Динамическая задача
Если нагрузки на систему меняются во времени, т.е. f = f(t), то следует полагать функциями времени также усилия и перемещения, что может потребовать введения в рассмотрение скоростей dZ/dt и ускорений d2Z/dt2 . Когда возникающие при этом силы инерции
J(t) = M(d2Z/dt2) (19.11)
не могут считаться пренебрежимо малыми по сравнению с нагрузками на систему и с силами упругости, то их следует учесть при формировании условий равновесия, которые примут вид дифференциальных уравнений
M(d2Z/dt2) + KZ(t) = f(t). (19.12)
Если все массы сосредоточены в узлах системы, то матрица масс М будет диагональной, в остальных же случаях приведение ее к диагональному виду представляет собой приближенный подход (он применен при разработке комплекса).
Задача определения характеристик собственных колебаний системы (модальный анализ) заключается в нахождении условий, при которых ненагруженная система совершает гармонические колебания по закону
Z(t) = Ysin(wt + j). (19.13)
В выражении (19.13) вектор Y характеризует форму собственных колебаний (соотношения между смещениями узлов), w – их частоту, j – начальную фазу. Подстановка (19.13) в (19.12) с учетом того, что f(t) = 0 дает уравнение для собственных колебаний
(K - w2M) Y= 0, (19.14)
нетривиальное решение которого существует лишь тогда, когда величины wi (i = 1,...,n), называемые собственными частотами, обращают в нуль детерминант матрицы (K - w2M). Соответствующие им формы собственных колебаний Yi
ўлзЁб«повбп «Ёим б в®з®бвмо ¤® Їа®Ё§ў®«м®Ј® ¬®¦ЁвҐ«п. ќв®в ¬®¦ЁвҐ«м § зҐ в ЄЁ¬ ®Ўа §®¬, зв® ¬ ЄбЁ¬ «м п Є®¬Ї®Ґв ўҐЄв®а Yi а ў Ґ¤ЁЁжҐ. ‘«Ґ¤гҐв в Є¦Ґ ®в¬ҐвЁвм бў®©бвў® ®ав®Ј® «м®бвЁ б®Ўб⢥ле ўҐЄв®а®ў Є Є ®в®бЁвҐ«м® ¬ ваЁжл ¬ бб, в Є Ё ®в®бЁвҐ«м® ¬ ваЁжл ¦ҐбвЄ®бвЁ, в.Ґ.
яяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяя YiÒMYj= 0яя яèяяя YiÒKYj= 0яяяяя ïðè i ¹ j.яяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяя (19.15)
яяяяяяяяяяяяяяя ЏаЁ ¤Ё ¬ЁзҐбЄ®¬ а бзҐвҐ зЁб«® Є®¬Ї®Ґв ўҐЄв®а Z, б Є®в®ал¬Ё бўп§ л ЁҐажЁ®лҐ бЁ«л (Є®«ЁзҐбвў® ¤Ё ¬ЁзҐбЄЁе б⥯ҐҐ© бў®Ў®¤л), § з бвго Ўлў Ґв ¬®Ј® ¬ҐмиЁ¬, 祬 ЇаЁ бв вЁзҐбЄ®¬ а бзҐвҐ. ’ЁЇЁзл¬ ЇаЁ¬Ґа®¬ ¬®Јгв б«г¦Ёвм Ї®ў®а®вл 㧫®ў, ®Ўлз® ®Є §лў ойЁҐ § зЁвҐ«м® ¬Ґм襥 ¤Ё ¬ЁзҐбЄ®Ґ ў«ЁпЁҐ, 祬 Ёе «ЁҐ©лҐ ᬥ饨п. ‚ SCAD ЁҐажЁ®лҐ ¬®¬Ґвл, ᮮ⢥вбвўгойЁҐ Ї®ў®а®в ¬ 㧫®ў Ё ¤агЈЁҐ ЁҐажЁ®лҐ е а ЄвҐаЁбвЁЄЁ ¬®Јгв Ўлвм Їа®ЁЈ®аЁа®ў л, ®¤ Є® н⮠㦥 § ¤ Ґв б ¬ Ї®«м§®ў ⥫м, д®а¬г«Ёагп § ¤ зг ¤Ё ¬ЁзҐбЄ®Ј® а бзҐв . …б«Ё з бвм ЁҐажЁ®ле б®бв ў«пойЁе Јаг§ЄЁ Ґ гзЁвлў Ґвбп, в® а §¤Ґ«пп ўҐЄв®а Y Ї®¤ўҐЄв®а YO, ¤«п Є®в®а®Ј® бЁ«л ЁҐажЁЁ а ўл г«о, Ё Ї®¤ўҐЄв®а YI, бўп§ л© б ЁҐажЁ®л¬Ё бЁ« ¬Ё, ¬®¦® § ЇЁб вм бЁб⥬г (19.14) ў д®а¬Ґ
яяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяя KOO YO + KOI YIя = 0;
яяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяя KIO YOя + KII YIя = w2MII .яяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяя (19.16)
€§ нв®© бЁбвҐ¬л ЁбЄ«оз Ґвбп Ї®¤ўҐЄв®а YO Ё ў १г«мв ⥠㪠§ ®© Їа®жҐ¤гал "бв вЁзҐбЄ®Ј® гЇ«®вҐЁп" а §¬Ґа®бвм § ¤ зЁ ¬®¤ «м®Ј® «Ё§ १Є® 㬥ми Ґвбп Ё ® ЇаЁ®ЎаҐв Ґв ўЁ¤
яяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяя (KOO-1 MIIя - l2 I) YIя = 0,яяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяя (19.17)
Ј¤Ґ I - Ґ¤ЁЁз п ¬ ваЁж , l = 1/w.
‚ Є зҐб⢥ १г«мв в®ў ¬®¤ «м®Ј® «Ё§ SCAD ўл¤ Ґв б®ЎбвўҐлҐ зЁб« li Ё б®ЎбвўҐлҐ ўҐЄв®ал YI § ¤ зЁ (19.17). ‘ Ё¬Ё бўп§ л ЄагЈ®ў п з бв®в w = 1/l (а ¤/ᥪ), жЁЄ«ЁзҐбЄ п з бв®в q = w/2p (ЈҐаж) Ё ЇҐаЁ®¤ ’ = 1/q.
‚ бЁ«г ®ав®Ј® «м®бвЁ д®а¬ б®Ўб⢥ле Є®«ҐЎ Ё© аҐиҐЁҐ «оЎ®© ¤Ё ¬ЁзҐбЄ®© § ¤ зЁ ў ўЁ¤Ґ а §«®¦ҐЁп
яяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяя Z(t) =

ўҐ¤Ґв Є а бЇ ¤г бЁбвҐ¬л ¤ЁддҐаҐжЁ «мле га ўҐЁ© (19.12) Ґ§ ўЁбЁ¬лҐ ®в®бЁвҐ«м® ®Ў®ЎйҐле Є®®а¤Ё в yi(t). ќвЁ га ўҐЁп б гзҐв®¬ Їа®Ї®ажЁ® «м®Ј® бЄ®а®бвЁ ¤®Ї®«ЁвҐ«м®Ј® з«Ґ , б Ї®¬®ймо Є®в®а®Ј® гзЁвлў Ґвбп б®Їа®вЁў«ҐЁҐ ¤ўЁ¦ҐЁо, Ё¬Ґов ўЁ¤
яяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяя d2 yi /dt2 + 2xi dyi /dt +wi2 yi я= Pi(t)/Mi.яяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяя (19.19)
ЋЎ®ЎйҐлҐ бЁ«л
яяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяя Pi(t) = w2 YTi f(t),яяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяя (19.20)
¬ ббл
яяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяя Mi =

Ё Ї а ¬Ґвал § вге Ёп xi , б®ў¬Ґбв® б з «мл¬Ё гб«®ўЁп¬Ёя yoi Ё y1i , Ї®«гз Ґ¬л¬Ё Ё§ Zo = Z(0) Ё
Z1 = dZ(0)/dt Ї® д®а¬г« ¬
яяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяя yoi =


Ї®«®бвмо ®ЇаҐ¤Ґ«пов аҐиҐЁҐ § ¤ зЁ. ќв® аҐиҐЁҐ ¤ Ґвбп ўла ¦ҐЁҐ¬
яяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяя yi = exp[-xi wi t] {[(yoi xi wi + y1i)/ wDi] sinwDitя +я yoi} +яя
яяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяя + (1/wDiMi)

ў Є®в®а®¬ ЇҐаў®Ґ б« Ј Ґ¬®Ґ гзЁвлў Ґв з «млҐ гб«®ўЁп, ўв®а®Ґ ®бЁв §ў ЁҐ ЁвҐЈа « „о ¬Ґ«п.
