阻尼矩阵

【阻尼矩阵】基础信息( 英文,拼音)

词语
英文 damping matrix
拼音 zǔ ní jǔ zhèn
繁体 阻尼矩陣

【阻尼矩阵】是什么意思

在动态分析(dynamic analysis)中,物体(结构)承受外力荷重作用下,除变形引起之弹性力外,尚有质量加速力(mass acceleration force)或称惯性力(inertia force)效应及阻止运动之阻尼效应(damping effect)存在。质量加速力为质量与加速度的乘积。阻尼效应引起阻止运动之阻力,其方向恒与运动方向相反,阻尼(damping)之大小视材料性质及周边环境条件而定。阻尼可想像作摩擦效应之一种。动态分析时,结构之阻尼大小,一般来说,很不容易确定,须藉试验或藉经验类比而得。若以单自由度(single degree of freedom)系统为例,其动态平衡方程式可以下式表之: 此处F(t)表力量;t表时间;下注标 e,k,d,m 分别表外力、弹性力、阻力和质量加速力。若以 x 表位移,并假设弹性力与位移成正比,阻力与速度成正比,则上式可写成: 式中 m 为质量;d 为阻尼系数(damping coefficient);k 为劲度系数(stiffness coefficient);位移 x 上之点号 "".""表示对时间之微分; 分别表速度及加速度。此处假设与速度成正比之阻尼,习称黏性阻尼(viscous damping)。若结构系统为一 n 个自由度系统,则在有限元素法或矩阵位移法分析中,结构之线性动态平衡方程式可表为: 式中,[M]为n×n阶系统质量矩阵(system mass matrix);[D]为n×n阶系统阻尼矩阵(system damping matrix);[K]为n×n阶系统劲度矩阵(system stiffness matrix);{F(t)}为n×1阶荷重矩阵;{x(t)}为n×1阶位移矩阵。此处阻尼矩阵[D]亦是假设为与速度成正比之黏性阻尼。阻尼矩阵[D]之系数通常须藉试验求得。结构动态分析时,若采用振态垒合法(参见 model superposition method),常假设阻尼矩阵为系统质量矩阵与劲度矩阵之线性组合: 式中a, b为二常数,此种阻尼矩阵具有正交性(orthogonality),即经振态转换(modal transformation)运算后,阻尼矩阵可化成对角线矩阵(diagonal matrix)型式,使得振态方程式(modal equations)各自独立,不相偶合(coupled),方便积分运算。此种具正交性之阻尼矩阵之阻尼又称为莱理阻尼(Rayleign's damping)。

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