《結(jié)構(gòu)動力學(xué)》教學(xué)大綱適用專業(yè)：結(jié)構(gòu)工程課程性質(zhì)：學(xué)位課學(xué)時數(shù)：48學(xué)分?jǐn)?shù)：3.0課程號：3開課學(xué)期：秋季（第1學(xué)期）大綱執(zhí)筆人：韓建平大綱審核人：杜永峰一、課程的地位和教學(xué)目標(biāo)本課程是對結(jié)構(gòu)工程和防災(zāi)減災(zāi)及防護工程碩士研究生開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，屬于防災(zāi)減災(zāi)及防護工程專業(yè)方向碩士研究生的學(xué)位課。通過本課程的學(xué)習(xí)使科研工作者掌握單自由度體系的自由振動分析及周期荷載等作用下的解答方法，運用逐步法等求解多自由度體系動力反應(yīng)，并且學(xué)習(xí)掌握分布參數(shù)體系微分方程的建立、求解等過程，掌握結(jié)構(gòu)動力性能研究領(lǐng)域的基本理論，為今后從事動力領(lǐng)域的科學(xué)研究打下良好基礎(chǔ)。二、課程教學(xué)內(nèi)容和基本要求（一）結(jié)構(gòu)動力學(xué)基本概念及單自由度體系（18學(xué)時）教學(xué)重點、難點：動力學(xué)中建立運動方程的三種基本方法、自由振動分析、諧振荷載反應(yīng)、用疊加法和逐步法計算對一般動力荷載的反應(yīng)是重點、對周期性荷載的反應(yīng)和廣義自由度體系是難點。教學(xué)內(nèi)容和基本要求1.理解和掌握離散化方法與運動方程的建立、重力以及支座激勵對建立運動方程的影響、無阻尼自由振動分析、臨界阻尼體系與低阻尼體系的自由振動分析。2.理解和掌握粘滯阻尼體系的諧振荷載反應(yīng)、共振反應(yīng)、粘滯阻尼比的四種計算方法、加速度計和位移計的基本原理、兩類隔振問題的基本原理。3.理解和掌握任意周期荷載的三角形式和指數(shù)形式、Fourier級數(shù)荷載下結(jié)構(gòu)的反應(yīng)、頻域分析的基本原理。4.理解和掌握正弦波脈沖、矩形波脈沖、三角形脈沖每一反應(yīng)階段的反應(yīng)比、震動譜與反應(yīng)譜、沖擊荷載反應(yīng)的近似分析。5.理解和掌握時域和頻域轉(zhuǎn)換函數(shù)之間的關(guān)系、無阻尼體系與低臨界阻尼體系的Duhamel積分、頻域分析中的Fourier反應(yīng)積分。6.理解和掌握Newmark法等基本原理及穩(wěn)定性條件、隱式公式到顯示公式的變換、線性分析與非線性分析的異同、非線性分析的增量列式。7.理解和掌握Rayleigh振動形狀的選擇、改進的Rayleigh法、剛體集合及分布柔性體系運動方程的建立、用Rayleigh法進行振動分析的原理及過程。（按“了解”、“理解”、“掌握”等層次表述）（三）多自由度體系（20課時）教學(xué)重點、難點：多自由運動方程的建立、結(jié)構(gòu)特性矩陣的計算、無阻尼自由振動、疊加法和逐步法進行動力反應(yīng)分析是重點，振動分析的矩陣迭代法、運動方程的變分形式是難點。教學(xué)內(nèi)容和基本要求1.理解和掌握阻尼影響系數(shù)及阻逆矩陣、質(zhì)量影響系數(shù)及質(zhì)量矩陣、組合剛度矩陣、根據(jù)動力平衡條件列多自由度體系的運動方程、考慮軸向力效應(yīng)時多自由度體系的運動方程。2.理解和掌握應(yīng)變能、阻尼特性、一致幾何矩陣、集中質(zhì)量矩陣、有限元剛度、一致質(zhì)量矩陣、精力凝聚。3.理解和掌握振型、振幅、頻率方程、振型關(guān)于質(zhì)量和剛度的正交性、振型的規(guī)格化、利用剛度法和柔度法求解多自由度體系各階頻率及振型。4.理解和掌握復(fù)剛度阻尼體系的振型位移疊加法、非比例阻尼矩陣的建立、利用振型正交性求解無阻尼和粘滯阻尼體系非耦合的運動方程、粘滯阻尼體系振型位移疊加法。5.理解和掌握運用迭代法分析結(jié)構(gòu)高階振型、逆迭代法、移位迭代法、運用Stodola迭代法分析結(jié)構(gòu)基本振型、Stodola迭代法收斂性的證明。