固有频率:也可称为特征频率、共振频率、主频率。 振型:结构在特定频率下的变形称为主振动模态,也可称为振型、特征型、固有型。 每一振型与特定的固有频率有关,这些结果反映结构动力特征,决定结构怎样对动力载荷做出响应。 一阶主振型 二阶主振型 三阶主振型 χ轴:未变形时梁的轴线,即各截面形心连成的直线。 у轴:设梁有对称平面,将对称面内与χ轴垂直的方向取作у轴,梁在对称平面内作弯曲振动时,梁的轴线只有横向位移у(χ,у)。 欧拉-伯努利梁:不考虑剪切变形和截面绕中性轴转动对弯曲振动的影响。 Fs:剪力 M:弯矩 设梁的长度ʃ,材料密度ρ,弹性模量Е,截面积和截面惯性矩为S(χ)和l(χ),
不考虑剪切变形和截面转动的影响时,微元体满足力矩平衡条件,对右截面上任意点取矩,得 略去高阶小量,得 由材料力学知,弯矩与挠度的关系为 将(3)和(4)代入(1),得到两点弯曲振动方程 若梁为等截面,则方程可化为 方程含有对空间变量χ的四阶偏导数和对时间变量t的二阶偏导数,求解时必须引入4个边界条件和2个初始条件。
讨论梁的自由振动,因此令 得到运动方程 将方程的解写作 代入上式,得到 于是导出方程 通解为 变系数微分方程,除少数特殊情形之外得不到解析解。 对于等截面梁,上式可化为 其中, 方程(5)的解确定梁弯曲振动的模态函数,设其一般形式为 代入方程(5),导出特征方程 4个特征根为 因此可将方程(5)的通解写成 积分常数 可解出的无穷多个固有频率 系统的自由振动时无穷多个主振动的叠加 其中,常数 常见的约束状况与边界条件有以下几种:
固定端处梁的挠度
简支端处梁的挠度
自由端处梁的弯矩 算例:求简支梁的固有频率和模态函数 列出简支端处的边界条件 代入, 得到, 因 由 而 代回 |
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