10482
.pdf
90
сосредоточенными массами ' 0,5Ù3 и 0,2Ù3 .
Решение.
õ ö ùÔ ¶Ô 0 ‡ ˜ö·
а). Зададим форму собственных колебаний уравнением •ú
и приведем все массы в точку …Ô. Вычислим интеграл в (4.1):
+,HQ |
+,HQ |
|
Î |
|
|
|
|
ä |
Ù Î Î RÎ ä |
Ù î]' ¶1 0 ×# |
·ï |
RÎ 0,536Ù3]' , |
|||
23 |
|
||||||
+ |
+ |
|
|
|
|
|
и õÔ• ö õÔ• •, ú •, Ô ÓùÔ• , õ•• ö õ•• ú ùÔ• . |
|
|
|||||||||
|
ø÷÷ |
•, ú — |
ú |
|
|
|
|
|
|||
Тогда: |
—ýþ |
•, • • ýþ . |
|
|
|
|
|||||
|
•, — ûúùÔ• •, ûú · •, Ô ÓùÔ• |
•, •ûúùÔ• |
|
|
|||||||
…÷ |
ü, Ó—ü ûú |
||||||||||
|
|
|
•, Ô ÓùÔ• |
|
|
||||||
и, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
ýþ |
|
|
|
|
|
|
|
|
Bü, Ó—ü ûú · •, • •ú— Ô, B |
úü |
. |
|||||||
б). Приведем все массы в точку …• . В результате решения задачи получим:
Ô, Ô•B úü .
Пример 4.2.4. Определить самостоятельно основную собственную частоту колебаний следующих систем (рис. 4.5), задаваясь формой собственных колебаний аналогичными примеру (4.1.4), и приводя распределенную и сосредоточенные массы в середину пролета в схемах «а» и «б», на конец консоли в схемах «в» и «г» и в левый или правый узел в схеме «д».
Результаты решения: |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
а) 21,74 |
|
|
; |
б) 15,08 |
|
|
; |
в) 3,66 |
|
; |
||
IPF |
|
IPF |
IPF |
|||||||||
|
[Q |
|
[Q |
|
[Q |
|||||||
г) 0,55 |
|
; |
д) 0,494 |
|
. |
|
|
|
||||
IP9 |
IP9 |
|
|
|
||||||||
|
*Q |
|
|
*Q |
|
|
|
|||||
91
4.3. Способ замены распределенной массы сосредоточенными
Этот способ позволяет определить как основную, так и высшие собственные частоты колебаний. Распределенная масса Ù Î заменяется системой сосредоточенных масс
^ ä Ù Î RÎ , |
4.13 |
Qr |
|
где 3^ - длина участка, на котором производится замена (рис. 4.8а).
Замена распределенной массы сосредоточенными может быть выполнена двумя способами (рис. 4.8а):
-распределенные массы разбиваются на участки и заменяются сосредоточенными массами, приложенными в центре тяжести каждого из участков;
-сосредоточенные массы в центрах тяжести каждого участка распределенной массы распределяются по закону рычага.
При дальнейшем расчете используется система со степенью свободы, равной степени свободы сосредоточенных масс.
Пример 4.3.1. Определить две первые собственные частоты колебаний простой балки с равномерно-распределенной массой (рис. 4.9).
Решение.
Заменим распределенную массу четырьмя сосредоточенными массами (рис.4.9): |
|||
' |
Ù3 |
|
Ù3 |
6 ; |
3 . |
||
Полученная система имеет две степени свободы. Вычисляем удельные
перемещения по правилу Верещагина, предварительно построив эпюры |
||||||||||||
изгибающих моментов от j' 1 и j |
1 . |
1 |
2 |
3 |
2 |
2 |
1 |
435 |
||||
1 |
2 |
2 |
2 |
2 |
1 |
|||||||
c'' c 2 |
· 9 |
3 · 3 |
3 · 3 |
· 9 3 · ef |
2 |
· 9 |
3 · 3 |
· 3 |
· 9 |
3 · ef 243ef ; |
||
øÔ• ø•Ô • · Ô• · • ú · —ú · •— · ú · ýþÔ û
Ô• ú • ú Ô • Ô ú ú Ô Ô • • Ô
ì• · ú · — · ±— · — · ú³ • · · — · ±— · ú — · ú³í ýþ
üÓ · ýþú— .
