闭卷重建平衡点附近的二次近似的专属定义、三行推导、数值算例、算法与反例。
分析力学 · 小纸条
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闭卷重建广义本征值问题的专属定义、三行推导、数值算例、算法与反例。
闭卷重建正则坐标与解耦的专属定义、三行推导、数值算例、算法与反例。
闭卷重建拍频与能量交换的专属定义、三行推导、数值算例、算法与反例。
闭卷重建连续系统的模态入口的专属定义、三行推导、数值算例、算法与反例。
闭卷重建实验:二自由度正则模的专属定义、三行推导、数值算例、算法与反例。
闭卷重建阻尼与受迫振动的模态边界的专属定义、三行推导、数值算例、算法与反例。
核心:试解 η=a e^{iωt} 得 (K-ω²M)a=0;正定 M 下本征频率实且模态可按 M 内积正交;算例/实验:求两个耦合振子的 ω± 和振幅比,检查无耦合极限;反例:普通欧氏正交不一定成立,应使用 a_i^T M a_j。
核心:在稳定平衡 q0 附近令 η=q-q0,T≈ηdot^T M ηdot/2,V≈V0+η^T Kη/2;算例/实验:对双摆小角展开到二阶,辨认质量矩阵 M 和刚度矩阵 K;反例:必须在平衡点展开;保留线性项说明所选点并非平衡。
核心:近频率模态叠加产生快振荡载波和慢包络,耦合振子中表现为能量周期转移;算例/实验:从 cosω1t+cosω2t 的和差化积读出拍频,并追踪两个摆能量;反例:拍频不是阻尼衰减;有限观测窗可能把慢包络误判为耗散。
核心:将 M-正交归一的模态列成矩阵 A,令 η=AQ,可把二次 L 化为独立谐振子之和;算例/实验:逐项验证 A^TMA=I、A^TKA=diag(ω²);反例:重根对应简并子空间,模态基不唯一但物理子空间唯一。
核心:不用第三方库,解 2×2 det(K-ω²M)=0 并输出排序后的频率;算例/实验:对称、非等质量、退耦与临界软模四组输入逐一核验;反例:若 M 非正定或判别式为负,输入不代表普通稳定机械系统。
核心:弦、膜和弹性体把矩阵本征问题推广为 Sturm–Liouville 型边值问题,边界条件决定允许频谱;算例/实验:由弦的动能势能泛函导出波动方程和固定端正弦模态;反例:连续谱与离散谱取决于区域和边界;不能机械套有限维求和。
核心:比例阻尼可保持模态解耦,一般阻尼矩阵会耦合模态;受迫响应由频率响应矩阵决定;算例/实验:比较 C=αM+βK 与非比例 C 的变换结果,找共振峰和相位跨越;反例:无阻尼共振发散是理想模型结论,现实稳态由阻尼和非线性限制。