我们知道,振型关于质量矩阵和刚度矩阵都具有正交性。振型的正交性指的是,如果,那么,
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利用振型的正交性,我们可以将一个多自由度体系的结构,转化为以振型为坐标的若干个单自由度体系进行求解,求得单自由度的地震响应后,再将振型响应组合得到结构的总的响应,因此振型是结构动力学中非常重要的一个概念,然而又是非常抽象的一个概念。如何理解振型的含义呢?
振型的重要意义在于将结构的响应分解到若干个独立的坐标轴上,坐标轴必须是独立的,即具有正交性。这样类似的概念,在我们生活中经?;嵊玫?。
例如,下图中一盘宫爆鸡丁,我们看它的组成,大部分人看到的是鸡肉、黄瓜、花生、胡萝卜、青椒、辣椒等。然而,在营养学家的眼中,这盘菜的组成将会是脂肪、维生素、蛋白质、胆固醇及碳水化合物等??杉?,对于同样一件东西,如果观察者的角度不同(即坐标系选取得不同),得到的成份将会不同。对于普通人眼中,鸡肉、黄瓜、花生都是“正交”的,因为一件东西不可能即是黄瓜又是鸡肉。而在营养学家看来,脂肪、维生素、蛋白质这些也都是“正交”的,某种物质不可能既是脂肪又是维生素。因此,对于同一盘菜,我们可以说它是由多少肉和蔬菜组成,也可以说是由多少脂肪、维生素、碳水化合物等组成。
事物外表所呈现出来的特性,取决于内在的各阶“振型”特性。因此,为了研究事物为何呈现这样或那样的特性,我们需要根据研究目的,确定各阶正交的“振型”。例如,为了研究由若干人组成的群体所表现出来的特征,我们将这个群体中的人划分成不同的“振型”,“振型”的取法是多种多样的,下面举例说明。
我们可以根据性别,确定群体的两阶“振型”,第1阶“振型”为男,第2阶“振型”为女。这两阶振型一定是正交的,因为一个人不可能既是男又是女。数学是如此精确和完善,然而现实生活却是如何复杂,导致数学中的概念在现实面前总显得无能为力。在现实生活中,有些男人选择了变性变成了女人,如著名的舞蹈家金星;有些女人变性成男人,如英国的艾德里安·达尔顿生;更为荒谬的是英国西伦敦房产开发商查尔斯·凯恩,先从男性变成了女性,几年后厌倦了当女人又变成了男人。这些变性人的出现,让本来满足“正交”条件的男性和女性这两阶“振型”不再成立。当然,排除了这些个例,数学的公式和原理还是比较完美的。
当然,对于同样这个群体,除了按照性别来确定振型外,我们还可以按照籍贯来划分“振型”,一个人不可能同时有两个出生地,因此籍贯应该是满足“振型”的正交条件的。然而,拥有4个户口的“房姐”的出现,让按照“籍贯”划分出来的各阶振型不再“正交”,现实生活的残酷再一次打败了严谨的数学。
对于住在学校的学生,我们还可以根据他的房间号来划分出不同的“振型”,理论上来讲,一个学生不应该同时拥有两个房间号,因此也应该满足正交条件。除非他梦游,前半夜睡在这个房间,后半夜睡在另外房间。
但是,我们绝对不能按照“爱好”来划分“振型”,因为一个人可以同时拥有多种爱好,因此“爱好”不满足振型的正交条件。
群体整体表现出来的特性,是与“振型”的特性密切相关,群体中某阶“振型”占的比重越大,群体整体的特性越接近于该阶“振型”的特性。例如,这群人一起去购物并将所选购的商品放在同一个购物框内,如果这个群体中男性占了多数,男人好动的“振型特性”将会导致购物筐中充满了运动器材,相反,如果这个群体中女性占了多数,女生天性爱美的“振型特征”将会导致购物筐中充满了化妆品。这个群体一起去吃饭,如果其中四川人占了多数,他们将会消耗掉更多的辣椒,如果山西人占了多数,他们会消耗掉更多的醋,因为“四川”这阶振型在吃上将表现为辣的特征,而“山西”这阶振型将表现为酸的特征。
综上可知,“振型”的概念如此重要,应用如此广泛。