‚室пй п ў ўла ¦ҐЁҐ (19.23) з бв®в ¤Ґ¬ЇдЁа®ў ле Є®«ҐЎ Ё©
яяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяя wDi = wi (1 - xI2)1/2яяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяя (19.24)
¬ «® ®в«Ёз Ґвбп ®в wi ЇаЁ ®Ўлзле § 票пе «®Ј аЁд¬ЁзҐбЄ®Ј® ¤ҐЄаҐ¬Ґв
яяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяя d = 2pxw/wD > 2px.яяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяя (19.25)
19.3. ђҐиҐЁҐ бЁб⥬ га ўҐЁ©
яяяяяяяяяяяяяяя Џ®б«Ґ в®Ј®, Є Є § ¤ п Є®бвагЄжЁп ЇаҐ¤бв ў«Ґ ў ўЁ¤Ґ Є®Ґз®н«Ґ¬Ґв®© бвагЄвгал, § ¤ з ®Ў ®ЇаҐ¤Ґ«ҐЁЁ ЇҐаҐ¬ҐйҐЁ© 㧫®ў бў®¤Ёвбп Є аҐиҐЁо бЁбвҐ¬л «ЁҐ©ле «ЈҐЎа ЁзҐбЄЁе га ўҐЁ© ўЁ¤
яяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяя KZ=F,яяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяяя (19.26)
Ј¤Ґ: K - бЁ¬¬ҐваЁз п Ї®«®¦ЁвҐ«м® ®ЇаҐ¤Ґ«Ґ п ¬ ваЁж а §¬Ґа®¬ N´N; F - ¬ ваЁж Їа ўле з б⥩ (§ Ја㦥Ё©) а §¬Ґа®¬ N´k (k - Є®«ЁзҐбвў® § Ја㦥Ё©); Z - ЁбЄ®¬ п ¬ ваЁж ЇҐаҐ¬ҐйҐЁ© а §¬Ґа®¬ k´N.
яяяяяяяяяяяяяяя Џ®бЄ®«мЄг ў Ў®«миЁб⢥ б«гз Ґў ¬ ваЁж K пў«пҐвбп а §аҐ¦Ґ®©, в® ¤«п 㬥м襨п вॡ㥬®© ®ЇҐа вЁў®© Ї ¬пвЁ, ўҐиҐ© Ї ¬пвЁ Ё ўаҐ¬ҐЁ бзҐв ЇаҐ¤ў аЁвҐ«м® Їа®Ё§ў®¤Ёвбп ЇҐаҐг¬Ґа жЁп ҐЁ§ўҐбвле бЁб⥬л (19.26) б 楫мо ¬ЁЁ¬Ё§ жЁЁ Їа®дЁ«п ¬ ваЁжл (аЁб.19.2).

