結構動力學方程常用數值解法:方法概述

2021-02-10 聲振之家


對於一個實際結構,由有限元法離散化處理後,動力學方程可寫為:


從數學角度看,這是一個常係數的二階線性常微分方程組,計算數學領域,常微分數值算法常用的有兩大類:

1. 針對一階微分方程數值積分法發展的歐拉法,中點法,Rugge-kutta(龍格—庫塔)方法。

2. 直接基於二階動力學方程發展的方法。

對結構動力學問題的數值求解,常用的有兩大類:

1. 坐標變換法:它是對結構動力方程式,在求解之前,進行模態坐標變換,實際上就是一種Rize變換,即把原物理空間的動力方程變換到模態空間中去求解。現在,普遍使用的方法是模態(振型)迭加法。

2. 直接積分法:它是對結構動力方程式在求解之前不進行坐標變換,直接進行數值積分計算。這種方法的特點是對時域進行離散,然後將該時刻的加速度和速度用相鄰時刻的各位移線性組合而成。通常又稱為逐步積分法。

模態迭加方法,比較常用,但如下情況通常使用直接積分方法(即求解之前不進行模態分析)。

1. 非比例阻尼,非線性情況。

2. 有衝擊作用,激起高頻模態,力作用持續時間較短,模態迭加計算量太大。

後續本公眾號將會陸續介紹一下內容:

振型迭加法與Duhamel積分

Newmark類方法

結構動力響應數值算法性能

本文摘錄自百度文庫《結構動力學方程常用數值解法》一文。

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