newmark法程序.doc

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newmark法程序

 PAGE \* MERGEFORMAT 8 用matlab编程法 一、法原理 Newmark-?法是一种逐步积分的方法,避免了任何叠加的应用,能很好的适应非线性的反应分析。 Newmark-?法假定: (1-1) (1-2) 式中,?和?是按积分的精度和稳定性要求进行调整的参数。当?=0.5,?=0.25时,为常平均加速度法,即假定从t到t+?t时刻的速度不变,取为常数。研究表明,当?≥0.5,??≥0.25(0.5+?)2时,Newmark-?法是一种无条件稳定的格式。 由式(2-141)和式(2-142)可得到用及,,表示的,表达式,即有 (1-3) (1-4) 考虑t+?t时刻的振动微分方程为: (1-5) 将式(2-143)、式(2-144) 代入(2-145),得到关于ut+?t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-?法的计算步骤如下: 1.初始计算: (1)形成刚度矩阵[K]、质量矩阵[M]和阻尼矩阵[C]; (2)给定初始值, 和; (3)选择积分步长?t、参数?、?,并计算积分常数 ,,,, ,,,; (4)形成有效刚度矩阵; 2.对每个时间步的计算: (1)计算t+?t时刻的有效荷载: (2)求解t+?t时刻的位移: (3)计算t+?t时刻的速度和加速度: Newmark-?方法是一种无条件稳定的隐式积分格式,时间步长?t的大小不影响解的稳定性,?t的选择主要根据解的精度确定。 法计算 四层框架结构在顶部受一个简谐荷载的作用,力的作用时间=5s,计算响应的时间为100s,分2000步完成。阻尼矩阵由Rayleigh阻尼构造。 具体数据如下图: 图一:计算简图 法程序 m=[1,2,3,4]; m=diag(m); k= [800 -800 0 0; -800 2400 -1600 0; 0 -1600 4800 -3200; 0 0 -3200 8000]; c=0.05*m+0.02*k; f0=100; t1=5; nt=2000; dt=0.01; alfa=0.25; beta=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); v=zeros(4,nt); a=zeros(4,nt); for i=2:nt t=(i-1)*dt; if (tt1), f=[f0*sin(4*pi*t/t1);0;0;0]; else f=[0;0;0;0]; end ke=k+a0*m+a1*c; 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)); d(:,i)=inv(ke)*fe; a(:,i)=a0*(d(:,i)-d(:,i-1))-a2*v(:,i-1)-a3*a(:,i-1); v(:,i)=v(:,i-1)+a6*a(:,i-1)+a7*a(:,i); end 计算结果截图 最后程序分别计算出四个质点的位移、速度、加速度响应。 现将部分截图如下: 1、位移响应: 图二:1质点的位移 图三:4质点的位移 2、速度响应 图四:1质点的速度 图五:4质点的速度 3、加速度响应 图六:1质点的加速度响应 图七:4质点的加速度响应

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