ђЁб.19.2
яяяяяяяяяяяяяяя
‚ Є®¬Ї«ҐЄбҐ SCAD ॠ«Ё§®ў ® ҐбЄ®«мЄ® ¬Ґв®¤®ў ЇҐаҐг¬Ґа жЁЁ, Ё¬Ґ®, ®Ўа вл© «Ј®аЁв¬ Љ веЁ«« -Њ ЄЄЁ, ¬Ґв®¤-д Єв®а ¤ҐаҐўмҐў, ¬Ґв®¤ ў«®¦Ґлx бҐзҐЁ© Ё «Ј®аЁв¬ Ї а ««Ґ«мле бҐзҐЁ©. ЋЇЁб ЁҐ нвЁе ¬Ґв®¤®ў Ё Ёе ба ўЁвҐ«м п е а ЄвҐаЁбвЁЄ ЇаЁўҐ¤Ґл ў бЇҐжЁ «м®© «ЁвҐа вгаҐ. Џ®«м§®ў вҐ«о ЇаҐ¤®бв ў«Ґ ў®§¬®¦®бвм ўлЎ®а ¬Ґв®¤ ЇҐаҐг¬Ґа жЁЁ. Џ® 㬮«з Ёо ЁбЇ®«м§гҐвбп ®Ўа вл© «Ј®аЁв¬ Љ веЁ«« -Њ ЄЄЁ, в.Є. г нв®Ј® ¬Ґв®¤ ¬ЁЁ¬ «млҐ § Їа®бл Є ®ЇҐа вЁў®© Ї ¬пвЁ. Њл Ґ ¬®¦Ґ¬ ¤ вм Є®ЄаҐвлҐ аҐЄ®¬Ґ¤ жЁЁ ¤«п ўлЎ®а ¬Ґв®¤ ЇҐаҐг¬Ґа жЁЁ, в.Є. нд䥪⨢®бвм в®Ј® Ё«Ё Ё®Ј® «Ј®аЁв¬ § зЁвҐ«м® § ўЁбЁв ®в бвагЄвгал Є®ЄаҐв®© ¬ ваЁжл Љ.
яяяяяяяяяяяяяяя „«п аҐиҐЁп бЁб⥬л (19.26) ЇаҐ¤ў аЁвҐ«м® Їа®Ё§ў®¤Ёвбп ваҐгЈ®«м®Ґ а §«®¦ҐЁҐ ¬ ваЁжл Љ ¬®¤ЁдЁжЁа®ў л¬ ¬Ґв®¤®¬ ѓ гбб б ўлЎ®а®¬ а §аҐи о饣® н«Ґ¬Ґв Ј« ў®© ¤Ё Ј® «Ё ў Ї®ап¤ЄҐ б«Ґ¤®ў Ёп ЇҐаҐг¬Ґа®ў ле ҐЁ§ўҐбвле.