92
Составляем вековое уравнение (уравнение частот) (3.9):
|
|
|
¶[Q5 · CC5 · IPQ9 0 "'-· ; |
|
|
|
[Q5 · |
T |
|
· |
Q9 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
CVH |
IP |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
=0 |
||||||||||
|
|
|
Ù3 |
7 |
35 |
|
|
Ù3 |
|
4 |
35 |
|
1 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
3 |
· 486 |
· ef ; |
|
3 |
· 243 |
· ef 0 |
|
|
|||||||
раскрывая которое получим: |
|
9,859 Bef |
|
|
|
|
38,19 Bef |
|||||||||||
|
|
3 · 486 · ef |
' |
|
|
|
||||||||||||
|
8 µ 7 Ù3C ; |
3 |
|
|
Ù |
; |
|
3 |
Ù . |
|||||||||
Погрешность составляет: для основной собственной частоты – 0,107%, для второй частоты – 3,36%.
Если заменить распределенную массу тремя сосредоточенными массами – двумя на опорах ' [QC и одной в пролете [Q , то получим систему с одной
† CVIP· ½,T½V IP
степенью свободы, для которой [Q·Q9 Q- [ . Погрешность решения в этом случае составит 0,62%.
Пример 4.3.2. Определить самостоятельно две первые собственные частоты колебаний следующих систем (рис. 4.5, схемы «а», «б» и «в»), разбивая их на три участка в схемах «а» и «б» и на два участка в схеме «в».
Результаты решения: |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
а) ' 22,05 |
|
|
|
|
; |
51,22 |
|
|
|
; |
|||
|
IPF |
|
IPF |
||||||||||
|
|
[Q |
|
|
[Q |
||||||||
б) ' 15,35 |
|
|
; |
39,05 |
|
|
; ; |
||||||
IPF |
|
IPF |
|||||||||||
|
|
[Q |
|
|
|
[Q |
|||||||
в) ' 3,16 |
|
; |
|
16,26 |
|
. |
|||||||
IPF |
|
IPF |
|||||||||||
|
[Q |
|
|
|
|
[Q |
|||||||
4.4. Способ Данкерлея
Этот способ состоит в том, что обратная величина квадрата основной частоты собственных колебаний системы с «n» степенями свободы равна сумме обратных величин квадратов собственных частот, если систему каждый раз считать с одной степенью свободы, имеющей поочередно массы ', , … , s, т.е.:
93
1 |
s |
s |
1 |
1 |
|
1 |
1 |
4.14 |
|
|
ó ^c^^ ó |
|
|
… |
. |
||||
|
^t' |
^t' |
^ |
' |
|
|
s |
|
|
При наличии распределенной массы Ù Î , формула Данкерлея принимает вид: |
|||||||||
|
|
|
s |
|
Q |
|
|
|
4.15 |
|
|
1 ó ^ c^^ ä Ù Î c\\RÎ, |
|
||||||
|
|
|
^t' |
|
+ |
|
|
|
|
где c\\ - перемещение точки, определяемое абсциссой x от единичной силы, приложенной в этой точке.
Пример 4.4.1. Определить основную собственную частоту колебаний простой балки с равномерно-распределенной массой (рис. 4.10).
