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联合(7.50)第一式与(7.49)式,有
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将(7.50)第一式代入(7.51)第一式等号右边,又有
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与前式联立,为使x1,x2,x3各自系数相同,要求b11,b12,b13满足下述线性代数方程组:
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为使(7.50)式给出的线性组合量ξ1不是零常量,显然b11,b12,b13不可全为零,数学上便要求上述线性方程组的系数行列式为零,即
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展开后是一个关于未知量ω2(1)的三次代数方程.对(7.51)第二式、第三式的讨论,分别可得关于未知量ω2(2),ω2(3)的三次代数方程,它们与(7.53)式同构.于是ω2(1),ω2(2),ω2(3)可一致地统记成ω2,满足的方程即为
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如果(7.54)式解得的ω2三个根均为非负的实数,开放后取算术根
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ω1,ω2,ω3,
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对应三个简正模的角频率.ξ1,ξ2,ξ3的通解为
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再据(7.50)式可反解出系统原参量的振动关系式:x1-t,x2-t,x3-t.需要注意,如果某个简正模角频率ω=0,对应的便是
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不再是简谐振动,而是随t线性变化的运动.其实,如果(7.54)式解得的ω2三个根中出现负的实数或复数,那么也意味着系统运动中包含有非简谐振动内容.
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关于多自由度保守系振动的讨论,可在线性微分方程组数学知识基础上更完整和简洁地展开,后续的理论力学课程将会述及.
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例17 试求图7-41所示系统对应的二阶常系数线性齐次微分方程组的通解.
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解 对照(7.48)式,可知(7.49)式中的系数分别为
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