6.理解和掌握子空間迭代法、衍生Ritz向量、靜力凝聚法、振型貢獻、振型參與系數(shù)、離散坐標(biāo)系中的Rayleigh法和Rayleigh-Ritz法求自振頻率、靜力修正法。7.理解和掌握增量表示的運動方程、常平均加速度法與線加速度法的原理及穩(wěn)定條件。8.理解和掌握Hamilton原理、最小勢能原理、Lagrange運動方程、運用Hamilton原理及Lagrange運動方程建立運動方程。（按“了解”、“理解”、“掌握”等層次表述）（四）分布參數(shù)體系（6課時）教學(xué)重點、難點：運動的微分方程和無阻尼自由振動分析是重點，動力反應(yīng)分析是難點。教學(xué)內(nèi)容和基本要求1.理解和掌握考慮軸向力、粘滯阻尼影響情況下梁彎曲的偏微分方程、基本情況下梁的彎曲微分方程及軸向振動微分方程。2.理解和掌握無阻尼自由振動方程的求解、考慮軸向力影響自由振動方程的求解、具有分布特性梁振型曲線及相應(yīng)圓頻率的計算、具有分布特性梁橫向振動和軸向振動的正交性及證明。（按“了解”、“理解”、“掌握”等層次表述）（五）課程思政目標(biāo)與內(nèi)容思政目標(biāo)：結(jié)合蘭州理工大學(xué)土木工程專業(yè)的培養(yǎng)方案，確立研究生思政培養(yǎng)目標(biāo)：表1思政培養(yǎng)目標(biāo)維度內(nèi)容目標(biāo)1政治認(rèn)同與國家意識激發(fā)學(xué)生科技報國的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)，立志扎根人民,奉獻國家，積極投身于新時代中國特色社會主義建設(shè)，勇于承擔(dān)民族復(fù)興的時代重任目標(biāo)2品德修養(yǎng)與專業(yè)倫理強化學(xué)生的工程倫理教育，具有高尚的品德修養(yǎng)與職業(yè)操守，良好的人文情懷和科學(xué)素養(yǎng)目標(biāo)3學(xué)術(shù)志向與科學(xué)精神培養(yǎng)學(xué)生基于馬克思主義立場的科學(xué)精神，具有較強的求真創(chuàng)新精神與批判思維思政元素：表2思政元素序號章節(jié)思政目標(biāo)思政元素11.1結(jié)構(gòu)動力分析主要目的1.2非隨機荷載的類型1.3動力問題的基本特性政治認(rèn)同與國家意識介紹典型工程案例突出中國社會主義建設(shè)成就激發(fā)學(xué)生的家國情懷21.4離散化方法1.5運動方程的建立政治認(rèn)同與國家意識將具體問題抽象化，鍛煉抽象思維32.1基本動力體系的組成2.2基本動力體系的運動方程政治認(rèn)同與國家意識用科學(xué)的工具去認(rèn)識觀察事物，堅持馬克思主義唯物觀42.3重力的影響2.4支座激勵的影響政治認(rèn)同與國家意識全面考慮問題，不放過任何一個細(xì)節(jié)52.5無阻尼自由振動分析2.6阻尼自由振動品德修養(yǎng)與專業(yè)倫理將阻力看成一種動力，培養(yǎng)迎難而上的人生觀63.1無阻尼體系3.2阻尼體系3.3共振反應(yīng)品德修養(yǎng)與專業(yè)倫理懂得將自己的能力發(fā)揮到最大是需要一定條件的，不斷磨練自我，激發(fā)學(xué)生不斷挑戰(zhàn)的人生態(tài)度73.4加速度和位移計3.5隔震及粘滯阻尼比的計算學(xué)術(shù)志向與科學(xué)精神抵制不良誘惑，將其隔離，樹立正確的價值觀84.1周期荷載的Fourier級數(shù)表達4.2Fourier級數(shù)荷載的反應(yīng)學(xué)術(shù)志向與科學(xué)精神用科學(xué)的工具去研究事物規(guī)律，養(yǎng)成科學(xué)的精神95.1沖擊荷載的分類及一般性質(zhì)5.2沖擊荷載反應(yīng)的近似分析學(xué)術(shù)志向與科學(xué)精神用科學(xué)的工具去研究事物規(guī)律，養(yǎng)成科學(xué)的精神106.1杜哈曼積分與傅里葉變換概念及物理意義6.2反應(yīng)譜的概念學(xué)術(shù)志向與科學(xué)精神抓住事物主要矛盾，從主要矛盾下手解決問