结构动力学两种研究方法

㈠ 结构动力学

结构动力学 结构力学 流体力学 有限元力学 材料力学 等等 其实都是讲的 力的传动 力对物体对象的影响 力的表现的各种指针也是为了更好的阐述力 表达力对对象的影响。要学好力学 首先不要把力当作一种虚无的东西 要学会体会和感觉 还有理性的判断和理解 这样你会觉得万变不离其中
在现实生活中，绝大多数物体受到的载荷并非一成不变的静载荷，而是随着时间、频率等不断发生变化的动载荷，结构动力学作为结构力学的一个分支，着重研究结构对于动载荷的响应（如位移、应力等的时间历程），以便确定结构的承载能力和动力学特性，或为改善结构的性能提供依据。
从大桥因共振断裂坍塌，建筑物在地震中晃动，再到飞机因不稳定的气流而产生颠簸，结构动力学问题在我们的生活中无处不在。研究结构对于动载荷的响应不仅能避免灾难性破坏的发生，更能减小结构的振动，减少噪声，为我们的生活带来更多的舒适和便利。

结构动力学同结构静力学的主要区别在于，它要考虑结构因振动而产生的惯性力和阻尼力；而同刚体动力学之间的主要区别在于，要考虑结构因变形而产生的弹性力。
在外加动载荷作用下，结构会发生振动，它的任一部分或者任意取出的一个微体，将在外载荷、弹性力、惯性力和阻尼力的共同作用下处于平衡状态，通过位移及其导数来表示这种关系就得到运动方程。运动方程的建立、求解和分析，是结构动力学理论研究的基本内容。
ANSYS Mechanical 针对结构动力学问题提供了多种分析类型，使用户能够确定结构对于动载荷的响应，包括模态分析、谐响应分析、响应谱分析、随机振动分析等。
模态分析用于确定结构的振动特性，即固有频率和振型，它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数。同时，也可以作为其它动力学分析问题的起点，例如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析，其中模态分析也是进行谱分析或模态叠加法谐响应分析，或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程。
谐响应分析：
是用于确定线性结构，在承受随时间按正弦规律变化的载荷时的稳态响应的一种技术。分析的目的是计算出结构在几种频率下的响应，并得到一些响应值对频率的曲线。从这些曲线上可以找到“峰值”响应，并进一步观察峰值频率
是一种将模态分析的结果与一个已知的谱联系起来，计算模型的位移和应力的分析技术。谱分析替代时间－历程分析，主要用于确定结构对随机载荷或随时间变化载荷（如地震、风载、海洋波浪、喷气发动机推力、火箭发动机振动等）的动力响应情况。

㈡ 结构静力学分析与结构动力学分析的区别是什么

静力学分析的对象大多与速度和加速度没有关系，研究静平衡关系，典型基本方程可表述为：F=kx
动力学则研究运动方式，要关注速度和加速度，典型的基本方程为mx''+cx'+kx=F