яяяяяяяяяяяяяяя …б«Ё ў Їа®жҐбᥠваҐгЈ®«м®Ј® а §«®¦ҐЁп ¬ ваЁжл K ®¤Ё Ё§ а §аҐи ойЁе н«Ґ¬Ґв®ў ®Є ¦Ґвбп а ўл¬ г«о, в.Ґ. ўлпбЁвбп, зв® K - ўл஦¤Ґ , зв® бўЁ¤ҐвҐ«мбвўгҐв ® ЈҐ®¬ҐваЁзҐбЄ®© Ё§¬ҐпҐ¬®бвЁ бЁб⥬л, в® Їа®Ё§ў®¤Ёвбп ўв®¬ вЁзҐбЄ®Ґ «®¦ҐЁҐ ¤®Ї®«ЁвҐ«м®© Ґ Їа殮®© бўп§Ё, ЇаҐўа й о饩 бЁб⥬㠢 ҐЁ§¬ҐпҐ¬го. ЏаЁ н⮬ Ї®«м§®ў вҐ«о ЇаҐ¤®бв ў«пҐвбп Ёд®а¬ жЁп ® ®¬Ґа е 㧫®ў Ё вЁЇ е б⥯ҐҐ© бў®Ў®¤л, Ї® Є®в®ал¬ Їа®Ё§ўҐ¤Ґ® «®¦ҐЁҐ бўп§Ґ©. ‡ ¬ҐвЁ¬, зв® ўл஦¤ҐЁҐ Ё¤ҐвЁдЁжЁагҐвбп Ґ Ї® в®з®¬г а ўҐбвўг а §аҐи о饣® н«Ґ¬Ґв г«о, Ї® Ї®пў«ҐЁо Ј« ў®© ¤Ё Ј® «Ё зЁб« "Їа ЄвЁзҐбЄЁ а ў®Ј® г«о" Ё ўлЎ®а нв®Ј® Ї®а®Ј (Ї а ¬Ґва в®з®бвЁ аҐиҐЁп) пў«пҐвбп ®¤Ё¬ Ё§ Ї а ¬Ґва®ў, Є®в®ал¬ Ї®«м§®ў вҐ«м ¬®¦Ґв а бЇ®ап¤Ёвмбп б ¬.
яяяяяяяяяяяяяяя Љ®Ј¤ б®®ЎйҐЁп ®Ў гбв ®ўЄҐ ¤®Ї®«ЁвҐ«мле бўп§Ґ© Ї®пў«повбп ў Їа®в®Є®«Ґ аҐиҐЁп § ¤ зЁ, ¬л ४®¬Ґ¤гҐ¬ ўЁ¬ вҐ«м® Їа® «Ё§Ёа®ў вм а бзҐвго б奬㠨 ўлпбЁвм ЇаЁзЁг Їа®Ёб宦¤ҐЁп ЈҐ®¬ҐваЁзҐбЄ®© Ё§¬ҐпҐ¬®бвЁ Є®бвагЄжЁЁ. ‚®§¬®¦® ¤«п «Ё§ Ї® ¤®ЎЁвбп аҐиЁвм § ¤ зг б®ў б ¤агЈЁ¬ § 票Ґ¬ Ї а ¬Ґва в®з®бвЁ аҐиҐЁп.
яяяяяяяяяяяяяяя „®Ї®«ЁвҐ«мл¬ бҐаўЁбл¬ б।бвў®¬ пў«пҐвбп Є®ва®«м аҐиҐЁп бЁб⥬л (19.26). ЏаЁ Ї®пў«ҐЁЁ б®®ЎйҐЁп ® Ў®«ми®© ўҐ«ЁзЁҐ ®иЁЎЄЁ аҐиҐЁп, Є®в®а®Ґ, Є Є Їа ўЁ«®, пў«пҐвбп б«Ґ¤бвўЁҐ¬ Ї«®е®© ®Ўгб«®ў«Ґ®бвЁ ¬ ваЁжл K, б«Ґ¤гҐв ўЁ¬ вҐ«м® Їа® «Ё§Ёа®ў вм ЇҐаҐ¬ҐйҐЁп 㧫®ў Ё гЎҐ¤Ёвмбп ў ⮬, зв® Ї®«г祮Ґ аҐиҐЁҐ пў«пҐвбп ЇаЁҐ¬«Ґ¬л¬ б Ё¦ҐҐа®© в®зЄЁ §аҐЁп. Џ«®е п ®Ўгб«®ў«Ґ®бвм з йҐ ўбҐЈ® бўп§ б Ґг¤ з®© Є®бвагЄжЁҐ© а ббзЁвлў Ґ¬®© бЁб⥬л ( ЇаЁ¬Ґа, б«гз © "Ї®звЁ Ё§¬ҐпҐ¬®©" бЁб⥬л) Ё«Ё ҐҐ Ґг¤ з®© Ё¤Ґ «Ё§ жЁҐ©.