振动的幅度、频率和周期等方面产生影响：- 阻尼会减小振动的幅度：振动会随时间减弱，直至停止运动。
- 阻尼会改变振动的频率：阻尼越大，振动频率越低。
- 阻尼会增加振动的周期：阻尼减弱了振动系统的回复速度。
三、阻尼实验研究方法为了研究阻尼对振动的影响，可以进行一种名为“阻尼实验”的实验。
以下是该实验的步骤：1. 实验材料和器材准备- 弹簧振子：用于模拟振动系统。
- 钟摆计时器：用于测量振动的周期。
- 阻尼装置：可调节振动的阻尼大小。
2. 实验步骤1）将弹簧振子悬挂在支架上，并保证其自由振荡无阻尼状态下。
2）调节阻尼装置，逐渐增加阻尼的大小，记录每次增加后的振动周期和振幅。
3）重复步骤2，直到观察到过阻尼的情况。
3. 实验结果分析根据实验数据，绘制阻尼大小与振动周期的关系图，并分析不同阻尼对振动的影响。
可以观察到阻尼越大，振动周期越长，振动幅度越小。
力学系统阻尼对振动特性的影响研究
力学系统阻尼对振动特性的影响研究在我们的日常生活和工程实践中，振动现象无处不在。
从桥梁的晃动到机械零件的微小振动，从建筑物在风中的摆动到电子设备的共振，振动既可能是有益的，也可能带来严重的问题。
而在研究振动现象时，力学系统中的阻尼是一个至关重要的因素。
阻尼能够有效地消耗振动能量，从而改变振动的特性。
首先，让我们来了解一下什么是阻尼。
简单来说，阻尼是一种阻碍物体运动、消耗能量的力。
在力学系统中，阻尼的存在使得振动的幅度逐渐减小，振动逐渐衰减。
阻尼可以分为多种类型，比如粘性阻尼、结构阻尼、库仑阻尼等。
粘性阻尼是最为常见的一种阻尼形式，它与物体的运动速度成正比。
想象一下，把一个物体放在粘稠的液体中，它在运动时会受到液体的阻力，这个阻力就类似于粘性阻尼。
结构阻尼则是由于材料内部的微观结构变化和能量耗散引起的，比如金属材料在反复受力时内部的位错运动就会产生结构阻尼。
库仑阻尼则常见于有干摩擦的情况，例如物体在粗糙表面上滑动时所受到的摩擦力。
那么，阻尼是如何影响振动特性的呢？阻尼对振动频率有着一定的影响。
在无阻尼的理想情况下，振动系统的固有频率是固定不变的。
然而，当存在阻尼时，系统的固有频率会略微降低。
这就好比一个无阻尼的弹簧振子振动得很欢快，而当有了阻尼的“束缚”，它的振动节奏就稍微慢了一些。
阻尼对振动幅度的影响更是显著。
在没有阻尼的情况下，振动的幅度将保持不变，这被称为等幅振动。
但在实际情况中，阻尼会使振动幅度逐渐减小，直至振动停止。
阻尼越大，振动衰减得就越快。
比如说，一辆汽车在减震器损坏（阻尼减小）的情况下，经过颠簸路段时车身的晃动会更加剧烈且持续时间更长；而正常的减震器（有合适的阻尼）能够快速衰减车身的振动，使乘坐更加平稳。
此外，阻尼还会影响振动的相位。
在无阻尼系统中，振动的位移和速度之间存在固定的相位关系。
但有阻尼时，这种相位关系会发生变化，导致振动的形态变得更加复杂。
在工程应用中，对阻尼的研究和控制具有重要意义。
阻尼对振动的影响
ξ ＞1
大阻尼
ξ =1
临界阻尼
ξ＜1
小（弱）阻尼
1）低阻尼情形 ( <1 )
令 r 1 2
λi=-ωξ ± iωr
PPT课件
6
方程的一般解为：
y(t) et (C1 cosrt C2 sin rt)
由初始条件确定C1和C2；
由于振动很慢,因而惯性力和阻尼力都很小,动力荷载主要
由结构恢复力平衡.此时α →00,位移基本上与荷载同步。 (y与FP同步)
（2）θ＞＞ω，θ / ω → ∞， β很小。 体系振动很快，质点近似于作振幅很小的颤动。由于振
动很快，因此惯性力很大，动力荷载主要由惯性力平衡。 此时α →1800，位移与荷载反向。（y与FP反向）
12
1
(0.999) 2
(4)6周后的振幅
y0 y1
e t0 e (t0 T )
eT
y0 y6
e t0 e (t0 6T )
