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对于无阻尼的情况,由特征值求解产生的频率和留数为纯虚数,模态振型值为带符号(+或-)的实数值,且每阶模态振型的各个自由度之间,要么彼此完全同相位,要么彼此完全反相位。 对于比例阻尼,此时阻尼与系统的质量和/或者刚度成比例。由特征值求解得出的频率为复数值,留数为纯虚数,模态振型值也为带符号(+或-)的实数值。且比例阻尼特征值求解得出的模态振型与无阻尼的情况相同,这是因为阻尼与系统的质量和/或刚度成比例。这样产生的模态称为“实模态”。因此,显然相同质量矩阵和刚度矩阵下,无阻尼和比例阻尼情况得出的模态振型完全相同。 考虑第三种情况,此时阻尼不与系统的质量和/或者刚度成比例,即非比例阻尼。此时得出的频率、留数和振型全为复数值。对于这种情况,模态振型不同于前面的两种情况。首先,模态振型是复数值。并且每阶模态的各个自由度之间的相对相位关系已不再是完全同相位或反相位了。这种情况下产生的模态称为“复模态”。这跟前面两种情况大不相同。系统阻尼与系统的质量和/或刚度不相关时,得出的模态就为复模态,此时的阻尼称为非比例阻尼。 考虑复模态时,所有的方程通常都变得更复杂。实模态与复模态之间一些简单结论总结如下: 实模态的一些特征: 1.通过驻波描述实模态,而这些驻波的节点位置是固定的; 2.所有点同一时刻通过它们的最大和最小位置处; 3.所有点同一时刻通过零点位置; 4.模态振型为带符号的实数值; 5.所有点同结构上任何其他点,要么完全同相位,要么完全反相位; 6.无阻尼得到的模态振型与比例阻尼的模态振型相同,这些振型解耠质量、阻尼和刚度矩阵。 复模态的一些特征: 1.通过行波描述复模态,节点似乎在结构上移动; 2.所有点不在同一时刻通过它们的最大值位置处,一些点似乎落后其它点; 3.所有点不在同一时刻通过零点位置; 4.模态振型不能用实数描述,为复数; 5.不同自由度之间不存在特定的相位关系,没有完全同相位或者完全180度反相关系; 6.由无阻尼情况得到的模态振型将不解耦阻尼矩阵。 为了进一步形象化这些特征,绘出了悬臂梁某阶模态所对应的复模态振型和实模态振型,如图1所示。图1a为实模态,自由度之间的相对相位关系完全同相位(如图中蓝色和红色表示的自由度)或者完全180度反相位(如图中的绿色表示的与蓝色和红色表示的自由度)。而复模态不具有这种简单的相位关系,模态振型必须通过幅值与相位或者实部与虚部两者同时描述,如图1b所示。图1是有意去形象化它们之间的相位关系。
如果在进行复模态分析时,发现求解出来的特征值是纯虚部,这时就得考虑是不是实际上是在进行实模态分析。 |
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