Решение. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Определяем c\\ , предварительно построив эпюру изгибающих моментов от |
|||||||||||||||||||||||||
силы j\ |
1 |
|
(рис.4.10). |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
Î 3 0 Î |
|
2Î · 3 0 Î |
|
|
1 |
|
Î 3 0 Î |
|
|||||
1 |
· Î · |
Î 3 0 Î |
· |
2Î 3 0 Î |
|
3 0 Î · |
· |
¸ |
|
|
. |
||||||||||||||
c\\ ´ |
|
3 |
|
3 |
|
|
2 |
|
3 |
|
33 |
ef |
3ef · 3 |
||||||||||||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Вычислим интеграл, входящий в (4.15): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
Q |
|
Î 3 0 Î |
RÎ |
Ù |
|
Q |
|
|
|
|
|
Ù |
· 23M |
|
Ù3C . |
|
||||||||
|
ä Ù |
|
ä Î 3 0 Î RÎ |
|
|||||||||||||||||||||
|
+ |
|
3ef · 3 |
|
|
|
|
|
3ef · 3 |
+ |
|
|
|
|
|
3ef · 3 |
60 |
|
|
90ef |
|
||||
Тогда: |
|
|
|
|
|
|
|
90ef |
|
|
|
9,487 |
|
ef |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
Ù3C |
3 |
B |
Ù . |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Погрешность решения составляет 3,78%.
Пример 4.4.2. Определить основную собственную частоту колебаний простой балки с двумя сосредоточенными массами (рис. 4.3).
Решение.
Вычисляем c'' c , предварительно построив эпюру изгибающих моментов
от силы j' 1 :
c'' c ì12 · 33 · 29 3 · 23 · 29 3 12 · 23 3 · 29 3 · 23 · 29 3í ef1 243ef435 .
|
94 |
|
|
|
"'- C5·IPCQ9 C5·IPCQ9 V*·QC5·IP9 , 5,512 |
|
. |
Тогда: |
*QIP9 |
Погрешность решения 3,13%.
Пример 4.4.3. Определить самостоятельно основную собственную частоту колебаний следующих систем (рис. 4.4, 4.5).
Результаты решения: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
2,013 |
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 4.4: |
IPF |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
*Q |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
а) 20,49 |
|
|
; |
б 14,49 |
|
|
; ; |
|
|
|
||||
Рис. 4.5: |
IPF |
|
IPF |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
*Q |
|
*Q |
|
|
|
||||||
|
в) 3,46 |
|
; |
г 0,548 |
|
; |
д 0485 |
|
|
||||||
|
IPF |
IPF |
IPF . |
||||||||||||
|
|
|
[Q |
|
|
*Q |
|
*Q |
|||||||
Пример 4.4.4. Используя приближенные способы, определить самостоятельно основную собственную частоту колебаний следующих систем, изображенных на
рис. 4.8.б, 4.11, 4.12.
95
96
Рис.4.12
97
СПИСОК литературы
1.Киселев В. А. Строительная механика. Специальный курс.
М.: Стройиздат, 1980.-616 с.
2.Строительная механика. Динамика и устойчивость сооружений / А. Ф.
Смирнов, А. В. Александров, Б. Я. Лященников, Н. Н. Шапошников. - М.: Стройиздат, 1984 - 416 с.
3.Устойчивость и динамика сооружений в примерах и задачах. / Н. И. Безухов, О.
В. Лужин, Н. В. Колкунов. - М.: Высшая школа, 1987. - 264 с.
4.Чарушин В. А. Расчет сооружений на специальные воздействия. -
Горький, 1985. - 98 с.
5.Матричные методы и применение ЭВМ в динамике сооружений. / В. II. Гущин,
Н. В. Стопкин, В. А. Чарушин. - Горький, 1988 - 81 с.
98
Лампси Борис Борисович Юдников Сергей Георгиевич
СБОРНИК ЗАДАЧ И УПРАЖНЕНИЙ ПО ДИНАМИКЕ СТЕРЖНЕВЫХ СИСТЕМ
Учебно-методическое пособие по подготовке к практическим занятиям и выполнению расчетно-графических работ
по дисциплине «Устойчивость и основы динамики сооружений» для обучающихся по направлению подготовки 08.05.01 Строительство уникальных
зданий и сооружений специализации: 1.Строительство высотных и большепролетных зданий и
сооружений; 2. Строительство гидротехнических сооружений повышенной ответственности
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет» 603950, Нижний Новгород, ул. Ильинская, 65.
http://www. nngasu.ru, srec@nngasu.ru