e6T
6
y0 y1
y6 21yy10ln6AAynn01 P1P2.2T6课1m件6 ln2AA0n.n5m24cm
y 2 y 2 y 0 y (C1 C2t)et y [ y0 (1t)v0t]et
( ± 2 1)
y tg0 v0
θ0
y0
这条曲线仍具有衰减性，但P不PT课具件有波动性。
10 t
临界阻尼常数cr为ξ=1时的阻尼常数。（振与不振的分界点）
2
2 2
1 2
动力系数β与频率比θ/ω和阻尼比ξ有关
机械振动学基础知识阻尼对振动行为的影响
机械振动学基础知识阻尼对振动行为的影响振动是一种普遍存在于工程和自然中的现象，而阻尼作为振动系统中重要的组成部分之一，对振动行为有着重要的影响。
在机械振动学的研究中，了解阻尼对振动行为的影响是至关重要的。
本文将从阻尼的基本概念、分类以及对振动行为的影响等方面展开讨论。
首先，我们来了解一下阻尼的基本概念。
阻尼是指在振动系统中消耗振动能量的现象，通过各种方式将振动系统的能量转化为其他形式的能量损失。
在振动系统中，阻尼的主要功能是减小振动幅值，稳定振动系统。
阻尼的存在可以有效地减小振动系统的共振现象，提高系统的稳定性和可靠性。
阻尼可以分为多种类型，常见的有粘性阻尼、干摩擦阻尼和涡流阻尼等。
粘性阻尼是指在振动系统中由于介质的黏性而产生的阻尼力，它与振动系统的速度成正比。
干摩擦阻尼是指由于两个固体之间的相对运动而产生的阻尼力，通常表现为与速度成正比的关系。
涡流阻尼则是指在导体中产生涡流时所产生的涡流耗散功率，通常与电磁感应的相关原理有关。
阻尼对振动行为的影响是多方面的。
首先，阻尼可以减小振动系统的共振现象。
共振是指当外界激励频率接近结构的固有频率时，结构振幅急剧增大的现象。
适当的阻尼可以减小振动系统的共振幅值，降低共振对结构的破坏性影响。
其次，阻尼可以提高振动系统的稳定性。
在没有阻尼的情况下，振动系统可能会出现无限增长的自由振动现象，而引入适当的阻尼可以使系统稳定下来，避免失控。
此外，阻尼还可以降低系统的振动能量损失，延长系统的使用寿命。
总的来说，阻尼在机械振动学中起着至关重要的作用。
通过了解阻尼的基本概念、分类以及对振动行为的影响，我们可以更好地设计和优化振动系统，提高系统的稳定性和可靠性。
在未来的工程实践中，我们应该充分重视阻尼对振动行为的影响，不断提升振动系统的性能，实现更好的工程效果。
振动系统的自由度和阻尼对振动的影响如何
振动系统的自由度和阻尼对振动的影响如何一、振动系统的自由度振动系统的自由度是指系统在空间中独立运动的数量。
在物理学中，一个自由度通常指的是一个物体在某个参考系下可以独立运动的程度。
对于振动系统来说，自由度决定了系统的复杂程度和可能的状态。
1.单自由度系统：指系统在空间中只能沿一个方向或一个轴进行振动。
例如，一根弹簧振子就是一个单自由度系统。
2.多自由度系统：指系统在空间中有多个方向或多个轴可以进行振动。
例如，一个弹簧-质量系统，如果它可以在三维空间中的任意方向振动，则它是一个三自由度系统。
二、阻尼对振动的影响阻尼是振动系统中能量耗散的机制，它会使振动的振幅逐渐减小，直至振动停止。
阻尼对振动的影响主要表现在以下几个方面：1.阻尼比：阻尼比是描述阻尼特性的一个参数，定义为阻尼力与恢复力的比值。
阻尼比越大，系统的振动衰减越快，振幅减小得越迅速。
2.阻尼对振动幅值的影响：在初始阶段，阻尼对振动幅值的影响较小，但随着振动时间的增加，阻尼作用逐渐明显，振幅逐渐减小。
3.阻尼对振动周期的影响：阻尼对振动周期没有直接影响，振动周期仅与系统的弹性特性和质量有关。
4.阻尼对振动稳定性的影响：适当的阻尼可以提高振动的稳定性，防止系统发生过度振动或共振。
然而，过大的阻尼可能会导致系统过早地停止振动，影响某些应用中的振动性能。
