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基于相位角的稳态响应量
创建者:张志国,编辑者:张志国,最近更新:2017/05/19 15:38:49

问题描述:

        在稳态分析结果的后处理中,无论是显示结构变形图或构件内力图,还是定义绘图函数等操作,对话框中均存在【幅值】和【相位角】两个单选框,如下所示。众所周知,“幅值”即:在特定频率的简谐荷载作用下某响应量的最大值。那么,此处供用户输入的相位角又作何解释呢?

计算机生成了可选文字: 工脚组合 名称 O幅值 卜s,】 吞相位角 4S deg

解答:

        在特定频率的简谐荷载作用下,由于异步荷载或结构阻尼的存在,任何稳态响应量均具有各自的幅值 MMagnitude)和相位角 φPhase Angle)。幅值 M 和相位角 φ 又可以转换为同步响应分量 MRIn of Phase)和异步响应分量 MIOut of Phase),也称为实部分量(Real)和虚部分量(Imag)。其中,(M, φ)与(MR, MI)的转换关系如下:

计算机生成了可选文字: 3仅.牙‘“砂.玉口.一:砚砂.一,~卫只:十3打盆

        可以看出,上述相位角 φ 是由 SAP2000 程序内部自动计算的一个角度值,但并未提供直接的输出和显示。不过,根据程序提供的实部分量和虚部分量也可以反算该角度值,即:Arctan(φ) = MI / MR(注意角度象限)。

        而【题目描述】中提及的“相位角”即:稳态响应量的幅值在由相位角确定的特定方向上进行矢量分解。换言之,也就是幅值沿特定方向的投影。因此,0° 相位角对应稳态响应量的实部,90° 相位角对应稳态响应量的虚部。如果将根据实部分量和虚部分量反算的相位角直接输入此处,即可显示与【幅值】选项完全相同的结果。对于用户输入的任意相位角 α,SAP2000 根据以下公式计算幅值沿特定方向的投影:

计算机生成了可选文字: .v。·牙‘

        为了验证上述判断,我们可以导出某节点在 0Hz4Hz 频率范围内的 Z 向位移,如下所示。可以看到,0° 90° 相位角的位移值分别与实部分量和虚部分量一致,而 30° 相位角的位移值也与手算值一致,即:MR x cos30° + MI x sin30°。

计算机生成了可选文字: 频率f 实部MR 0.0137 0.0140 0.0149 0.0167 0.0201 0.1760 0.3997 0.2056 0.0024 一0.2109 一0.2699 一0.5644 虚部Ml 一0.0017 一0.0018 一0.0020 一0.0026 一0.0038 一0.0460 一0.2022 一1.2765 一1.3354 一1.3276 一1.3130 一0.2091 幅值M 0.0138 0.0141 0.0150 0.0169 0.0204 0.1819 0.4479 1.2930 1.3354 1.3月42 1.3405 0.6019 a==00 0.0137 0.0140 0.0149 0.0167 0.0201 0.1760 0.3997 0.2056 0.0024 一0.2109 一0.2699 一0.5644 a==900 一0.0017 一0.0018 一0.0020 一0.0026 一0.0038 一0.0460 一0.2022 一1.2765 一1.3354 一1.3276 一1.3130 一0.2091 住==300 0.0110 0.0112 0.0119 0.0132 0.0155 0.1295 0.2451 一0.4602 一0.6656 一0.8465 一0.8902 一0.5933 校核300 0.0110 0.0112 0.0119 0.0132 0.0155 0.1294 0.2450 一0.4602 一0.6656 一0.8465 一0.8902 一0.5933 00一S0一00一50一00一S0一00142146149150一00 0一0一月土一jl一,乙一,乙一,J一,O二5一,J一气j一4

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