㈢ 结构力学的研究方法

结构力学的研究方法主要有工程结构的使用分析、实验研究、理论分析和计算三种。在结构设计和研究中，这三方面往往是交替进行并且是相辅相成的进行的。
使用分析在结构的使用过程中，对结构中出现的情况进行分析比较和总结，这是易行而又可靠的一种研究手段。使用分析对结构的评价和改进起着重要作用。新设计的结构也需要通过使用来检验性能。
实验研究能为鉴定结构提供重要依据，这也是检验和发展结构力学理论和计算方法的主要手段。实验研究分为三类：①模型实验：将真实结构或者它的一部分简化为模型，然后按照设计要求或研究要求进行加力实验；②真实结构部件实验：它有两个任务，一是验证模型实验中所用简化模型的可靠性，二是验证理论设计计算的准确性；③真实结构实验：例如，飞机地面破坏实验、飞行实验和汽车的开车实验等。(见结构静力实验)
结构的力学实验通常要耗费较多的人力、物力和财力，因此只能有限度地进行，特别是在结构设计的初期阶段，一般多依靠对结构部件进行理论分析和计算。
理论计算主要有两方面内容：
①计算模型工程结构的形式很多，它们的联结方式也各不相同。并且，在实际结构中还存在局部的加强和削弱。因此，在理论计算时必须采用一些假设，把实际结构简化成理想的典型结构，即简化成计算模型，然后再进行理论计算。如果简化得合理，而且数学方法选用得当，计算就比较容易，结果也能较接近实际。计算模型的选定，与所要采用的计算方法和计算工具有关。使用古典方法和解析数学，计算模型就不能太复杂；若使用有限元法和电子计算机，计算模型就可以包含更多的因素。目前，对于计算模型的选取尚无统一的方法，大多凭经验或通过对类似结构的比拟分析来确定，然后通过实验加以验证并改进。
②计算方法计算模型确定后，就要进行结构和结构部件的基本设计计算，即运用各种力学方法，求出结构内部的受力和变形状态以及结构的破坏极限载荷，用以检验真实结构是否满足工程设计的要求。最基本的结构计算方法是位移法和力法。位移法适于编制通用程序，在大型电子计算机出现后发展较快；力法可以直接求出内力，且误差较小，也在发展中。

㈣ 结构动力学的方程解法

运动方程 (2)可用振型叠加法或逐步积分法求解。 先求出结构作自由振动时的固有频率和振型，然后利用求得的振型作为广义位移函数再对运动方程作一次坐标变换，进而求出方程的解。
一个n个自由度的结构具有n个固有频率ωj 和n个振型═j(j=1,2,…,n)。═j规定了n 个广义坐标qi(i=1,2,…,n)在第j个振型中的相对大小。振型满足下列关系式： (3)
式中上标“T”为矩阵转置符号；Μj为第j 个振型的广义质量。i厵j 时的关系式称为振型的正交条件。正交条件在物理上意味着不同的振型之间不存在能量交换，即结构在作自由振动时各个振型都是独立进行的。振型叠加法可以有条件地用于有阻尼的情况。若结构的阻尼矩阵可表为： D=αK+βΜ，(4)
式中α和β是常数, 则称之为比例阻尼矩阵。对应的振型满足 (5)
式中ξj称为第j 个振型的阻尼系数。同时，有阻尼的自振频率将改变为。条件（4）还可放宽为DΜ-1K=KΜ-1D，式中Μ-1为Μ的逆矩阵。 通过振型及相应的广义坐标Yj(t)，可将方程(2)中的广义坐标矢量q(t)表示为： (6)
代入方程(2)，并左乘以═寝，利用正交条件(3)和(5),可将方程(2)转化为： (7)
式中Pj(t)=═j·Q(t)是对应于第j个振型的广义力。方程(7)可以通过时域分析法或频域分析法求解。 时域分析法是利用卷积积分给出方程(7)的解,可用于任意变化的载荷情况。频域分析法是利用傅里叶分析把周期性载荷展开为一系列简谐分量之和，然后计算结构对每一简谐分量的响应，最后叠加各简谐响应项而获得结构的总响应。这种方法适用于周期性载荷情况。对于非周期性载荷，也可以利用傅里叶变换技术。1965年出现了快速傅里叶变换──一种用计算机计算离散傅里叶变换的方法，它在效率和功能方面的优点，使得频域分析方法能和传统的时域分析方法相媲美，并正在引起结构动力学领域的变革。
由于运动方程(7)可以逐个独立地求解，使得振型叠加法具有很大的优越性，因而它已成为结构动力学中一个应用最广泛的分析方法。对于大多数类型的动载荷，各个振型的响应是不同的，一般是频率最低的振型响应最大，高频振型的响应则趋向减小，因而在叠加过程中只需要计及频率较低的若干项，若得到的响应已达到精度要求，就可舍弃频率较高的各项，从而可以大大减少计算工作量。振型叠加法只适用于线性振动问题。 吸收其他学科的新技术，改善现有的方法和技术以提高它们的效率和精度，并开展跨学科的研究工作。

