MATHCAD中解析与数值分析相结合求结构的自振周期及振型
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ctc2000thl 楼主
动力学计算一般都比较繁琐,建议学动力学要掌握一种兼有解析分析和数值计算的数学工具,这样能大大提高学习效率,以下以MATHCAD软件为例,简要阐述一下如何运用数学软件指导学习和实际的工程计算。
结构动力学书中有一道经典例题如下:
书中的求解过程如下:
上述是清华大学龙驭球教授结构力学下册的一道例题,这是求结构振型及自振周期的标准解法,如果用手算的话
虽然只有一页但实际上计算量也不小,如果我们想校核一下计算是否正确该怎么办呢?真的去手算吗[哈哈]
公式(c)这个一元3次方程的数值解估计对大多数人来说都是不小的挑战。
2020年06月01日 03点06分 1
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ctc2000thl 楼主
以上是在MC中数据录入示意,多数是选项按钮和复制粘贴的工作比较多,这比较符合多数人对电脑的使用习惯[哈哈],学数学和专业课未必非要搞的很严肃、高深的样子,让人望而生畏,其实用对软件,熟悉了以后发现原来上学时觉得很晦涩的知识也会变得简单而有趣。
这里m0、k都是未知量,或者说是未确定参数,因而就不能完全用数值的方法去求解。
即这里软件的“符号分析”功能就显现出它的优势所在:
在MC中的符号分析如上所示(其中用了化简及替换的修饰符),最后得出的频率方程和书中是相同的。
2020年06月01日 07点06分 2
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ctc2000thl 楼主
对于求解一元n次方程的根,有很多数学前辈研究过,我们就不用再深究了,直接拿这些前辈们的成果用就可以了,在MC中求多项式的根有现成的函数可以调用:
2020年06月01日 07点06分 3
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ctc2000thl 楼主
(奇怪,不知道度娘什么套路,发的东西没个准)
solve 符号运算符使用(解一元和多元方程都可以):
以上是两种方法,功能是一样的。
需要说明的是“符号计算”并不总能得到满意的结果,很多情况下求不出所要的结果(而且有时MC的有些用法让人觉得很怪异,但也确实惯用,需要自己去尝试),但用好符号计算会节省许多繁琐的公式推导过程,这就已经极大地提高了效率,毕竟多数情况下解析解可能并不存在!
以上求出了特征值即自振周期,可以看出用MC解题并没有用到很高深的编程知识,公式和书上的形状也基本相似,需要学习的多数是MC(对同一数学问题)的表达方式。
2020年06月01日 13点06分 5
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ctc2000thl 楼主
特征向量可根据特征值代入特征方程求得,MC中可用以下方法:
2020年06月02日 03点06分 6
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ctc2000thl 楼主
上述求特征值的方法通常称为广义特征值问题,通过线性代数知识我们知道:如果质量阵是对称正定矩阵,可以通过乔里斯基分解化广义特征值问题为标准特征值问题,对求解带来很大方便,因为标准特征值问题在数学软件中一般都有比较成熟的求解方法:
可以看出用这种方法,利用MC中内置的函数更简便。
2020年06月03日 01点06分 7
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ctc2000thl 楼主
勘误:
当使用变换法时,原问题相应的特征向量应为:
2020年06月03日 08点06分 8
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ctc2000thl 楼主
例题2:
原书
结构有4个自由度,估计很少会有人尝试去手算了,
按上述的计算方法,在MC中很容易校核:
2020年06月03日 08点06分 9
level 1
您好!请问您机子上有装mathcad吗?想请您帮忙
2020年06月06日 17点06分 10
level 13
ctc2000thl 楼主
我cm微su信tol
2020年06月06日 23点06分 11
level 1
你好,能分析一下文件吗,非常感谢
2020年08月28日 11点08分 12
[疑问]什么文件?
2020年08月28日 15点08分
level 11
[真棒]
2020年08月28日 15点08分 13
level 13
ctc2000thl 楼主
2021年06月27日 02点06分 14
level 6
真不错
2021年06月27日 10点06分 15
level 5
非常实用,对于我们工程设计人员来讲,这个实实在在。
2021年07月02日 10点07分 16
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