newmark法程序法計(jì)算多自由度體系的動(dòng)力響應(yīng).doc

用matlab編程實(shí)現(xiàn)法計(jì)算多自由度體系的動(dòng)力響應(yīng)用matlab編程實(shí)現(xiàn)法計(jì)算多自由度體系的動(dòng)力響應(yīng)一、法的基本原理Newmark-b法是一種逐步積分的方法，避免了任何疊加的應(yīng)用，能很好的適應(yīng)非線性的反應(yīng)分析。Newmark-b法假定： (1-1) (1-2)式中，b和g是按積分的精度和穩(wěn)定性要求進(jìn)行調(diào)整的參數(shù)。當(dāng)b=0.5，g=0.25時(shí)，為常平均加速度法，即假定從t到t+Dt時(shí)刻的速度不變，取為常數(shù)。研究表明，當(dāng)b0.5， g0.25(0.5+b)2時(shí)，Newmark-b法是一種無條件穩(wěn)定的格式。由式(2-141)和式(2-142)可得到用及，表示的，表達(dá)式，即有 (1-3) (1-4)考慮t+Dt時(shí)刻的振動(dòng)微分方程為： (1-5)將式(2-143)、式(2-144) 代入(2-145)，得到關(guān)于ut+Dt的方程 (1-6)式中求解式(2-146)可得，然后由式(2-143)和式(2-144)可解出和。由此，Newmark-b法的計(jì)算步驟如下：1.初始計(jì)算：（1）形成剛度矩陣K、質(zhì)量矩陣M和阻尼矩陣C；（2）給定初始值， 和；（3）選擇積分步長Dt、參數(shù)b、g，并計(jì)算積分常數(shù)，；（4）形成有效剛度矩陣；2.對每個(gè)時(shí)間步的計(jì)算：（1）計(jì)算t+Dt時(shí)刻的有效荷載：（2）求解t+Dt時(shí)刻的位移： （3）計(jì)算t+Dt時(shí)刻的速度和加速度：Newmark-b方法是一種無條件穩(wěn)定的隱式積分格式，時(shí)間步長Dt的大小不影響解的穩(wěn)定性，Dt的選擇主要根據(jù)解的精度確定。二、 本文用法計(jì)算的基本問題四層框架結(jié)構(gòu)在頂部受一個(gè)簡諧荷載的作用，力的作用時(shí)間=5s，計(jì)算響應(yīng)的時(shí)間為100s，分2000步完成。阻尼矩陣由Rayleigh阻尼構(gòu)造。具體數(shù)據(jù)如下圖：圖一：結(jié)構(gòu)基本計(jì)算簡圖三、 計(jì)算法的源程序clcclearm=1,2,3,4; m=diag(m); %計(jì)算質(zhì)量矩陣k= 800 -800 0 0; -800 2400 -1600 0; 0 -1600 4800 -3200; 0 0 -3200 8000;%計(jì)算剛度矩陣c=2*m*0.05*sqrt(k/m) ; t1=5; %力的作用時(shí)間 nt=2000; %分2000步完成 dt=0.01; %時(shí)間步長 alfa=0.25; %g=0.25 beta=0.5; %b=0.5 a0=1/alfa/dt/dt; % a1=beta/alfa/dt; %a2=1/alfa/dt; %a3=1/2/alfa-1; %a4=beta/alfa-1; %a5=dt/2*(beta/alfa-2); % a6=dt*(1-beta); %a7=dt*beta; % d=zeros(4,nt); %初位移為0 v=zeros(4,nt); % 初速度為0 a=zeros(4,nt); % 初加速度為0 for i=2:nt t=(i-1)*dt; if (tt1), f=300*sin(6*pi*t)-50*cos(3*pi*t);0;0;0; %力作用時(shí)間內(nèi)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行加載 else f=0;0;0;0; %力作用時(shí)間外結(jié)構(gòu)不受力 end ke=k+a0*m+a1*c; % 有效剛度矩陣 fe=f+m*(a0*d(:,i-1)+a2*v(:,i-1)+a3*a(:,i-1)+c*(a1*d(:,i-1)+a4*v(:,i-1)+a5*a(:,i-1); % t+Dt時(shí)刻的有效荷載 d(:,i)=inv(ke)*fe; %求解t+Dt時(shí)刻的位移 a(:,i)=a0*(d(:,i)-d(:,i-1)-a2*v(:,i-1)-a3*a(:,i-1); %計(jì)算t+Dt時(shí)刻的加速度 v(:,i)=v(:,i-1)+a6*a(:,i-1)+a7*a(:,i); %計(jì)算t+Dt時(shí)刻的速度 endT=0:dt:19.99; %離散系統(tǒng)dt為采樣周期 19.99為終端時(shí)間close allfigure %控制窗口數(shù)量plot(T,d) %繪制位移函數(shù)圖像title() %添加標(biāo)題為各質(zhì)點(diǎn)位移總圖 legend(,) %添加圖例的標(biāo)注xlabel(s) %對x軸進(jìn)行標(biāo)注為時(shí)間（s）ylabel(m) %對y軸進(jìn)行標(biāo)注為位移（m）grid %顯示畫圖中的個(gè)網(wǎng)線figure plot(T,a) %繪制加速度函數(shù)圖像title() %添加標(biāo)題為各質(zhì)點(diǎn)加速度總圖legend(,)xlabel(s) %對x軸進(jìn)行標(biāo)注為時(shí)間（s）ylabel(m/s2) %對y軸進(jìn)行標(biāo)注為加速度（m/s2）grid%figure plot(T,v) %繪制速度函數(shù)圖像title() %添加標(biāo)題為各質(zhì)點(diǎn)速度總圖legend(,)xlabel(s) %對x軸進(jìn)行標(biāo)注為時(shí)間（s）ylabel(m/s2) %對y軸進(jìn)行標(biāo)注為加速度（m/s2）grid四、 計(jì)算結(jié)果截圖最后程序分別計(jì)算出四個(gè)質(zhì)點(diǎn)的位移、速