三、自由度和阻尼的相互作用自由度和阻尼的相互作用表现在以下几个方面：1.自由度越多，系统可能出现的振动状态越多，同时阻尼对振动的影响也越复杂。
2.在多自由度系统中，各个自由度之间的振动可能会相互耦合，使得系统的振动特性更加复杂。
3.阻尼的存在可能会影响自由度之间的耦合关系，从而改变系统的振动特性。
综上所述，振动系统的自由度和阻尼对振动的影响是多方面的，它们相互作用决定了系统的振动特性。
了解这些知识点有助于我们更好地分析和解决实际问题。
习题及方法：1.习题：一个单自由度弹簧振子在无阻尼状态下做简谐振动，其质量为m，弹簧常数为k，振动的初始位移为A。
结构力学-阻尼对振动的影响
r
T
1.5
4.189 s 1
r 1 2 4.191s 1
P 9.8103 k 196104 N / m A0 0.005
4 2 0 . 0355 196 10 2k 33220 N s/m c 2 m 4.189
当ξ<0.2，则ωr/ω≈1，则
yk 1 r ln 2 n yk n
yk ln 2 n yk n 1
y (t ) et a sin(r t )
T 2
r
2
1 2
阻尼对自振频率的影响：ωr是低阻尼体系的自振频率
r 1 2
y(t ) Cet
(2) 考虑ξ=1的情况:
( 2 1)
λ= －ω
初始 条件
y=(C1+C2t)e-ωt y = [y0(1+ωt)+υ0t] e-ωt
y0
y tg0 θ0
v0
当阻尼增大到ξ=1时，曲线具有衰减，但不具波动，这时的阻 尼常数为临界阻尼常数，用Cr表示。 (Critical Damp)
在ξ<1的低阻尼情况下，ωr恒小于ω，而且随ξ值的增 大而减小。通常ξ是一个小数。如果ξ<0.2，则 0.96<ωr/ω<1，即ωr与ω的值很相近。因此，在ξ<0.2的 情况下，阻尼对自振频率的影响可以忽略。
例、图示一单层建筑物的计算简图。屋盖系统和柱子的质量均集 中在横梁处共计为m ，加一水平力9.8kN，测得侧移A0=0.5cm， 然后突然卸载使结构发生水平自由振动。在测得周期T=1.5s 及一 个周期后的侧移A1=0.4cm。求结构的阻尼比ξ和阻尼系数c。 yk 1 1 0.5 ln ln 0.0335 m 2 y k 1 2 0.4 EI=∞ 9.8kN 2 2
12.5 阻尼对振动的影响
t 0 ，即得有阻尼自由振动方程 令 F P
令 2 k11 m ， c m 2 ，有 则
All Rights Reserved
m y c y ky 0 1 1
2 y 2 y y 0
重庆大学土木工程学院®
c 2m
ζ 称阻尼比。
2 y 2 y y 0
运动方程为
m yc yk y F t 1 1 P
All Rights Reserved 重庆大学土木工程学院®
12.5.3 有阻尼的自由振动（单自由度体系）
研究有阻尼的自由振动，其目的在于：
1) 求考虑阻尼的自振频率ωr或自振周期Tr。
2) 求阻尼比ζ，由其大小可知道结构会不会产生振动（ ζ ＜1， 结构才考虑振动），振动衰减的快慢（ ζ 越大，衰减速度越 快）。
按照等比级数
eTr 或 yk1 yk
逐渐衰减的波动曲线。
经过一个周期T ，相 2 π 邻两个振幅yk+1与yk的比值为
t T t T k r k r y y e e e k 1k
由此可见，振幅是按几何级数 衰减的，而且ζ值越大（阻尼越 大），则衰减速度越快。
设微分方程的解为
y Cet
则λ由下列特征方程所确定
2 2 2 0
其解为
1
2
根据λ ＜1、 λ =1、 λ ＞1三种情况，可得出三种运动状态，现 分析如下：
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1.考虑λ ＜1的情况（即低阻尼情况）
2 1 r
则
i 1 ,2 r
阻尼振动实验了解阻尼对振动的影响
