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%用newmark法求解非惯性场中的振动问题
clc
clear
%定义柔性梁材料参数,l为柔性梁的长度,a为横截面积,ii为转动惯量
l=1.2; aa=0.0006; ii=1.8e-007;
p=7866; ee=2.07*1e+11; r0=0.05;
n=2 %%% n是取的阶数
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
dt=0.1;
t_0=0;
t_max=4;
jisuanbushu=(t_max-t_0)/dt+1;
q1=zeros(n,1);
q2=zeros(n,1);
u=zeros(2*n,jisuanbushu);
v=zeros(2*n,jisuanbushu);
a=zeros(2*n,jisuanbushu);
%计算模态矩阵ph1为纵向变形的,ph2为横向变形的
syms x t real
for i=1:n
ph1(i)=sin((2*i-1)*pi*x/(2*l));
if i==1
ph2(i)=cos(1.875*x/l)-cosh(1.875*x/l)-(cos(1.875)+cosh(1.875))*(sin(1.875*x/l)-sinh(1.875*x/l))/(sin(1.875)+sinh(1.875));
elseif i==2
ph2(i)=cos(4.694*x/l)-cosh(4.694*x/l)-(cos(4.694)+cosh(4.694))*(sin(4.694*x/l)-sinh(4.694*x/l))/(sin(4.694)+sinh(4.694));
else
ph2(i)=cos((i-0.5)*pi*x/l)-cosh((i-0.5)*pi*x/l)-(cos((i-0.5)*pi)+cosh((i-0.5)*pi))*(sin((i-0.5)*pi*x/l)-sinh((i-0.5)*pi*x/l))/(sin((i-0.5)*pi)+sinh((i-0.5)*pi));
end
end
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
k1=int(ee*aa*(diff(ph1)).'*(diff(ph1)),x,0,l);
k1=eval(k1);
lxl1=(diff(ph2,2)).'*(diff(ph2,2));
lxl2=(1-x)*(diff(ph2)).'*(diff(ph2));
lxl3=ph1.'*ph2;
lxl4=ph1.'*ph1;
lxl5=ph2'*ph2;
for i=1:n
for j=1:n
k2(i,j)=ee*ii*quadl(inline(lxl1(i,j)),0,l);
d0(i,j)=p*aa*quadl(inline(lxl2(i,j)),0,l);
d1(i,j)=p*aa*quadl(inline(x*lxl2(i,j)),0,l);
rr(i,j)=p*aa*quadl(inline(lxl3(i,j)),0,l);
m1(i,j)=p*aa*quadl(inline(lxl4(i,j)),0,l);
m2(i,j)=p*aa*quadl(inline(lxl5(i,j)),0,l);
end
end
u01=int(p*aa*ph1,0,l);
u02=int(p*aa*ph2,0,l);
u11=int(p*aa*x*ph1,0,l);
u12=int(p*aa*x*ph2,0,l);
gq1q2=-rr;
gq2q1=rr';
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
t=t_0-dt;
for i=1:1:jisuanbushu-1
t=t+dt
omega=49.6*(1-exp(-t));
domega=49.6*exp(-t);
if t>=4
break
end
%计算各系数矩阵的值
mq1c=-rr*q2;
mq2c=(r0*u02+u12+q1'*rr)';
kq1q1=k1-(omega)^2*m1;
kq2q2=k2-(omega)*m2+(omega)^2*(r0*d0+d1);
qq1=(omega)^2*(r0*u01'+u11');
M=[m1,zeros(n,n);zeros(n,n),m2];
C=2*omega*[zeros(n,n),gq1q2;gq2q1,zeros(n,n)];
K=[kq1q1,zeros(n,n);zeros(n,n),kq2q2];
Q=[qq1-domega*mq1c;domega*mq2c];
Q=eval(Q);
%利用newmark法求解梁的振动位移
b=0.25;
r=0.5;
a0=1/(b*(dt)^2);
a1=r/(b*dt);
a2=1/(b*dt);
a3=1/(2*b)-1;
a4=r/b-1;
a5=0.5*dt*((r/b)-2);
a6=dt*(1-r);
a7=r*dt;
K=K+a0*M+a1*C;
Q=Q+M*(a6*u(:,i)+a2*v(:,i)+a3*a(:,i))+C*(a1*u(:,i)+a4*v(:,i)+a5*a(:,i));
u(:,i+1)=inv(K)*Q;
a(:,i+1)=a0*(u(:,i+1)-u(:,i))-a2*v(:,i)-a3*a(:,i);
v(:,i+1)=v(:,i)+a6*a(:,i)+a7*a(:,i+1);
for j=1:n
q1(j,1)=u(j,i+1);
q1(j,1)=u(n+j,i+1);
end
end
% 画出梁末端位移响应图**************************************************
T=t_0:dt:t_max;
figure(1) %%纵向振动位移
plot(T,u(1,:))
title('柔性叶片末端纵向振动位移图')
xlabel('时间(t)')
ylabel('位移(m)')
figure(2) %%横向振动位移
plot(T,u(n+1,:))
title('柔性叶片末端横向振动位移图')
xlabel('时间(t)')
ylabel('位移(m)')
得到的图形是一条直线,最后特别大。如果积分步长特别小,得到的就对 |