動態(tài)分析課件

振動分析問題概述：

結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析是用來計算結(jié)構(gòu)在考慮慣性（質(zhì)量屬性）和阻尼影響下的變化載荷導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)動力學(xué)特性響應(yīng)的方法。振動分析是結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析的一種，在Mechanica中振動分析包括4種類型：動態(tài)時間響應(yīng)分析、動態(tài)頻率響應(yīng)分析、動態(tài)隨機(jī)響應(yīng)分析和動態(tài)沖擊響應(yīng)分析。

結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析與靜力學(xué)分析的最大區(qū)別在于，動力學(xué)考慮結(jié)構(gòu)慣性和阻尼的影響，可以計算隨時間變化的載荷作用，對于動載荷作用下的機(jī)構(gòu)，動力學(xué)分析比靜力學(xué)更符合實際情況，但是動力學(xué)分析（特別是瞬態(tài)動力學(xué)分析）往往需要比靜力學(xué)分許要長得多計算時間。靜態(tài)分析能夠確定結(jié)構(gòu)在穩(wěn)態(tài)作用下的承載條件，但是在動載荷條件下，使用靜態(tài)分析往往得不到結(jié)構(gòu)真實的承載能力和其他結(jié)構(gòu)特性。因此，對于承受動載荷作用的結(jié)構(gòu)有必要使用動力學(xué)分析來確定結(jié)構(gòu)動態(tài)特性。

動態(tài)時間響應(yīng)分析

結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析能夠分析如振動、隨機(jī)振動、沖擊、交變載荷等動力學(xué)問題，不同的動力學(xué)問題可以使用不同的動力學(xué)分析來計算。動態(tài)時間響應(yīng)分析用來計算結(jié)構(gòu)在于時間相關(guān)的非周期性載荷或沖擊載荷作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，屬于瞬態(tài)動力學(xué)分析，常用于需要隨時間變化結(jié)果的問題。動態(tài)頻率響應(yīng)分析也成為諧分析，用來計算結(jié)構(gòu)在于頻域相關(guān)的周期性載荷作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，如旋轉(zhuǎn)機(jī)械對軸承等支撐結(jié)構(gòu)的動力學(xué)分析。動態(tài)隨機(jī)響應(yīng)分析，用來計算結(jié)構(gòu)在一定頻率范圍內(nèi)的力或加速度功率譜密度函數(shù)表示載荷作用下的響應(yīng)。動態(tài)沖擊計算在以位移、速度或加速度響應(yīng)譜表示的基礎(chǔ)激勵下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)。

動態(tài)時間響應(yīng)分析用來計算在與時間相關(guān)的非周期性載荷作用下的動態(tài)特性，如位移、速度、加速度或應(yīng)力分布隨時間變化的關(guān)系。Mechanica使用動態(tài)時間響應(yīng)分析可以得到瞬態(tài)或非穩(wěn)態(tài)響應(yīng)結(jié)果，如模擬結(jié)構(gòu)加載的過程。動態(tài)時間響應(yīng)分析示例如下圖所示一端固定鋁合金跳板，運動員在跳板末端施加在0.2s內(nèi)均勻增加至800N的載荷，試?yán)L制跳板最大VonMises應(yīng)力與加載時間的關(guān)系曲線。（假設(shè)忽略跳板重力和系統(tǒng)阻尼，已知鋁合金彈性模量E=137GPa，泊松比0.33，密度2.8e-009tonne/mm3，跳板長度為1200mm，寬度400mm，厚度20mm）固定400mm1200mm20mm20mm受力區(qū)域Fmax=830N跳板模型動態(tài)時間響應(yīng)分析示例云圖結(jié)果各種云圖結(jié)果VonMises應(yīng)力位移速度加速度應(yīng)變應(yīng)變能動態(tài)時間響應(yīng)分析示例范例示意圖對稱拉伸100動態(tài)時間響應(yīng)分析示例兩個測量點阻尼為3%的動態(tài)時域圖表結(jié)果動態(tài)時間響應(yīng)分析示例兩個測量點阻尼為50%的動態(tài)時域圖表結(jié)果動態(tài)頻率響應(yīng)分析

