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自由振动的振型,振型用 来表示,并且 与特征值 相对应。
由弹性振动理论,知道振型函数存在正交性,也就是
,当
因此,可以把梁的运动按照自振振型来展开,用下列级数来表示梁的挠度,即
(1-10)
式中, 表示时间 的函数, 表示振型函数为
(1-11)
根据上式,可以得到
(1-12)
将式(1-10)代入式(1-1),也就是梁在弹性相的运动方程式,得到
(1-13)
而
(1-14)
可以求出
(1-15)
将式(1-14)代入(1-13),得到
(1-16)
由初始条件来确定积分常数,就可以得到梁的弹性振动规律。
当梁内的最大弯矩值达到梁的极限弯矩值时,梁内就会在截面处形成塑性铰,此时梁的第二相运动开始。
设极限弯矩为 ,第二相运动开始的时刻为 , 也表示梁第一相运动结束的时刻。当 时,
梁内在某个截面处会形成塑性铰,设这个截面的坐标为
这也是弯矩的极值点。
所以可以确定 和 的条件,即
} (1-17)
由材料力学知在 时, 处,剪力等于0.
运动速度为
(1-18)
挠度为
(1-19)
式(1-18)和式(1-19)也是梁第二相运动的初始条件。
在第二相运动中,虽然梁上出现了塑性铰,从全梁来看不属于弹性,但是不看塑性铰,其它部分都还是处于弹性阶段,因此可以参照第一相的方法,用分离变量法来解,梁的挠度可以用下式来表示,即
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