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  • INGENIERA ANTISSMICA Dr. R. Snchez

    DESCOMPOSICIN MODAL

  • DESCOMPOSICIN MODAL

    CONDICIN DE ORTOGONALIDAD:

    Dr. R. Snchez

    { } [ ]{ } { } [ ]{ } 0T Ti j i jX K X X M X= =

  • Dr. R. SnchezDESCOMPOSICIN MODAL

    [ ]{ } [ ]{ } { } ( )M u K u F f t+ =

    { } { } { } { }( )1

    2

    1 1 1 2 2

    ( )( )( ) ( ) ( ) ( )

    ( )

    n n

    n

    u tu t

    u u t a t X a t X a t X

    u t

    = = + + +

    "#

    Formas de modo

    Desplazamiento

    Ec. de movimiento

    { } { }( )i ii

    u a t X=

  • Dr. R. SnchezDESCOMPOSICIN MODAL

    [ ]{ } [ ]{ } { }1 1

    ( ) ( ) ( )n n

    i i i iM X a t K X a t F f t+ = Reemplazando la aceleracin y el desplazamiento:

    { } { }( )i ii

    u a t X={ } { }( )i i

    iu a t X=

    desplazamiento

    aceleracin

    [ ]{ } [ ]{ } { }( )1 1

    ( ) ( ) ( )n n

    T Tj i i i i jX M X a t K X a t X F f t + =

  • Dr. R. SnchezDESCOMPOSICIN MODAL

    Condiciones de ortogonalidad:

    [ ]{ }[ ]{ }

    00

    Tj iTj i

    X M Xi j

    X K X= =

    [ ]{ } [ ]{ } { }1 1

    ( ) ( ) ( )

    1,2, ,

    n nT T Tj i i j i i jX M X a t X K X a t X F f t

    j n

    + ==

    [ ]{ }[ ]{ }

    00

    Ti iTi i

    X M Xi j

    X K X= ==

    [ ]{ } [ ]{ } { }( ) ( ) ( )1,2, ,

    T T Ti i i i i i jX M X a t X K X a t X F f t

    i n+ =

    =

    Slo es diferente de cero cuando j=i:

  • Dr. R. SnchezDESCOMPOSICIN MODAL

    [ ]{ } [ ]{ } { }( ) ( ) ( )T T Ti i i i i i jX M X a t X K X a t X F f t+ =Slo es diferente de cero cuando j=i:

    ( ) ( ) ( )e i e i eM a t K a t F f t+ =n ecuaciones de un gdl:

    [ ]{ }[ ]{ }

    { }[ ]{ }( ) ( ) ( )TTji i

    i iT Ti i i i

    X FX K Xa t a t f t

    X M X X M X+ =

    2i i

  • Dr. R. SnchezDESCOMPOSICIN MODAL

    2ii

    Frecuencias circulares

    Factor de participacin esttica

    2( ) ( ) ( )i i i ia t a t f t+ = Ecuaciones modales de movimiento

  • Ejemplo:

    K

    K

    K

    M

    M

    M

    Dr. R. SnchezDESCOMPOSICIN MODAL

    1 0.445KM

    =

    2 1.247KM

    =

    3 1.802KM

    =

    { }10.4450.8021

    X =

    { }21.2470.5551

    X =

    { }31.8022.2471

    X =

    { } 111

    FF F

    F

    =

  • Clculo de los factores de participacin esttica:

    Dr. R. Snchez

    { } { }{ } { }{ }

    ( )

    11

    1 1

    1

    1

    11 2 2 2 2

    1

    1 11

    0.445 0.802 1

    0.445 0.802 1

    2.247 1.2211.841

    T

    T

    j j

    X FX M X

    FFF

    M X M M M

    F FM M

    =

    == + +

    = =

    DESCOMPOSICIN MODAL

    1

    0.802

    0.445

  • Clculo de los factores de participacin esttica:

    Dr. R. Snchez

    { } { }{ } { }{ }

    ( )

    22

    2 2

    1

    1

    12 2 2 2 2

    2

    1 12

    1.247 0.555 1

    1.247 0.555 1

    0.802 0.2802.863

    T

    T

    j j

    X FX M X

    FFF

    M X M M M

    F FM M

    =

    == + +

    = =

    DESCOMPOSICIN MODAL

    1

    0.555

    1.247

  • Clculo de los factores de participacin esttica:

    Dr. R. Snchez

    { } { }{ } { }{ }

    ( )

