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无网格法理论及MATLAB程序
1.6.4 4.4 自由和受迫振动分析
4.4 自由和受迫振动分析

对于自由振动,不需要考虑阻尼和外力项,式(4.24)和式(4.31)简化为以下方程

式(4.34)的广义解为

其中i 为复数单位,t,ω 和分别表示时间、固有频率和本征向量。将式(4.35)代入式(4.34),固有频率ω 可通过求解本征方程

得到。

对于受迫分析,位移场的近似是关于时间和空间变量的函数。许多方法如Newmark 法、Crack-Nicholson 法等都被用于求解方程(4.24)和方程(4.31),本文采用Newmark 法。Newmark 法是一种隐式积分方法,可以看作是线性加速方法的推广。设当前时刻t=t0的状态(u0,u˙0,ü0)是已知,新时刻t=t0+△t 的状态(u1,u˙1,ü1)需要以下的公式得到:

其中△t 为时步,α 和β 为参数。当β≥0.5and α≥0.25(β+0.5)2时Newmark 法是无条件稳定的。本书中,取α=0.25,β=0.5。