結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析實例與分析

結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析實例與分析1第1頁，共13頁，2023年，2月20日，星期四16.1結(jié)構(gòu)動力學(xué)概述

定義和目的什么是動力學(xué)分析?動力學(xué)分析是用來確定慣性（質(zhì)量效應(yīng)）和阻尼起著重要作用時結(jié)構(gòu)或構(gòu)件動力學(xué)特性的技術(shù)?！皠恿W(xué)特性”可能指的是下面的一種或幾種類型:振動特性-（結(jié)構(gòu)振動方式和振動頻率）隨時間變化載荷的效應(yīng)（例如：對結(jié)構(gòu)位移和應(yīng)力的效應(yīng)）周期（振動）或隨機載荷的效應(yīng)2第2頁，共13頁，2023年，2月20日，星期四動力學(xué)分析類型模態(tài)分析瞬態(tài)動力學(xué)分析諧分析譜分析隨機振動分析3第3頁，共13頁，2023年，2月20日，星期四基本概念和術(shù)語通用運動方程通用運動方程如下：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，共13頁，2023年，2月20日，星期四模態(tài)分析基礎(chǔ)理論模態(tài)分析用于確定設(shè)計結(jié)構(gòu)或機器部件的振動特性（固有頻率和振型），即結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型，它們是承受動態(tài)載荷結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要參數(shù)。同時，也可以作為其它動力學(xué)分析問題的起點，例如瞬態(tài)動力學(xué)分析、諧響應(yīng)分析和譜分析，其中模態(tài)分析也是進行譜分析或模態(tài)疊加法諧響應(yīng)分析或瞬態(tài)動力學(xué)分析所必需的前期分析過程。

ANSYS的模態(tài)分析可以對有預(yù)應(yīng)力的結(jié)構(gòu)進行模態(tài)分析和循環(huán)對稱結(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)對稱結(jié)構(gòu)的模型來完成對整個結(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，共13頁，2023年，2月20日，星期四模態(tài)分析過程建模加載及求解擴展模態(tài)觀察結(jié)果6第6頁，共13頁，2023年，2月20日，星期四諧響應(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)分析是用于確定線性結(jié)構(gòu)在承受隨時間按正弦（簡諧）規(guī)律變化的載荷時的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的一種技術(shù)。分析的目的是計算出結(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）對頻率的曲線。從這些曲線上可以找到“峰值”響應(yīng)，并進一步觀察峰值頻率對應(yīng)的應(yīng)力。該技術(shù)只計算結(jié)構(gòu)的穩(wěn)態(tài)受迫振動，而不考慮發(fā)生在激勵開始時的瞬態(tài)振動。諧響應(yīng)分析使設(shè)計人員能預(yù)測結(jié)構(gòu)的持續(xù)動力特性，從而使設(shè)計人員能夠驗證其設(shè)計能否成功地克服共振、疲勞，及其它受迫振動引起的有害效果。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稱系統(tǒng)矩陣，如分析在流體─結(jié)構(gòu)相互作用中問題。諧響應(yīng)分析也可以分析有預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，如小提琴的弦（假定簡諧應(yīng)力比預(yù)加的拉伸應(yīng)力小得多）。7第7頁，共13頁，2023年，2月20日，星期四三種求解方法諧響應(yīng)分析可采用三種方法：完全法（Full）、縮減法（Reduced）、模態(tài)疊加法（Mode

Superposition）。（第四種方法，也是一種開銷相對較大的方法，是將簡諧載荷指定為有時間歷程的載荷函數(shù)，進行相應(yīng)的瞬態(tài)動力學(xué)分析。）ANSYS/Linear

Plus中只允許采用模態(tài)疊加法。完全法諧響應(yīng)分析過程:建模加載并求解觀察結(jié)果8第8頁，共13頁，2023年，2月20日，星期四瞬態(tài)動力學(xué)分析的定義瞬態(tài)動力學(xué)分析（亦稱時間歷程分析）是用于確定承受任意的隨時間變化載荷結(jié)構(gòu)的動力學(xué)響應(yīng)的一種方法。可以用瞬態(tài)動力學(xué)分析確定結(jié)構(gòu)在穩(wěn)態(tài)載荷、瞬態(tài)載荷和簡諧載荷的隨意組合作用下的隨時間變化的位移、應(yīng)變、應(yīng)力及力。載荷和時間的相關(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)動力學(xué)的基本運動方程是：9第9頁，共13頁，2023年，2月20日，星期四三種求解方法完全法模態(tài)疊加法縮減法10第10頁，共13頁，2023年，2月20日，星期四完全法瞬態(tài)動力學(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5.施加載荷6.存儲當(dāng)前載荷步的載荷設(shè)置7.重復(fù)步驟3-6定義其他每個載荷步8.備份數(shù)據(jù)庫9.開始瞬態(tài)分析10.退出求解器11.觀察結(jié)果11第11頁，共13頁，2023年，2月20日，星期四模態(tài)疊加法瞬態(tài)動力分析由五個主要步驟組成：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.擴展模態(tài)疊加解；5.觀察結(jié)果。12第12頁，共13頁，2023年，2月20日，星期四縮減法瞬態(tài)