阻尼振动实验了解阻尼对振动的影响阻尼振动实验是研究物体在受到外力作用下发生振动的过程中，阻尼对振动产生的影响。
通过实验，可以直观地了解阻尼对振动的调控作用，并且对振动现象有更深入的认识。
本文将介绍阻尼振动实验的原理与步骤，并讨论不同阻尼对振动的影响。
一、实验原理在进行阻尼振动实验之前，需要了解几个基本物理概念。
首先，振动是物体在受到外力作用后迅速来回运动的现象。
其次，阻尼是指物体在振动过程中由于外界环境的摩擦或阻碍而逐渐减弱振动幅度的现象。
阻尼振动实验中，常用的装置是简谐振动装置。
该装置通常由弹簧、质块和阻尼装置组成。
弹簧是质块进行振动的力源，质块则是振动的物体，阻尼装置则模拟外界环境对振动的阻碍作用。
实验中可以通过改变阻尼装置的位置或调整其参数来研究不同阻尼对振动的影响。
二、实验步骤1. 准备实验装置：安装简谐振动装置，调整各个零件的位置，确保实验平稳进行。
2. 设置实验参数：根据实验需求，选择合适的阻尼装置并确定其位置。
可以尝试不同位置或不同参数的阻尼装置，以获得更多的数据。
3. 开始振动：将实验装置置于平稳的工作台上，给质块施加一个初速度或初始位移，观察振动的过程。
4. 记录数据：使用合适的测量工具（如计时器、振动传感器等），记录振动的周期、振幅和衰减等数据。
5. 分析数据：根据记录的数据，观察不同阻尼条件下振动的特征，并进行数据处理，得出结论。
三、不同阻尼对振动的影响1. 无阻尼振动：在无阻尼的情况下，质块的振动将保持恒定的振幅和频率。
振动过程中能量不会衰减，持续较长的时间。
无阻尼振动是理想的振动状态，但实际很难实现。
2. 强阻尼振动：强阻尼是指阻尼力对振动系统有较大的约束作用，使振幅迅速减小。
在强阻尼情况下，质块的振动几乎立即停止。
3. 弱阻尼振动：弱阻尼是指阻尼力对振动系统的约束相对较小，使振幅缓慢衰减。
在弱阻尼情况下，质块的振动会持续一段时间，并逐渐减小振幅。
通过实验观察不同阻尼情况下的振动特征，可以发现阻尼对振动产生的影响。
阻尼现象对振动周期的影响实验研究
，系统容易发生共振现象，导致振幅急剧增大；而当阻尼过大时，系统
响应变得迟钝，影响工作效率。
实验结论和解释
阻尼现象对振动周期具有显著影响
实验结果表明，阻尼的增加会导致振动周期延长。这一结论对于工程实践中减振降噪、提 高系统稳定性具有重要意义。
阻尼与系统稳定性密切相关
实验结果还揭示了阻尼与系统稳定性之间的内在联系。适当的阻尼可以抑制系统共振，提 高稳定性；而过小或过大的阻尼都会对系统性能产生不良影响。
03
06
4. 改变阻尼器的大小，重复步骤3，记录 不同阻尼下的振动加速度数据。
05
3. 开启振动台，使其产生振动，并通过 数据采集仪记录振动加速度数据。
04
2. 将加速度传感器固定在振动台上，以 测量振动加速度。
实验数据记录和处理
01 02 03 04 05
数据记录：记录不同阻尼下的振动加速度数 据，包括振幅、频率等。
学术研究意义
阻尼现象是振动领域的重要研究方向之一。通过实验研究阻尼对振动周期的影 响，可以深入揭示阻尼现象的内在规律，为相关理论研究和工程应用提供有力 支持。
研究目的和问题
研究目的
本实验旨在通过模拟不同阻尼条件下的振动过程，探究阻尼 现象对振动周期的关键问题包括如何准确模拟不同 阻尼条件、如何精确测量振动周期以及如何通过数据分析揭 示阻尼与振动周期之间的内在关系。
振动系统内部各部件之间的摩擦 是产生阻尼的主要原因之一。这 种摩擦会导致能量的耗散，使振 动幅度减小。
外部作用
外部作用力或环境因素（如空气 阻力、水阻力等）也会对振动系 统产生影响，导致能量的损失和 振动周期的变化。
阻尼现象对振动系统的影响
A
振幅减小
结构力学思考题答案
