多自由度系统自由振动模型参数及其特性

多自由度系统自由振动模型参数及其特性

序号

项目

二自由度系统

n自由度系统

1

力学模型

b18d3d6a

b18d3d6b

2

运动微

分方程

18-043-02-1

18-043-02-2

M——质量矩阵

K——刚度矩阵

Kij——j处产生单位位移(其他处位移为0)时,i点所需作用力的大小

3

特解

18-044-1

18-044-2

4

特征方程

18-044-3

18-044-4

5

固有角

频率

一阶固有角频率:

18-044-5

二阶固有角频率:

18-044-6

用数值计算方法求特征方程的n个特征值,并由小到大排列,分别称为一阶、二阶、……、n阶固有角频率。通常前一、二、三阶的振动频率在总振动中较为重要

6

振幅联

立方程

18-044-7

18-044-8

7

振幅比及

振型矢量

一阶振幅比:

18-044-9

b18d3d6c

一阶主振型(同相位)

二阶振幅比:

18-044-10

b18d3d6d

二阶主振型(反相位)

将一阶固有角频率ωn1代入振幅联立方程得一阶振型矢量xM1,同理可得xM2、…、xMn。也可用数值计算方法和固有角频率同时计算出来振型矩阵:

18-044-11

振型矩阵由n阶振型矢量组成n×n阶矩阵正则振型矩阵:

18-044-12

8

振型矢量

的正交性

18-044-13

一阶振型矢量和二阶振型矢量关于质量矩阵成正交,关于刚度矩阵也成正交

18-044-14

i阶振型矢量和j阶振型矢量关于质量矩阵成正交,关于刚度矩阵也成正交

9

能量关系

不同阶振型矢量的动能和势能不能相互转换,只有同阶振型矢量间的动能和势能才能相互转换

注:1.自由振动响应只在机械系统的启动和停机过程中存在,而且持续时间又较短,所以一般振动分析均不考虑自由振动响应。

2.n自由度系统的特征值(固有角频率)和特征矢量(振型矢量)的数值计算可用矩阵迭代法、QR法、雅可比法等计算程序进行计算。