第16章 结构动力学分析实例与分析

发布于:2021-06-18 21:41:45

第16章 结构动力学分析实例与分析

16.1 结构动力学概述
? 定义和目的

什么是动力学分析?动力学分析是用来确定惯性(质量效应)和阻尼起

着重要作用时结构或构件动力学特性的技术。
“动力学特性” 可能指的是下面的一种或几种类型:
– 振动特性 - (结构振动方式和振动频率)

– 随时间变化载荷的效应(例如:对结构位移和应力的效应)
– 周期(振动)或随机载荷的效应

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动力学分析类型

模态分析

瞬态动力学分析
谐分析 谱分析 随机振动分析

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基本概念和术语 通用运动方程

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通用运动方程如下:

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求解方法 两种主要方法:
? 模态叠加法 ? 直接积分法

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模态分析基础理论 模态分析用于确定设*峁够蚧鞑考恼穸匦裕ü逃衅德屎驼裥停唇峁 的固有频率和振型,它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数。同时,也可以 作为其它动力学分析问题的起点,例如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析, 其中模态分析也是进行谱分析或模态叠加法谐响应分析或瞬态动力学分析所必需 的前期分析过程。 ANSYS的模态分析可以对有预应力的结构进行模态分析和循环对*峁鼓L治 。前者有旋转的涡轮叶片等的模态分析,后者则允许在建立一部分循环对*峁 的模型来完成对整个结构的模态分析。 ANSYS产品家族中的模态分析是一个线性分析。任何非线性特性,如塑性和接触 (间隙)单元,即使定 义了也将被忽略。ANSYS提供了七种模态提取方法,它 们分别是子空间法、分块Lanczos法、PowerDynamics法、缩减法、非对称法 、阻尼法和QR阻尼法。阻尼法和 QR阻尼法允许在结构中存在阻尼。

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模态分析过程

建模

加载及求解
扩展模态 观察结果

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谐响应分析的定义与应用 任何持续的周期载荷将在结构系统中产生持续的周期响应(谐响应 )。 谐响应分析是用于确定线性结构在承受随时间按正弦(简谐) 规律变化的载荷时的稳态响应的一种技术。分析的目的是计算出结 构在几种频率下的响应并得到一些响应值(通常是位移)对频率的 曲线。从这些曲线上可以找到“峰值”响应,并进一步观察峰值频 率对应的应力。 该技术只计算结构的稳态受迫振动,而不考虑发生 在激励开始时的瞬态振动。谐响应分析使设计人员能预测结构的持 续动力特性,从而使设计人员能够验证其设计能否成功地克服共振 、疲劳,及其它受迫振动引起的有害效果。 谐响应分析是一种线性分析。任何非线性特性,如塑性和接触(间 隙)单元,即使定义了也将被忽略。分析中可以包含非对称系统矩 阵,如分析在流体─结构相互作用中问题。谐响应分析也可以分析 有预应力结构,如小提琴的弦(假定简谐应力比预加的拉伸应力小 得多)。
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三种求解方法 谐响应分析可采用三种方法:完全法(Full)、缩减法(Reduced) 、模态叠加法(Mode Superposition)。(第四种方法,也是一 种开销相对较大的方法,是将简谐载荷指定为有时间历程的载荷函 数,进行相应的瞬态动力学分析。)ANSYS/Linear Plus中只允 许采用模态叠加法。

完全法谐响应分析过程:
建模 加载并求解

观察结果

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瞬态动力学分析的定义 瞬态动力学分析(亦称时间历程分析)是用于确定承受任意的随时 间变化载荷结构的动力学响应的一种方法。可以用瞬态动力学分析 确定结构在稳态载荷、瞬态载荷和简谐载荷的随意组合作用下的随 时间变化的位移、应变、应力及力。载荷和时间的相关性使得惯性 力和阻尼作用比较重要。如果惯性力和阻尼作用不重要,就可以用 静力学分析代替瞬态分析。 瞬态动力学的基本运动方程是:

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三种求解方法

完全法

模态叠加法
缩减法

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完全法瞬态动力学分析由以下步骤组成:

1.建造模型 2.建立初始条件 3.设置求解控制 4.设置其他求解选项 5.施加载荷

6.存储当前载荷步的载荷设置
7.重复步骤3-6定义其他每个载荷步 8.备份数据库 9.开始瞬态分析 10.退出求解器 11.观察结果

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模态叠加法瞬态动力分析由五个主要步骤组成: 1.建造模型;

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2.获取模态解;
3.获取模态叠加法瞬态分析解; 4.扩展模态叠加解; 5.观察结果。

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缩减法瞬态动力学分析过程由五个主要步骤组成:

1.建造模型;

2.获取缩减解;
3.观察缩减法求解结果; 4.扩展解(扩展处理); 5.观察已扩展解的结果。

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