Structural Dynamics Theory and Computation ديناميک سازه ها
|
Instructor: Dr. Kaveh Karami
Level: Graduate
Prerequisites: Analysis of Structures I
Credits: 3
Department: Civil Engineering
|
مدرس: دکتر
کاوه کرمی
مقطع: کارشناسی ارشد
پیشنیاز: تحليل سازه ها 1
تعداد واحد: 3
گروه آموزشی:
مهندسی عمران
|
معرفی درس ديناميک سازهها
درس
دینامیک سازهها یکی از دروس تخصصی و بنیادی در مقطع کارشناسی ارشد مهندسی
عمران است که به بررسی رفتار سازهها تحت اثر بارهای وابسته به زمان
میپردازد. هدف اصلی این درس، آشنایی دانشجویان با مبانی نظری و کاربردی
ارتعاشات سازهای و استفاده از آنها در تحلیل دینامیکی سازهها است. در
این درس، تفاوتهای اساسی میان رفتار استاتیکی و دینامیکی سازهها در
چارچوب قانون دوم نیوتن تبیین شده و نقش جرم، سختی و میرایی در پاسخ
دینامیکی سازهها بهطور نظاممند بررسی میشود.
در ادامه، مدلسازی
تحلیلی سازهها بهصورت سیستمهای یک درجه آزادی و چند درجه آزادی مورد
توجه قرار میگیرد. رفتار ارتعاش آزاد و اجباری سازهها با میرایی و بدون
میرایی تحلیل شده و پاسخ سازهها در برابر نیروهای پریودیک، ضربهای و
تحریکات لرزهای با استفاده از مفاهیمی نظیر طیف پاسخ بررسی میشود.
همچنین روشهایی برای کاهش و کنترل ارتعاشات ناشی از تحریکات دینامیکی
معرفی شده و کاربرد آنها در انواع سیستمهای سازهای تشریح میگردد.
در
بخشهای پیشرفتهتر درس، روشهای تحلیلی نظیر روش ریلی، مدلسازی جرم
پیوسته سازههای تیری شکل و حل معادلات حاکم بر ارتعاش آنها ارائه
میشود. اصول روش فرکانسی و تکنیک اجزای محدود در استخراج ماتریسهای جرم
و سختی سازهها مورد بررسی قرار گرفته و در نهایت تحلیل دینامیکی مودال
سازههای چند درجه آزادی در ارتعاش آزاد و تحت بارگذاری دینامیکی آموزش
داده میشود.
Course Description of Structural Dynamics Theory and Computation Dynamic
of Structures is a core graduate-level course in civil engineering that
focuses on the behavior of structures subjected to time-dependent
loads. The primary objective of this course is to introduce students to
the fundamental theories of structural vibrations and their application
in dynamic analysis of structures. The essential differences between
static and dynamic structural behavior are examined within the
framework of Newton’s second law, highlighting the roles of mass,
stiffness, and damping in dynamic response.
The course emphasizes
analytical modeling of structures using single-degree-of-freedom and
multi-degree-of-freedom systems. Free and forced vibration of
structures, with and without damping, are analyzed, and structural
responses to periodic and impulsive loads are investigated using
response spectrum concepts. Methods for vibration reduction and control
under dynamic excitations are also discussed, with practical relevance
to various structural systems.
Advanced topics include Rayleigh’s
method for dynamic analysis, continuous mass modeling of beam-like
structures, and the formulation and solution of governing differential
equations for structural vibrations. The principles of frequency-domain
analysis and the finite element technique for deriving mass and
stiffness matrices are introduced. The course concludes with modal
dynamic analysis of multi-degree-of-freedom structures under free
vibration and dynamic loading.
اهداف
آموزشی درس
در
پایان این درس، دانشجویان قادر خواهند بود رفتار دینامیکی سازهها،
بهویژه تحت اثر زلزله، را تحلیل، تفسیر و در طراحی و بررسیهای پارامتری
سازههای چندطبقه بهکار گیرند.
Learning Outcomes
Upon
completion of the course, students will be able to model, analyze, and
interpret the dynamic behavior of structures particularly under seismic
loading and apply structural dynamics theory to parametric studies and
design of multi-story structures.
مباحث مورد بررسی:
1. یادآوری اصول رفتار دینامیکی سازهها در مقایسه با رفتار
استاتیکی آنها در قالب قانون دوم نیوتن.
2. تعیین مدلهای تحلیلی جرم متمرکز معادل یک درجه آزادی
ابنیه و معادله رفتاری و حل آنها.
3. بررسی رفتار ارتعاش آزاد سازههای معادل یک درجه آزادی
با میرایی و بدون میرایی.
4. آنالیز سازههای یک درجه آزادی در برابر نیروهای پریودیک
و ضربهای و کاربرد طیف پاسخ آنها.