動態(tài)頻率響應(yīng)分析也稱為諧分析，用來計算結(jié)構(gòu)在與頻率相關(guān)的周期性載荷作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，如位移、速度、加速度的振幅和相位。動態(tài)頻率響應(yīng)分析與動態(tài)時間響應(yīng)分析相比在于動態(tài)頻率分析是計算與頻率相關(guān)載荷導(dǎo)致的動力學(xué)效應(yīng)，通常載荷為穩(wěn)定的周期性載荷。示例機(jī)床工作臺模型600mm1000mm30mm固定固定1000mm600mm動態(tài)頻率響應(yīng)分析示例位移與頻率的關(guān)系（無阻尼情況）由上圖可知，穩(wěn)定的周期性載荷，在頻率與工作臺低階固有頻率（特別是第一階）接近時導(dǎo)致變形急劇增大，這樣說明設(shè)計產(chǎn)品時外界載荷應(yīng)避免與產(chǎn)品低階固有頻率一致而導(dǎo)致共振發(fā)生危險。動態(tài)頻率響應(yīng)分析示例主區(qū)間0123456頻率020406080100120主區(qū)間789101112頻率140160162.02081631802000Hz162.0208

Hz163

Hz160

Hz采集的個別頻率位移云圖（無阻尼）表格數(shù)據(jù)靠近第一固有頻率處主區(qū)間比較小，主要是為了增加測量密度，查看引起共振的頻率附近的響應(yīng)。動態(tài)分析的步驟通常按照以下四個步驟執(zhí)行動態(tài)時間、頻率：1.建立有約束或無約束的模態(tài)分析。2.建立第一個動態(tài)研究。此操作的目的是掃描時間或頻率域并報告測量。必須在運行分析前指定這些測量。同時還需指定模態(tài)范圍，并指定非零阻尼。3.以圖形表示測量結(jié)果，并標(biāo)注峰值出現(xiàn)的位置。應(yīng)在這些間隔處指定完整的結(jié)果。4.建立第二個動態(tài)研究。這一次，根據(jù)第一次運行生成的圖指定完整結(jié)果的間隔。使用完整的結(jié)果可創(chuàng)建條紋圖和動畫。動態(tài)沖擊分析在Pro/Mechanica中，動態(tài)沖擊分析是用來研究由于反應(yīng)頻譜所引起的系統(tǒng)反應(yīng)，其載荷輸入通常是一帶有位移、速度或加速度等反應(yīng)頻譜的基本激發(fā)元素。因此，動態(tài)沖擊分析不適合分析那些會因時間而變化的沖擊載荷所引起的反應(yīng)。

動態(tài)沖擊分析中，系統(tǒng)可以計算通過反應(yīng)頻譜等基本激發(fā)元素，所引起的最大位移和應(yīng)力結(jié)果。我們可以通過動態(tài)沖擊分析來研究類似地震的現(xiàn)象，但是不能將其用于脈沖輸入所引起的反應(yīng)。

運行動態(tài)沖擊分析的條件如下：1、先運行一個帶約束的模態(tài)分析2、一個以上的約束或載荷集Mechanica還自動計算對靜態(tài)分析有效的所有測量。這與動態(tài)時間相應(yīng)分析和動態(tài)頻率響應(yīng)分析需要手動創(chuàng)建測量項是不同的。動態(tài)沖擊分析示例某板—梁結(jié)構(gòu)如左圖所示，計算其在Y方向在地震位移激勵譜作用下整個結(jié)構(gòu)的響應(yīng)情況。板梁結(jié)構(gòu)的基本尺寸見左圖標(biāo)示。地震譜如右下圖所示。材料屬性及幾何特性如下：材料Steel，楊氏模量210GPa，泊松比0.3板殼厚度：2mm梁幾何特性：矩形，邊長4mm板-梁結(jié)構(gòu)簡圖地震頻譜圖地震頻譜數(shù)據(jù)動態(tài)沖擊分析示例模態(tài)組合方法不同時動態(tài)沖擊響應(yīng)分析位移云圖絕對和SRSSSRSS計算平方和的平方根，絕對和計算每種模式作用的絕對值之和，SRSS計算略顯保守,絕對和會高估最大響應(yīng)。動態(tài)隨機(jī)響應(yīng)分析示例下圖1所示，一塊PCB光板，四周固定，功率譜密度曲線如圖2所示，已知材料彈性模量為17600MPa，泊松比0.25，密度2.5e-009tonne/mm3，求PCB板的