结构力学思考题答案结构力学思考题答案12.1怎样区别动力荷载与静力荷载? 结构动力计算与静力计算的主要区别是什么？答：静力荷载：施力过程缓慢，不致使结构发生显著加速度，可略去惯性力的影响，各量值不随时间而变化。
例：在梁上砌砖。
动力荷载：在荷载作用下使结构发生不容忽视的加速度，必须考虑惯性力的影响，使结构发生振动，各量值内力位移（动力反应）随时间而变化。
二者的主要区别：是否考虑惯性力的影响。
实际荷载处理：当荷载变化缓慢时，其变化周期远大于结构的自振周期时，动力作用是很小的，为简化计算将它作为静力荷载处理；当荷载过于激烈时，动力作用比较明显的荷载，惯性力不可忽略，按动力荷载考虑。
结构动力计算与静力计算主要区别表现在：(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。
12.2 什么是振动自由度？结构振动自由度与机动分析中的自由度有何区别？确定体系动力自由度的目的是什么？答：结构的振动自由度：结构在弹性变形过程中，确定全部质量的位置所需要的独立参数的数目。
相同点：表明体系运动形式的参变量的数目相同。
不同点：几何组成分析表示的是刚体运动的自由度；振动的自由度，表示变形体系中质点的自由度。
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。
12.3 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？答：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。
阻尼力对振动系统的影响
阻尼力对振动系统的影响振动是物体在某一点上周围位置的周期性往复运动。
在振动系统中，阻尼力是一个重要的因素，它对振动产生了重要的影响。
本文将探讨阻尼力对振动系统的影响，并介绍不同阻尼情况下的振动现象。
首先，我们来了解一下什么是阻尼力。
阻尼力是指在一个物体运动过程中由于其周围介质的阻力所产生的力。
阻尼力的大小与物体的速度成正比，切向上的方向与物体运动的方向相反。
在振动系统中，阻尼力可以通过不同的方式产生，例如空气阻力、液体阻力以及固体的内部摩擦等。
当振动系统受到阻尼力的影响时，其振动特征将发生明显变化。
在没有阻尼力的情况下，振动系统可以无限振动，即能量始终保持不变。
而当存在阻尼力时，振动系统的能量将不再恒定，而是逐渐减小。
当阻尼力很小的时候，振动系统称为欠阻尼系统。
在欠阻尼系统中，振动会经历一系列阻尼振荡，振幅逐渐减小，直至停止。
在这种情况下，系统中的能量损失较小，振动周期仍然保持较为稳定。
然而，当阻尼力增大到某一程度时，振动系统将进入临界阻尼状态。
临界阻尼的特点是振动在最短时间内消失，但不产生过振现象。
这是因为阻尼力抵消了系统的弹性势能，使振动系统在最短时间内回到平衡位置。
最后，当阻尼力继续增大时，振动系统进入过阻尼状态。
在过阻尼状态下，振动系统没有周期性，而是以较缓的速度逐渐回到平衡位置。
过阻尼系统中，振动时间较长，振幅减小缓慢，能量衰减较快。
阻尼力对振动系统的影响不仅体现在振动特征上，还对系统的稳定性产生了影响。
在一些需要稳定振动的系统中，为了降低阻尼对振动系统的干扰，可以通过一些方法来减小阻尼力。
例如，在机械系统中，可以加装减震器来降低振动的阻尼效应；在电子系统中，可以通过使用合适的电路来控制系统的阻尼特性。
总之，阻尼力在振动系统中扮演着重要的角色。
不同阻尼情况下的振动表现出不同的特征，从欠阻尼到临界阻尼再到过阻尼，每一种情况都有其独特的振动形态。
掌握阻尼力对振动系统的影响，有助于我们更好地理解和应用振动现象。
阻尼对振动的影响
（4）当 q > w 时 b < 1 动力位移与动力荷载反向。 （5）当 q >> w 时 b 0 质点只在静平衡位置 附近作极微小的振动。
**对于结构内力也存在与结构位移相似的情况
y( t) = Ae
