Файл: Д’Анжело, Г. Линейные системы с переменными параметрами. Анализ и синтез-1.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.10.2024
Просмотров: 72
Скачиваний: 0
трясения. Интервал обрабатываемого участка акселерограммы обычно не превышает 11 сек. Однако, определяя длину интервала
при построении весовых функций, удобнее исходить из |
других |
||||||
соображений, не связанных с параметрами акселерограммы. |
|||||||
|
Ограничиваясь точностью вычислений |
в р%, |
можно |
опре |
|||
делить число |
циклов, |
при котором амплитуда |
уменьшится в |
||||
100 |
раз: |
|
|
|
|
|
|
— |
|
|
|
|
|
|
|
Р |
к |
|
|
'gР - - |
|
|
|
|
|
|
п |
|
|
|
|
|
|
|
Ig(l —5) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(логарифмы десятичные, |
3 —декремент колебаний). Все функции |
||||||
f.(t) при этом |
условии |
имеют одинаковое |
число |
циклов, |
а дли |
на интервала времени обратно пропорциональна частоте:
|
|
|
|
Т = пТ = ^!L |
|
|
|
|
(III.15) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
“і |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вычисления для данной системы с известными частотами |
|||||||||||
собственных |
колебаний |
|
можно вести |
в |
следующем |
порядке. |
||||||
Составляется |
таблица значений функций |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
/, |
(0 |
= е. |
2 |
sin u>,£ |
|
|
|
|
|
с шагом М = 0,01 сек. |
Число |
ординат |
в |
этой таблице |
будет |
|||||||
равно: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Лг = 200— = 100 «Г,. |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
..>! |
|
|
|
|
|
|
Для |
суждения об |
объеме |
вычислительной |
работы |
рассмотрим |
|||||||
как |
пример случай |
Г, — 0,4 сек. и о — 0,3. |
Точность вычислений |
|||||||||
примем в 19-Ö. Эти параметры |
можно считать предельными для |
|||||||||||
зданий с несущими стенами. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Число циклов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Число ординат |
N = 100-6-0,4 = 240. |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Все |
остальные функции |
f t {t) |
получаются |
из / х(і) |
путем |
преоб |
||||||
разования сжатия по оси абсцисс. Любая ордината |
і-й |
функции |
||||||||||
в точке tk будет равна |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
Л ( к ) = |
а ( ^ - к ) |
= |
а ( Ч - |
|
|
<ШЛ6» |
UJ
Вычисление аргументов — tk функции /, (t) следует производить с точностью до 0,01 сек. При этом формула (III.16) всегда
92
будет давать определенную ординату из таблицы /,(£). После составления таблиц всех функций /. (£) следует определить
сдвиг фаз в единицах времени:
£tu.L
Все тг определяются с точностью до 0,01 сек. Из рис. 30,
где показано определение ординат функции /■> (t) и сдвиг на
а
т. ==— , можно видеть, что при переносе начала координат в
точку с абсциссой |
все фун |
||
кции /. (t) |
будут |
иметь одну |
|
и ту же |
начальную |
ордина |
|
т у / і ( т ) = /,( т 1) |
(на |
чертеже |
|
принято ш2 = 4шІ'). |
В точках с |
абсциссой тг следует поместить
начало координат для соответ ствующих функций / г (£). Если
все ординаты в таблицах /. (t)
занумерованы начиная с точ ки t = 0, обозначаемой номе ром 1, то указанная операция
заключается |
в изменении всех |
|
номеров на |
100 |
После это |
го для вычисления весовой функции sk (t)
М *у) = ть ;=i
(Ш.17)
Рис. 30. К вычислению экспоненциаль' но-синусных функций методом изме"
нения масштаба.
следует ординаты |
всех f t ( |
умножить |
на соответствующие |
множители шго.х.й |
и сложить ординаты с |
одинаковыми номера |
ми у. Полученная сумма умножается на mk (Ш.17). Здесьу = ./Ѵ, —
— 100тр у >-1 (N. — порядковый |
номер ординаты в таблице /Д^)). |
||
Если ' требуется вычислить весовые функции для |
нескольких |
||
систем с различными частотными |
характеристиками |
и одинаковы |
|
ми декрементами колебаний, то |
можно составить |
общую для |
|
всех систем таблицу экспоненциально-синусной функции |
|||
Т“>п |
t |
|
|
/о (0 = е |
2 |
sin ЩІ, |
|
93
где ш0 — наименьшая собственная частота всех рассматриваемых систем
( к )
“о * tüi
(k — номер системы).
В этом случае для упрощения вычислений рационально при нять (і)0 равным целомучислу, ближайшему к наименьшей соб
ственной частоте ш|й). Для |
увеличения |
точности рекомендуется |
/о (t) вычислять с шагом |
= 0,005 сек. |
При этом вес /ДО по- |
прежнему вычисляется с шагом 0,01 сек., но преобразование аргументов функции f t (t) по формуле
производится с точностью до 0,005 сек.
Весовые функции можно находить с помощью вычислитель ных или аналоговых установок, пользуясь тем, что составление уравнений затухающих колебаний по методам, изложенным в гл. II, приводит к устойчивым системам дифференциальных урав нений.