    33

    3 3

    1

    1

    13 2 2 2 2

    3

    1 13

    1.802 2.247 1

    1.802 2.247 1

    0.555 0.0609.296

    T

    T

    j j

    X FX M X

    FFF

    M X M M M

    F FM M

    =

    == + +

    = =

    DESCOMPOSICIN MODAL

    1

    2.247

    1.802

  • Ecuaciones modales de movimiento:

    Dr. R. Snchez

    ( )2

    1 1 1 1

    11 1

    ( ) ( ) ( )

    ( ) 0.198 ( ) 1.221 ( ) 1

    a t a t f tFKa t a t f t

    M M

    + = + =

    1 Modo:

    2 Modo:

    ( )2

    3 3 3 3

    13 3

    ( ) ( ) ( )

    ( ) 3.247 ( ) 0.060 ( ) 3

    a t a t f tFKa t a t f t

    M M

    + = + =

    3 Modo:

    ( )2

    2 2 2 2

    12 2

    ( ) ( ) ( )

    ( ) 1.555 ( ) 0.280 ( ) 2

    a t a t f tFKa t a t f t

    M M

    + = + =

    DESCOMPOSICIN MODAL

  • Si:

    Dr. R. Snchez

    ( ) 1f t =( )( )21 1 1 1 1 1 12

    1

    1( ) ( ) 1 ( ) 1 cosa t a t a t t + = =

    ( )( ) ( )( )1

    2

    ( ) ( )1( ) 1 cos 1 cos

    Mu t Ku t FF Fu t t tK M

    + = = =

    Recordando:

    DESCOMPOSICIN MODAL

  • Solucin de las ecuaciones modales de movimiento:

    Dr. R. Snchez

    11

    1( ) 1.221 1 cos 0.4450.198

    F M Ka t tM K M

    =

    1 Modo:

    2 Modo:

    13

    1( ) 0.060 1 cos 1.8023.247

    F M Ka t tM K M

    = 3 Modo:

    12

    1( ) 0.280 1 cos 1.2471.555

    F M Ka t tM K M

    =

    DESCOMPOSICIN MODAL

  • Solucin de las ecuaciones modales de movimiento:

    Dr. R. Snchez

    11( ) 6.167 1 cos 0.445

    F Ka t tK M =

    1 Modo:

    2 Modo:

    13 ( ) 0.018 1 cos 1.802

    F Ka t tK M =

    3 Modo:

    12 ( ) 0.180 1 cos 1.247

    F Ka t tK M =

    DESCOMPOSICIN MODAL

  • Clculo de desplazamientos:

    Dr. R. Snchez

    ( ) ( ) ( )1 1,1 1,2 1,32 1 2,1 2 2,2 3 2,33 3,1 3,2 3,3

    ( )( )( )

    u t X X Xu t a t X a t X a t Xu t X X X

    = + +

    { } { }( )i ii

    u a t X=

    [ ] [ ] [ ]1 1 1 123

    ( ) 0.445 1.247 1.802( ) 6.167 0.802 0.180 0.555 0.018 2.247( ) 1 1 1

    u tF F Fu tK K K

    u t

    = + " " "

    DESCOMPOSICIN MODAL

  • Clculo de desplazamientos:

    Dr. R. Snchez

    { } { }( )i ii

    u a t X=[ ] [ ] [ ]

    [ ] [ ] [ ][ ] [ ] [ ]

    11 1 1

    2

    3

    1 1 11

    1 1 12

    13

    ( ) 2.744 0.224 0.033( ) 4.946 0.099 0.040( ) 6.167 0.180 0.018

    ( ) 2.744 0.224 0.033

    ( ) 4.946 0.099 0.040

    ( ) 6.167

    u tF F Fu tK K K

    u tF F Fu tK K KF F Fu tK K KFu t

    = + + = + +

    = +

    =

    " " "

    " " "

    " " "

    [ ] [ ] [ ]1 10.180 0.018F FK K K

    +" " "

    DESCOMPOSICIN MODAL

  • Dr. R. SnchezDESCOMPOSICIN MODAL

    -3

    -2

    -1

    0

    1

    2

    3

    0 5 10 15 20 25 30 35 40

    t (s)

    d

    e

    s

    p

    l

    a

    z

    a

    m

    i

    e

    n

    t

    o

    1

    p

    i

    s

    o

    /

    (

    F

    /

    K

    )

    1 modo2 modo3 modoTOTAL