-xw t
sin(w rt + j )
Ai+1
y ) A (t i
t i
T D
t+1 i
t
w r =w 1 - x
2
---有阻尼的自振频率 ---阻尼比
c c x = = 2mw cr
cr = 2 mw
--临界阻尼系数
3. 振动分析 振动分析
x < 1(c < 2mw )
小阻尼情况 临界阻尼情况 不振动 不振动
3.振动分析
纯强迫振动分析
y ( t) = Asin qt
P A = m( 2 - q 2 ) w
y ( t) = Asin qt
P A = m( 2 - q 2 ) w
P = × 2 mw 1
q 2 1- 2 w
P = Pd 11 = yst 2 m
q 2 1- 2 w
10.4 单自由度结构在简谐荷载下的强迫振动
(不计阻尼)
P(t)= Psinqt
P ---荷载幅值
P(t) l
EI
m y ) (t
q ---荷载频率
1.运动方程 运动方程
& m& t)+ k y t)= Psinqt y ( ( 11
---二阶线性非齐次常微分方程
2.方程的解
P y()= c cos t+ c sin t+ t 1 w 2 w sin t q 2 2 mw -q ) (
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FC cy
my cy k11 y FP t
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式中，c为阻尼系数； y 为质点速度。负号表明 FC 的方向 的方向相反，它在振动时作负功，因而造 恒与质点速度 y 成能量耗散 。 一般运动方程为:
12.5.3 有阻尼的自由振动（单自由度体系）
研究有阻尼的自由振动，其目的在于： 1)求考虑阻尼的自振频率ω r或自振周期 Tr，更贴近实际情况
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y k 1 y k e
t k Tr
e
t k
e
Tr
对上式等号两边取倒数（分子与分母换位后）再取自然对数，
yk 2π Tr ln ln e Tr y k 1 r
yk 1 r 因此： ln 2 π yk 1
2πn
工程上通过实测yk 及yk+n来计算ξ 。
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关于求体系振动n周后的振幅
y 1 ln 0 2 π n yn
yn
，其计算式为：
T y y e 1 0
yn y0 e
T n
（当n=1）
当振动n周后
yn y1 y0 y0
t
其曲线如图所示。这条曲线仍然具有衰减性质，但不具有 波动性质。
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综合以上的讨论可知：当ξ ＜1时，体系在自由反应中是会引 起振动的；而当阻尼增大到ξ ＝1时，体系在自由反应中即不 引起振动，这时的阻尼常数称为临界阻尼常数，用cr表示 c 在 中，令ζ ＝1，则 cr 2m 2 mk11 2m
12.5 阻尼对振动的影响
12.5.1 关于阻尼的定义 阻尼是使振动衰减的因素，或使能量耗散的因素。
振动中的阻尼力有多种来源，例如:
1) 结构与支承之间的摩擦。 2) 结构材料之间的内摩擦。 3) 周围介质的阻力等。
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12.5.2 粘滞阻尼理论
该理论最初用于考虑物体以不大的速度在粘性液体中运动时 所遇到的抗力，因此称为粘滞阻尼力。该理论假设阻尼力其 大小与质点速度成正比，其方向与质点速度的方向相反。即 阻尼力
1,2 i 1 2 ir
