問(wèn)題描述:
在李茲向量法的模態(tài)分析中,如果用戶(hù)指定的某個(gè)起始荷載向量為結(jié)構(gòu)的自重荷載,程序在運(yùn)行分析的過(guò)程中應(yīng)提示以下警告信息:
請(qǐng)問(wèn),該警告信息是否可以忽略?如果不可以,如何避免該警告信息呢?
解答:
以上警告信息表明:由于起始荷載向量作用在無(wú)質(zhì)量的自由度上,故程序可能會(huì)得到無(wú)效或錯(cuò)誤的李茲模態(tài)進(jìn)而影響后續(xù)的動(dòng)力分析結(jié)果。本知識(shí)庫(kù)的另一篇文檔《質(zhì)量源定義與阻尼器布置》也涉及相同的警告信息。不過(guò),對(duì)于引起該警告信息的原因,二者卻有本質(zhì)的區(qū)別。這里,我們著重介紹非節(jié)點(diǎn)荷載與質(zhì)量自由度的關(guān)系。如果讀者對(duì)質(zhì)量源與質(zhì)量自由度的關(guān)系感興趣的話(huà),建議閱讀上述文檔。
首先,用戶(hù)可以在對(duì)象模型(幾何模型)中施加的各種非節(jié)點(diǎn)荷載。例如:
不過(guò),程序在生成分析模型(有限元模型)的過(guò)程中,會(huì)將以上的非節(jié)點(diǎn)荷載全部轉(zhuǎn)換為等效節(jié)點(diǎn)荷載。這點(diǎn)與結(jié)構(gòu)力學(xué)中矩陣位移法處理非節(jié)點(diǎn)荷載的方法是完全相同的,如下所示:
由以上可知,非節(jié)點(diǎn)荷載的等效節(jié)點(diǎn)荷載包括兩部分:等效的集中力荷載和等效的集中力矩荷載。而CSI有限元程序(包括SAP2000、ETABS、CSiBridge等等)中的單元質(zhì)量矩陣只有平動(dòng)質(zhì)量,并無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)質(zhì)量(即轉(zhuǎn)動(dòng)慣量)。至此,讀者可以看到,引起題目中警告信息的原因就在于:等效的集中力矩荷載作用在無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的節(jié)點(diǎn)上。基于以上分析,我們可以采用以下方法避免該警告信息:
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直接約束所有節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。該方法雖然可以避免該警告信息,但絕對(duì)不能使用!具體原因顯而易見(jiàn),此處不再贅述。不過(guò),如果計(jì)算模型為純桁架結(jié)構(gòu)(即:模型中的所有桿件均為拉壓桿),該方法是沒(méi)有問(wèn)題的。
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為所有節(jié)點(diǎn)指定非零的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。該方法只能通過(guò)指定節(jié)點(diǎn)的附加質(zhì)量來(lái)實(shí)現(xiàn),命令路徑為:指定 > 節(jié)點(diǎn) > 質(zhì)量。
事實(shí)上,在常規(guī)的結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析中,通常無(wú)需考慮構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。因此,由非節(jié)點(diǎn)荷載所引起的質(zhì)量自由度問(wèn)題是可以忽略的。不過(guò),對(duì)于《質(zhì)量源定義與阻尼器布置》文檔中提及的質(zhì)量自由度問(wèn)題,卻是萬(wàn)萬(wàn)不能忽略的,否則將影響時(shí)程分析中連接單元的計(jì)算精度。最后,關(guān)于非節(jié)點(diǎn)荷載等效的更多內(nèi)容請(qǐng)參考《結(jié)構(gòu)力學(xué)(上冊(cè))》(李廉錕 主編)的相關(guān)章節(jié)內(nèi)容。