5. کاهندگی ارتعاش تحمیلی نوسانات مکانی و نیروهای دینامیکی
در انواع سازهها.
6. روش ریلی در تحلیل دینامیکی سازهها و تعیین ویژگیهای
دینامیکی ارتعاش آزاد آنها.
7. مدلسازی جرم پیوسته سازههای تیری شکل و تعیین معادلات
رفتاری و حل آنها.
8. آشنایی با اصول روش فرکانسی در تحلیل دینامیکی سازهها
و شرایط مناسب کاربرد آن.
9. بکارگیری تکنیک اجزا محدود در تعیین ماتریسهای سختی
و جرم سازههای تیری شکل.
10. تحلیل دینامیکی مودال سازههای چند درجه آزادی با مدل
جرم متمرکز در ارتعاش آزاد و بارگذاری دینامیکی
Course Topics:
1. Review
of the Principles of Dynamic Behavior of Structures in Comparison with Static
Behavior, Based on Newton’s Second Law of Motion.
2. Development
of Equivalent Single-Degree-of-Freedom Lumped-Mass Analytical Models for
Structures, Including the Governing Equations of Motion and Their Solutions.
3. Investigation
of Free Vibration Behavior of Equivalent Single-Degree-of-Freedom Structural
Systems With and Without Damping.
4. Dynamic
Analysis of Single-Degree-of-Freedom Structural Systems Subjected to Periodic and
Impulsive Forces, and Application of Response Spectra.
5. Reduction
and Control of Forced Vibrations Induced by Support Motions and Dynamic Loads
in Various Structural Systems.
6. Rayleigh
Method for Dynamic Structural Analysis and Determination of Dynamic Characteristics
of Free Vibration.
7. Continuous
Mass Modeling of Beam-Type Structures and Derivation and Solution of Their
Governing Equations of Motion.
8. Introduction
to the Principles of the Frequency-Domain Method in Structural Dynamic Analysis
and Conditions for Its Appropriate Application.
9. Application
of the Finite Element Method for the Determination of Stiffness and Mass
Matrices of Beam-Type Structures.
10. Modal
Dynamic Analysis of Multi-Degree-of-Freedom Structures with Lumped-Mass Models
Under Free Vibration and Dynamic Loading.
References
1. Clough, R.W. and Penzien, J. (1995) Dynamics
of Structures, 3rd Edn., Computers and Structures, Inc., Berkeley,
CA (USA).
2. Paz, M. (1997) Structural
Dynamics: Theory and Computations, 4th Edn., Chapman & Hall.
3. Chopra, A.K. (2012) Dynamics of
Structures: Theory and Applications to Earthquake Engineering, 4th
Edn., Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall.
4. Roy R. Craig Jr. and Andrew J. Kurdila.
(2006) Fundamentals of structural Dynamics, 2nd Edn., John
Wiley & Sons, Inc., Hoboken, NJ.
5. Grover L. Rogers, S.D. (1959) Dynamics
of Framed Structures.
6. Humar, J. (2012) Dynamics of
Structures, 3th Edn., Taylor & Francis.
7. Naeim, F. (2001) The Seismic
Design Handbook, 2th Edn., Springer.
8. Karnovsky, I. A. and Lebed, O.I. (2004) Formulas
for Structural Dynamics, The McGraw-Hill Companies. 9. Wilson, E.L. (1995) Three dimensional static and
dynamic analysis of structures: A physical approach with emphasis on earthquake
engineering, Computers and Structures, Inc. 1995 University Avenue
Berkeley, California 94704 USA. 10. Thorby, D. (2008) Structural Dynamics and Vibration in
Practice, Butterworth-Heinemann is an imprint of Elsevier. 11. Thomson, W. (1996) Theory of Vibration with
Applications, 4th Edn., Taylor & Francis. 12. Meirovitch, L. (2001) FUNDAMENTALS OF VIBRATIONS,
McGraw-Hill Higher Education. 13. Worden, K. and Tomlinson G.R. (2001) Nonlinearity in
Structural Dynamics: Detection Identification and Modelling, IOP
Publishing Ltd, Bristol, UK. 14. Beer, F., Johnston, E.R., Mazurek, D. and Cornwell, P. (2012) Vector Mechanics for
Engineers: Dynamics, 10th Edn, McGraw-Hill Higher Education. 15. Meriam, J.L. and Kraige, L.G. (2012) Engineering
Mechanics: Dynamics, 7th Edn, Wiley. 16. Shames, I.H. (2006) Dynamics,
Prentice-Hall. 17. Dukkipati, R.V. (2010) MATLAB an Introduction with applications,
New Age International (P) Ltd., Publishers.
Lectures & Homeworks:
|