2 1 式中： r
微分方程的解为：
y e
t
C1 cosr t C2 sin r t
v0 y0
0 v0 ，），即得 再引入初始条件（当t＝0时 y0 y0 ，y
(2)阻尼对振幅
ae
t
的影响
振幅 At a e t 按照等比级数
e Tr 或 yk 1 yk 逐渐衰减的波动曲线。
经过一个周期T （=2π /ω ）， 相邻两个振幅yk+1与yk的比值为：
yk 1 yk e t k Tr e t k e Tr 由此可见，振幅是按几何级数 衰减的，而且ξ值越大（阻尼 越大），则衰减速度越快。
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【讨论】下面讨论两个问题：
(1)阻尼对自振频率的影响
r 1 2（随ζ
的增大而减小 )
r ，可见， 0.98 1 阻尼对自振频率的影响可以忽略不计，故取：
当ξ＜0.2时（一般建筑结构ξ＜0.1），
r 2 Tr T r
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n
2.考虑ζ =1的情况（即临界阻尼情况）
由 2 1 ，得
1,2
2y 2 y 0 的解为 y 因此，微分方程
y C1 C2t e t
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再引入初始条件，得： y
y0 1 t v0t e
1）当ξ ＞1时，有两实根： 1, 2 2）当ξ =1时，有两相同实根： 3）当ξ ＜ 1时，有两共轭虚根： 1, 2
2 1
1 2
( i 1 )
2
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1.考虑λ ＜1的情况（即低阻尼情况）
特征方程有二共轭虚根：
2)求阻尼比ζ ，进而了解阻尼对振动的衰减规律。由其大小可 知道结构会不会产生振动（ζ ＜1，结构才考虑振动），振动 衰减的快慢等（ζ 越大，衰减速度越快）。 令 FP(t)=0 ，即得有阻尼单自由度体系自由振动方程 :
my cy k11 y 0
令 2 k11 m ，c m 2 ， t
a sin(r t )
( v0 y0
式中：a
2 y0
r
)
2
; tan
1
y0r v0 y0
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ye
t
a sin(r t )
可见，低阻尼时 （ξ＜1时）仍属周 期运动，但不是简 谐运动（因为不是 常数，t是变量）， 是周期性的衰减运 动。
2y 2 y 0 y
c ζ 称阻尼比。 2m
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2y 2 y 0 y
设微分方程的解为
y Ce
t
则λ由下列特征方程所确定:
2 0
2 2
其解为：根据ξ ＜1、ξ =1、ξ ＞1三种情况，有三种形式的解， 对应三种运动状态，现分析如下：
yk 1 ln 2 π yk 1
如果ξ ＜0.2，则 于是可取 ：
r 1 ，
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yk 令 ln ，称为振幅的对数递减率，则 yk 1
2π
yk 1 同样，相隔n个周期 ln 2 π n yk n
yk ln 令 ，则 yk n
ye
t
y0 cos r t
r
sinr t
式中： e t 称为衰减系数。
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v0 y0 y e t y cos t sin t r r 0 r
设： y0 a sin v 0 y0 a cos r