Для линейных систем справедлив обобщенный принцип супер позиции [108], который -может быть выражен в 'Следующем виде.
Если входное |
возмущение зависит от некоторого параметра |
||
s, изменяющегося |
в пределах a < s < b , и h{t\ |
s) есть реакция |
|
на воздействие x(t\ s) при некотором значении |
параметра s, то |
||
реакция системы |
на воздействие |
|
|
|
ь |
|
|
|
x(t) = ^ c ( s) x ( t; |
s)ds |
(III.18) |
составит |
а |
|
|
ъ |
|
|
|
|
|
|
|
|
h(t) = J c(s)h(t-, |
s)ds. |
(III.19) |
a
В соответствии с формулами (111.18) и (111.19) метод весовых функций может быть распространен на непрерывные системы. Реакцию в точке ;е линейной непрерывной системы на мгновен ный единичный импульс, действовавший в точке s, обозначим через h (х , s; t). Реакция на заданное внешнее воздействие f(s: t) будет равна
t
у(х, t) = j ds j |
/ (s; т)'А (X , S ; |
t — T) d-z. |
(111.20) |
L 0 |
|
|
|
Если функция /(s; т) |
представлена |
в- виде |
произведения |
двух функций |
t) = т (s)® o(0 |
|
|
/(s ; |
|
94
(в частном случае может быть т (s) = const), то, меняя порядок: интегрирования, выражение (III.20) можем записать как
t
У(•*, t) = \ w0(т) h (х, t — т) dn, |
(III.21) |
о |
|
где |
|
h (х, t) = j'т (s) h (х, s; t) ds. L
Функция h(x, t) по аналогии c (III. 5) может быть названа весо вой функцией для непрерывной системы.
При изучении сейсмических воздействий, |
заданных в |
виде |
акселерограммы движения основания, за весовые функции, |
как и |
в дискретных схемах, удобно принимать реакцию сооружения на единичный импульс ускорения, сообщающий всем точкам соору жения начальную скорость, равную единице. Весовые функции будут решениями уравнения свободных колебаний с начальными условиями
у(х, 0) = |
0, у(х, 0) = |
1. |
(III.23) |
Если эту реакцию обозначить |
через Іі (х, |
t), то |
весовые функции |
для ускорения и сейсмической нагрузки будут соответственно h(x, t) и m(x)h(x, t).
§ 3. Экспериментальное определение весовых функций
Особый интерес представляет исследование реакций сооруже ний с помощью весовых функций, определенных эксперимен тально.
Весовая функция содержит полное описание динамических свойств линейной системы, и из экспериментально определенных функций во многих случаях можно получить лучшее приближение
кдействительности при расчете на сейсмические воздействия. Импульсные воздействия на сооружения легко осуществимы
экспериментально. Формулы |
(III. 4) |
и (III. 6) |
устанавливают |
математическую зависимость |
между |
реакциями |
сооружения на |
о- и 6-импульсы и на сейсмические воздействия и, следовательно, могут рассматриваться как операторы, устанавливающие соот ветствие между реакцией сооружения на единичные импульсы и реакцией на воздействие по закону заданной акселерограммы. Ес ли весовые функции даны в табличной или графической форме, то операторы в явном виде не зависят от характеристик системы.
Экспериментальное определение весовых функций для моде лей сооружений проще всего выполнять посредством воздействия мгновенным импульсом ускорения на основание модели. При на турных измерениях этот метод не применим, поэтому необходимо передавать импульсы всем сосредоточенным массам в соответствии
с принятой расчетной схемой. Одновременная передача одинаковых импульсов во всех точках практически неосуществима, поэтому воздействие следует осуществлять в каждой точке отдельно и сос тавлять матрицы влияния мгновенных импульсов.
Реакцию в точке k сооружения на воздействие мгновенного импульса интенсивностью г в точке j обозначим hhj. Предпо
лагается, что эти функции получаются в виде записей на ленте осциллографа, причем для их взаимной синхронизации на всех записях имеется отметка момента воздействия импульса. Матри ца функций hk. представляет собой матрицу влияния мгновенно
го импульса
Лц //.12. . ■ Л .
h.2l /у 2- • • • К п
^ n l ^ ril ‘ ' ■ ■ К п
Каждый £-й столбец состоит из записей реакции сооружения в точке k при воздействии мгновенного импульса в точках у. Ве совые функции, входящие в выражение (III.6), получаются по формулам
Если эксперимент был поставлен таким образом, что каж дой точке сооружения сообщался одинаковый импульс г0, то
(III.25)
Поскольку функции hkj получаются в графической форме, они
должны быть табулированы |
с помощью |
измерительного микро |
скопа или автоматического считывающего устройства. |
||
Шаг таблиц может быть |
равен 0,01 сек., что соответствует |
|
таблицам акселерограмм. |
|
мгновенный импульс, |
Механической установкой, создающей |
может іслужить копровый маяітник весом в несколько тонн, при условии, чтобы соотношение между маюоой сооружения и массой маятника было порядка нескольких сот. При этом передаваемый
сооружению импульс можно подсчитать с |
помощью формулы |
|
г = ст0ѵо, |
|
(ІІІ.26) |
где с — коэффициент восстановления при |
ударе, |
который мож |
но определить по высоте отскока |
после |
удара |
90