㈤ 如何学好结构力学，关键和方法是什么

关键：研究工程结构在外载荷作用下的应力、应变和位移等的规律；运用力学的基本理论和新的观点，分析不同形式和不同材料的工程结构，为工程设计提供分析方法和计算公式；确定工程结构承受和传递外力的能力；研究和发展新型工程结构。

结构力学的研究方法主要有工程结构的使用分析、实验研究、理论分析和计算三种。在结构设计和研究中，这三方面往往是交替进行并且是相辅相成的进行的。

1、使用分析在结构的使用过程中，对结构中出现的情况进行分析比较和总结，这是易行而又可靠的一种研究手段。使用分析对结构的评价和改进起着重要作用。新设计的结构也需要通过使用来检验性能。

2、实验研究能为鉴定结构提供重要依据，这也是检验和发展结构力学理论和计算方法的主要手段。实验研究分为三类：模型实验、真实结构部件实验、真实结构实验。

结构的力学实验通常要耗费较多的人力、物力和财力，因此只能有限度地进行，特别是在结构设计的初期阶段，一般多依靠对结构部件进行理论分析和计算。

3、理论计算主要有两方面内容：

计算模型工程结构的形式很多，它们的联结方式也各不相同。并且，在实际结构中还存在局部的加强和削弱。因此，在理论计算时必须采用一些假设，把实际结构简化成理想的典型结构，即简化成计算模型，然后再进行理论计算。

计算方法计算模型确定后，就要进行结构和结构部件的基本设计计算，即运用各种力学方法，求出结构内部的受力和变形状态以及结构的破坏极限载荷，用以检验真实结构是否满足工程设计的要求。

(5)结构动力学两种研究方法扩展阅读

结构力学中的能量原理以内部和外部力量的能量或作业的形式表达应力，应变或变形，位移，材料特性和外部影响之间的关系。由于能量是一个标量，这些关系为固体力学中可变形体的控制方程提供了方便和可选的方法。它们也可以用于获得相当复杂系统的近似解，绕过了解一组控制偏微分方程的困难任务。

评定结构的优劣，从力学角度看，主要是结构的强度和刚度。工程结构设计既要保证结构有足够的强度，又要保证它有足够的刚度。强度不够，结构容易破坏；刚度不够，结构容易皱损，或出现较大的振动，或产生较大的变形。

皱损能够导致结构的变形破坏，振动能够缩短结构的使用寿命，皱损、振动、变形都会影响结构的使用性能，例如，降低机床的加工精度或减低控制系统的效率等。

㈥ 结构动力学的发展简况

任何结构所受的载荷都具有不同程度的动载荷性质，有不少结构主要在振动环境下工作。因此，结构动力学的内容十分丰富，涉及面很广，其研究对象遍及土木、机械、运输、航空和航天等工程领域，而研究方法又同材料学、数学和力学密切相关。早在18世纪后半叶，瑞士的丹尼尔第一·伯努利（见伯努利家族）首先研究了棱柱杆侧向振动的微分方程。瑞士的L.欧拉求解了这个方程并建立了计算棱柱杆侧向振动的固有频率的公式。 1877～1878年间， 英国的瑞利发表了两卷《声学理论》，书中具体地讨论了诸如杆、梁、轴、板等弹性体的振动理论，并提出了着名的瑞利方法（或称瑞利原理）。1908年瑞士的W.里兹提出了一个求解变分问题的近似方法，后来被称作瑞利－里兹法。这个方法实际上推广了瑞利方法，在很多学科中（包括结构动力学在内）发挥了巨大的作用。1928年，S.P.铁木辛柯发表了《工程中的振动问题》一书，总结了弹性体振动理论及其在工程中应用的情况。近几十年来，由于工程实践的需要和科学探索的兴趣，人们进行了大量的实验和理论研究工作，使这门学科在实践和理论分析上都获得了高度的发展。结构动力学的研究内容包括实验研究和理论分析两个方面。

