問(wèn)題描述:
在穩(wěn)態(tài)分析結(jié)果的后處理中,無(wú)論是顯示結(jié)構(gòu)變形圖或構(gòu)件內(nèi)力圖,還是定義繪圖函數(shù)等操作,對(duì)話框中均存在【幅值】和【相位角】?jī)蓚€(gè)單選框,如下所示。眾所周知,“幅值”即:在特定頻率的簡(jiǎn)諧荷載作用下某響應(yīng)量的最大值。那么,此處供用戶輸入的相位角又作何解釋呢?
解答:
在特定頻率的簡(jiǎn)諧荷載作用下,由于異步荷載或結(jié)構(gòu)阻尼的存在,任何穩(wěn)態(tài)響應(yīng)量均具有各自的幅值 M(Magnitude)和相位角 φ(Phase Angle)。幅值 M 和相位角 φ 又可以轉(zhuǎn)換為同步響應(yīng)分量 MR(In of Phase)和異步響應(yīng)分量 MI(Out of Phase),也稱為實(shí)部分量(Real)和虛部分量(Imag)。其中,(M, φ)與(MR, MI)的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下:
可以看出,上述相位角 φ 是由 SAP2000 程序內(nèi)部自動(dòng)計(jì)算的一個(gè)角度值,但并未提供直接的輸出和顯示。不過(guò),根據(jù)程序提供的實(shí)部分量和虛部分量也可以反算該角度值,即:Arctan(φ) = MI /
MR(注意角度象限)。
而【題目描述】中提及的“相位角”即:穩(wěn)態(tài)響應(yīng)量的幅值在由相位角確定的特定方向上進(jìn)行矢量分解。換言之,也就是幅值沿特定方向的投影。因此,0° 相位角對(duì)應(yīng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)量的實(shí)部,90° 相位角對(duì)應(yīng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)量的虛部。如果將根據(jù)實(shí)部分量和虛部分量反算的相位角直接輸入此處,即可顯示與【幅值】選項(xiàng)完全相同的結(jié)果。對(duì)于用戶輸入的任意相位角 α,SAP2000 根據(jù)以下公式計(jì)算幅值沿特定方向的投影:
為了驗(yàn)證上述判斷,我們可以導(dǎo)出某節(jié)點(diǎn)在 0Hz~4Hz 頻率范圍內(nèi)的 Z 向位移,如下所示??梢钥吹?,0° 和 90° 相位角的位移值分別與實(shí)部分量和虛部分量一致,而 30° 相位角的位移值也與手算值一致,即:MR x cos30° + MI x sin30°。