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2017-09-25 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
引言
什么是動力學分析?
動力學分析是用來確定慣性(質量效應)和阻尼起著重要作用時結構或構件動力學特性的技術。
“動力學特性” 可能指的是下面的一種或幾種類型:
振動特性(結構振動方式和振動頻率)
隨時間變化載荷的效應(例如:對結構位移和應力的效應)
周期(振動)或隨機載荷的效應
1、動力學分析通常分析下列物理現象:
振動 - 如由于旋轉機械引起的振動
沖擊 - 如汽車碰撞,錘擊
交變作用力 - 如各種曲軸以及其它回轉機械等
地震載荷 - 如地震,沖擊波等
隨機振動 - 如火箭發射,道路運輸等
上述每一種情況都由一個特定的動力學分析類型來處理
2、例子:
1)在工作中,汽車尾氣排氣管裝配體的固有頻率與發動機的固有頻率相同時,就可能會被震散。那么,怎樣才能避免這種結果呢?
受應力(或離心力)作用的渦輪葉片會表現出不同的動力學特性,如何解釋這種現象呢?
答案:進行 模態分析 來確定結構的振動特性
2)汽車防撞擋板應能承受得住低速沖擊
一個網球排框架應該設計得能承受網球的沖擊,但會稍稍發生彎曲
解決辦法 :進行 瞬態動力學分析來計算結構對隨時間變化載荷的響應
3)回轉機器對軸承和支撐結構施加穩態的、交變的作用力,這些作用力隨著旋轉速度的不同會引起不同的偏轉和應力
解決辦法 : 進行諧分析來確定結構對穩態簡諧載荷的響應
4)位于地震多發區的房屋框架和橋梁應該設計能夠承受地震載荷要求。
解決辦法:進行譜分析來確定結構對地震載荷的影響
5)太空船和飛機的部件必須能夠承受持續一段時間的變頻率隨機載荷。
解決辦法 :進行隨機振動分析來確定結構對隨機震動的影響。
3、通用運動方程如下:
不同分析類型是對這個方程的不同形式進行求解
模態分析:設定F(t)為零 ,而矩陣 [C] 通常被忽略;
諧響應分析:假設F(t) 和 u(t) 都為諧函數,例如 Xsin(wt),其中,X 是振幅, w 是單位為弧度/秒的頻率;
瞬間動態分析:方程保持上述的形式。
其中:
[M] =結構質量矩陣
[C] =結構阻尼矩陣
[K] =結構剛度矩陣
{F} =隨時間變化的載荷函數
{u} =節點位移矢量
{ } = 節點速度矢量
{ü} = 節點加速度矢量
4、如何求解通用運動方程 ?
兩種主要方法:
模態疊加法
直接積分法
模態疊加法
按自然頻率和模態將完全耦合的通用運動方程轉化為一組獨立的非耦合方程。
可以用來處理瞬態動力學分析和諧響應分析。
直接積分法
直接求解運動方程
在諧響應分析中,因為載荷和響應都假定為諧函數,所以運動方程是以干擾力頻率的函數而不是時間的函數的形式寫出并求解的。
對于瞬態動力學,運動方程保持為時間的函數,并且可以通過顯式或隱式的方法求解。
5、建模要考慮的問題
材料性質:
需要定義楊氏模量和密度?請記住要使用一致的單位?當使用英制單位時,對于密度,要定義質量密度而不是重力密度:
質量密度=重力密度(lb/in3) / g (in/sec2)
鋼的密度 = 0283/386 = 73 x 10-4 lb-sec2/in4
6、什么是阻尼?
阻尼是一種能量耗散機制,它使振動隨時間減弱并最終停止
阻尼的數值主要取決于材料、運動速度和振動頻率
阻尼可分類如下:
粘性阻尼
滯后或固體阻尼
庫侖或干摩擦阻尼
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