㈦ 结构动力学

结构动力学：结构力学的一个分支，着重研究结构对于动载荷的响应（如位移、应力等的时间历程），以便确定结构的承载能力和动力学特性，或为改善结构的性能提供依据。结构动力学同结构静力学的主要区别在于它要考虑结构因振动而产生的惯性力（见达朗伯原理）和阻尼力，而同刚体动力学之间的主要区别在于要考虑结构因变形而产生的弹性力。结构动力学中，在外加动载荷作用下，结构会发生振动，它的任一部分或者任意取出的一个微体将在外载荷、弹性力、惯性力和阻尼力的共同作用下处于达朗伯原理意义下的平衡状态。通过位移及其导数来表示这种关系就得到运动方程。运动方程的建立、求解和分析是结构动力学理论研究的基本内容。

㈧ 关于结构动力学的两个高难度问题【急！！！】【给大家全分】

有限差分法(FDM)的起源,讨论其在静电场求解中的应用.以铝电解槽物理模型为例,采用FDM对其场域进行离散,使用MATLAB和C求解了各节点的电位.
由此,绘制了整个场域的等位线和电场强度矢量分布.同时,讨论了加速收敛因子对超松弛迭代算法迭代速度的影响,以及具有正弦边界条件下的电场分布.
有限差分方法(FDM)是计算机数值模拟最早采用的方法，至今仍被广泛运用。 该方法将求解域划分为差分网格，用有限个网格节点代替连续的求解域。有限差分法以Taylor级数展开等方法，把控制方程中的导数用网格节点上的函数值的差商代替进行离散，从而建立以网格节点上的值为未知数的代数方程组。该方法是一种直接将微分问题变为代数问题的近似数值解法，数学概念直观，表达简单，是发展较早且比较成熟的数值方法。

㈨ 结构力学研究的对象是什么

结构力学的研究对象是杆件结构，薄壁结构和实体结构的受力分析将在弹性力学中进行研究。

严格地说，一般的杆件结构是空间结构，但它们中的大多数均可简化为平面结构。所以，本门课程主要研究平面杆件结构，即组成结构的所有杆件及结构所承受的外荷载都在同一平面内的结构。

结构力学研究杆件结构的强度、刚度和稳定性问题，其具体任务包括以下几个方面：

1、杆件结构的组成规律和合理的组成方式。

2、杆件结构内力和变形的计算方法，以便进行结构强度和刚度的验算。

3、杆件结构的稳定性以及在动力荷载作用下的反应。

学科体系

一般对结构力学可根据其研究性质和对象的不同分为结构静力学、结构动力学、结构稳定理论、结构断裂、疲劳理论和杆系结构理论、薄壁结构理论和整体结构理论等。

结构静力学

结构静力学是结构力学中首先发展起来的分支，它主要研究工程结构在静载荷作用下的弹塑性变形和应力状态，以及结构优化问题。静载荷是指不随时间变化的外加载荷，变化较慢的载荷，也可近似地看作静载荷。结构静力学是结构力学其他分支学科的基础。

结构动力学

结构动力学是研究工程结构在动载荷作用下的响应和性能的分支学科。动载荷是指随时间而改变的载荷。在动载荷作用下，结构内部的应力、应变及位移也必然是时间的函数。由于涉及时间因素，结构动力学的研究内容一般比结构静力学复杂的多。

结构稳定理论

结构稳定理论是研究工程结构稳定性的分支。现代工程中大量使用细长型和薄型结构，如细杆、薄板和薄壳。它们受压时，会在内部应力小于屈服极限的情况下发生失稳（皱损或曲屈），即结构产生过大的变形，从而降低以至完全丧失承载能力。