结构动力学

中国海洋大学本科生课程大纲

课程名称 结构动力学 课程属性 学科基础 课程性质 选修 责任教师 黄维平 一、 课程介绍 1.课程描述：

结构动力学是研究工程结构在循环荷载作用下的动力响应，与弹性动力学和机械振动具有相同的理论体系，只因他们的研究对象和/或研究内容不同而分为三门独立的课程。弹性动力的研究对象为三维弹性体，与弹性力学的研究对象相同，而结构动力学的研究对象为特殊的三维弹性体，即弹性体的某一维尺寸远远大于（杆、梁）或小于（板）其它两维尺寸，因此，与结构力学的研究对象相同。弹性动力学的研究内容是弹性波在弹性体中的传播，并不涉及弹性体的变形（位移），而结构动力学则研究结构在动力作用下的变形，包括位移及相应的速度和加速度，而不涉及波的传播问题。机械振动的研究对象是机械装置和机构，研究内容与结构动力学相同。因此，从理论方法上来说，结构动力学与机械振动两门课程是相同的。 2.设计思路：

结构动力学是船舶与海洋工程专业选修课，通过该课程学习使学生掌握结构动力学的基本理论及分析计算方法，为后续的海洋工程结构动力分析和结构振动测试技术等课程以及毕业设计打下良好的基础。其基本要求为：掌握线性系统的单自由度系统、多自由度系统的动力特性和动力相应的分析计算方法，了解分布参数系统的分析计算

课程代码 课时/学分 实践学时 课外学时 082902101337 32/2 - 2 -

方法，了解非线性系统振动和随机振动的基本概念和基本方法。能够运用所学知识进行工程结构的动力分析计算。 3. 课程与其他课程的关系

结构动力学中的一些基本概念与结构力学是不同的，一个最简单的例子是关于自由度的概念，也就是说静力自由度和动力自由度是两个完全不同的概念。众所周知，一个结构的静力自由度必须是小于或等于零的，即所谓的静定和超静定结构，否则就不是结构而是机构。也就是说，结构力学中的自由度（静力自由度）是刚体自由度。而结构动力学中所说的自由度（动力自由度）是不包括结构刚体自由度在内的弹性体变形自由度，它是描述弹性体振动的参数。刚体自由度是由结构的约束条件唯一确定的，而动力自由度则是由结构的质量分布唯一确定的。 二、课程目标

结构动力学课程的教学目标是使学生了解结构动力学的研究对象；了解结构动力学能够解决的问题及适用范围；了解结构动力学基本方法的创立和发展过程；掌握结构动力学的基本概念及方法；熟悉结构动力学的计算机方法，能够熟练地求解结构动力学的一般问题。 三、学习要求

课前预习即将讲授的内容，课堂上积极思考、主动发问，课后根据课堂理解和掌握情况阅读教材和参考书，并通过书后的习题演练加深对当堂课的理解，巩固所学内容所涉及结构动力学基本概念、基本理论及方法。 四、教学内容

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内容顺序 主题 结构动力学简介 单自由度系统的动力特计划课时 1 主要内容概述 1、绪论 结构动力学的研究对象、研究内容及研究方法。 单自由度系统的力学和数学模型；固有频率的定义、4 固有频率的计算。 单自由度系统对初始扰动、简谐荷载、周期荷载、一8 般何在和冲击荷载的响应；阻尼的概念；单自由度系统阻尼比的计算。 多自由度系统的力学和数学模型；固有频率和振型；8 计算多自由度系统固有频率和振型的迭代法、逐步虑频法、雅克比法。 多自由度系统的阻尼特性及阻尼矩阵的计算方法；多4 自由度系统动力响应计算的差分法和逐步积分法。 均质杆轴向振动的力学和数学模型；固有频率及振型计算。 均值等截面梁弯曲振动的力学和数学模型；固有频率及振型计算。 均值薄板弯曲振动的力学和数学模型；固有频率及振型计算。 离散多自由度系统振动问题的特点；动力矩阵的计算；坐标变换。 空间桁架和刚架结构的动力矩阵计算；坐标变换。 2、单自由度系统 性 单自由度系统的动力响应 串联多自由度系统的动3、串联多自由度系统 力特性 串联多自由度系统的动力响应 均质杆的轴向振动 1 4、分布参数系统 均值等截面梁的弯曲振动 均值薄板的弯曲振动 平面桁架和1 2 5、离散多自由度系统 刚架结构 空间桁架和刚架结构 2 1

五、参考教材与主要参考书

[1]黄维平，白兴兰. 结构动力学. 中国出版集团现代教育出版社，2013 [2]R.克拉夫，J.彭津. 结构动力学（第二版）. 高等教育出版社，2006

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