結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析實(shí)例與分析

1、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析實(shí)例與分析1第1頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)2分，星期二16.1 結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)概述定義和目的 什么是動(dòng)力學(xué)分析?動(dòng)力學(xué)分析是用來(lái)確定慣性（質(zhì)量效應(yīng)）和阻尼起著重要作用時(shí)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件動(dòng)力學(xué)特性的技術(shù)?！皠?dòng)力學(xué)特性” 可能指的是下面的一種或幾種類型:振動(dòng)特性 - （結(jié)構(gòu)振動(dòng)方式和振動(dòng)頻率）隨時(shí)間變化載荷的效應(yīng)（例如：對(duì)結(jié)構(gòu)位移和應(yīng)力的效應(yīng)）周期（振動(dòng)）或隨機(jī)載荷的效應(yīng)2第2頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)2分，星期二動(dòng)力學(xué)分析類型 模態(tài)分析 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析 諧分析 譜分析 隨機(jī)振動(dòng)分析 3第3頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)2分，星期二基本概念和術(shù)

2、語(yǔ) 通用運(yùn)動(dòng)方程通用運(yùn)動(dòng)方程如下：求解方法兩種主要方法：模態(tài)疊加法直接積分法4第4頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)2分，星期二模態(tài)分析基礎(chǔ)理論 模態(tài)分析用于確定設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)或機(jī)器部件的振動(dòng)特性（固有頻率和振型），即結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型，它們是承受動(dòng)態(tài)載荷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)。同時(shí)，也可以作為其它動(dòng)力學(xué)分析問(wèn)題的起點(diǎn)，例如瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析、諧響應(yīng)分析和譜分析，其中模態(tài)分析也是進(jìn)行譜分析或模態(tài)疊加法諧響應(yīng)分析或瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析所必需的前期分析過(guò)程。 ANSYS的模態(tài)分析可以對(duì)有預(yù)應(yīng)力的結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析和循環(huán)對(duì)稱結(jié)構(gòu)模態(tài)分析。前者有旋轉(zhuǎn)的渦輪葉片等的模態(tài)分析，后者則允許在建立一部分循環(huán)對(duì)稱結(jié)構(gòu)的

3、模型來(lái)完成對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析。 ANSYS產(chǎn)品家族中的模態(tài)分析是一個(gè)線性分析。任何非線性特性，如塑性和接觸（間隙）單元，即使定義了也將被忽略。ANSYS提供了七種模態(tài)提取方法，它們分別是子空間法、分塊Lanczos法、PowerDynamics法、縮減法、非對(duì)稱法、阻尼法和QR阻尼法。阻尼法和QR阻尼法允許在結(jié)構(gòu)中存在阻尼。5第5頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)2分，星期二模態(tài)分析過(guò)程建模加載及求解擴(kuò)展模態(tài)觀察結(jié)果6第6頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)2分，星期二諧響應(yīng)分析的定義與應(yīng)用 任何持續(xù)的周期載荷將在結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中產(chǎn)生持續(xù)的周期響應(yīng)（諧響應(yīng)）。 諧響應(yīng)分析是用于確

4、定線性結(jié)構(gòu)在承受隨時(shí)間按正弦（簡(jiǎn)諧）規(guī)律變化的載荷時(shí)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的一種技術(shù)。分析的目的是計(jì)算出結(jié)構(gòu)在幾種頻率下的響應(yīng)并得到一些響應(yīng)值（通常是位移）對(duì)頻率的曲線。從這些曲線上可以找到“峰值”響應(yīng)，并進(jìn)一步觀察峰值頻率對(duì)應(yīng)的應(yīng)力。 該技術(shù)只計(jì)算結(jié)構(gòu)的穩(wěn)態(tài)受迫振動(dòng)，而不考慮發(fā)生在激勵(lì)開(kāi)始時(shí)的瞬態(tài)振動(dòng)。諧響應(yīng)分析使設(shè)計(jì)人員能預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的持續(xù)動(dòng)力特性，從而使設(shè)計(jì)人員能夠驗(yàn)證其設(shè)計(jì)能否成功地克服共振、疲勞，及其它受迫振動(dòng)引起的有害效果。 諧響應(yīng)分析是一種線性分析。任何非線性特性，如塑性和接觸（間隙）單元，即使定義了也將被忽略。分析中可以包含非對(duì)稱系統(tǒng)矩陣，如分析在流體結(jié)構(gòu)相互作用中問(wèn)題。諧響應(yīng)分析也可以分析有

5、預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，如小提琴的弦（假定簡(jiǎn)諧應(yīng)力比預(yù)加的拉伸應(yīng)力小得多）。7第7頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)2分，星期二三種求解方法 諧響應(yīng)分析可采用三種方法：完全法（Full）、縮減法（Reduced）、模態(tài)疊加法（ModeSuperposition）。（第四種方法，也是一種開(kāi)銷相對(duì)較大的方法，是將簡(jiǎn)諧載荷指定為有時(shí)間歷程的載荷函數(shù)，進(jìn)行相應(yīng)的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析。）ANSYS/LinearPlus中只允許采用模態(tài)疊加法。 完全法諧響應(yīng)分析過(guò)程:建模加載并求解觀察結(jié)果8第8頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)2分，星期二瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析的定義瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析（亦稱時(shí)間歷程分析）是用于確定

6、承受任意的隨時(shí)間變化載荷結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的一種方法?？梢杂盟矐B(tài)動(dòng)力學(xué)分析確定結(jié)構(gòu)在穩(wěn)態(tài)載荷、瞬態(tài)載荷和簡(jiǎn)諧載荷的隨意組合作用下的隨時(shí)間變化的位移、應(yīng)變、應(yīng)力及力。載荷和時(shí)間的相關(guān)性使得慣性力和阻尼作用比較重要。如果慣性力和阻尼作用不重要，就可以用靜力學(xué)分析代替瞬態(tài)分析。 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)的基本運(yùn)動(dòng)方程是：9第9頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)2分，星期二三種求解方法完全法模態(tài)疊加法縮減法10第10頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)2分，星期二完全法瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析由以下步驟組成： 1.建造模型2.建立初始條件3.設(shè)置求解控制4.設(shè)置其他求解選項(xiàng)5.施加載荷6.存儲(chǔ)當(dāng)前載荷步的載荷設(shè)置7.重復(fù)步驟3-6定義其他每個(gè)載荷步8.備份數(shù)據(jù)庫(kù)9.開(kāi)始瞬態(tài)分析10.退出求解器11.觀察結(jié)果11第11頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)2分，星期二模態(tài)疊加法瞬態(tài)動(dòng)力分析由五個(gè)主要步驟組成： 1.建造模型；2.獲取模態(tài)解；3.獲取模態(tài)疊加法瞬態(tài)分析解；4.擴(kuò)展模態(tài)疊加解；5.觀察結(jié)果。12第12頁(yè)，共13頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)2分，星期二縮減法