題117.1數(shù)值積分方法分類及適用范圍學(xué)術(shù)志向與科學(xué)精神用科學(xué)的工具去研究事物規(guī)律，養(yǎng)成科學(xué)的精神127.2各類數(shù)值積分方法優(yōu)缺點學(xué)術(shù)志向與科學(xué)精神用科學(xué)的工具去研究事物規(guī)律，養(yǎng)成科學(xué)的精神138.1廣義單自由度體系概念8.1用Rayleigh法和改進的Rayleigh法進行振動分析學(xué)術(shù)志向與科學(xué)精神將具體問題抽象化，鍛煉抽象思維149.1自由度的選擇9.2多自由度運動方程的建立學(xué)術(shù)志向與科學(xué)精神抓住事物主要矛盾，從主要矛盾下手解決問題1510.1質(zhì)量矩陣、剛度矩陣、阻尼矩陣的建立10.2質(zhì)量矩陣、阻尼矩陣的正交性11.1模態(tài)分析的概念及物理意義學(xué)術(shù)志向與科學(xué)精神將實際問題抽象化，抓住事物的本質(zhì)1612.1正規(guī)坐標(biāo)12.2非耦合的運動方程學(xué)術(shù)志向與科學(xué)精神用科學(xué)的工具去研究事物規(guī)律，養(yǎng)成科學(xué)的精神1712.3用疊加法進行反應(yīng)分析學(xué)術(shù)志向與科學(xué)精神學(xué)會分解人生中的大困難，逐一擊破1812.4非比例阻尼矩陣的建立品德修養(yǎng)與專業(yè)倫理用科學(xué)的工具去研究事物規(guī)律，養(yǎng)成科學(xué)的精神1913.1基本振型分析13.2高階振型分析學(xué)術(shù)志向與科學(xué)精神抓住事物主要矛盾，從主要矛盾下手解決問題2014.1靜力凝聚法14.2Rayleigh法14.3Rayleigh-Ritz法14.4子空間迭代法品德修養(yǎng)與專業(yè)倫理用科學(xué)的工具去研究事物規(guī)律，養(yǎng)成科學(xué)的精神2115.1逐步積分方法分類及特點15.2逐步積分方法適用范圍5.4箱形截面受扭構(gòu)件5.5構(gòu)造要求學(xué)術(shù)志向與科學(xué)精神善于總結(jié)和歸納，養(yǎng)成科學(xué)的思維2216.1廣義坐標(biāo)16.2Hamilton原理16.3Lagrange運動方程學(xué)術(shù)志向與科學(xué)精神培養(yǎng)科學(xué)的態(tài)度去認(rèn)識事物規(guī)律2318.1梁的彎曲：考慮軸向力的影響18.2梁的彎曲：振型的正交性19.1非耦合的彎曲運動方程：無阻尼情況19.1非耦合的彎曲運動方程：有阻尼情況學(xué)術(shù)志向與科學(xué)精神將具體問題抽象化，鍛煉抽象思維三、課內(nèi)練習(xí)環(huán)節(jié)的教學(xué)內(nèi)容及基本要求、課時分配和場地教學(xué)內(nèi)容及基本要求（一）熟練掌握單自由度體系、多自由度體系、分布參數(shù)體系動力方程的建立，并運用各種方法進行動力反應(yīng)分析（2學(xué)時）（二）熟練掌握，并會操作OpenSees等結(jié)構(gòu)動力分析有限元軟件，運用常用有限元軟件對結(jié)構(gòu)進行動力分析的練習(xí)（2學(xué)時）四、本課程教學(xué)建議（一）建議學(xué)習(xí)和掌握《概率與數(shù)理統(tǒng)計》、《數(shù)值分析》、《有限元法》、《結(jié)構(gòu)力學(xué)》及《結(jié)構(gòu)力學(xué)》等基本理論知識。（二）建議學(xué)習(xí)和掌握有限元的基本理論。五、本課程評價方式閉卷考試六、建議教材和教學(xué)參考書教材（一）結(jié)構(gòu)動力學(xué)(第2版修訂版)，R.克拉夫、J.彭津，王光遠(yuǎn)等譯校，高等教育出版社，2006.11.教學(xué)參考書（一）DynamicsofStructures:TheoryandApplicationstoEarthquakeEngineering(3rdEdition),AnilK.Chopra.（二）結(jié)構(gòu)動力學(xué):理