Ansys_Workbench动力学分析.pptx

Ansys Workbench结构动力学分析 4.1: 动力学绪论 第一节 动力学分析概述 第二节 动力学研究内容 第三节 动力学分析的类型 4.2: 模态分析 第一节 模态分析的含义 第二节 结构动力运动方程 第三节 模态分析步骤 4.3: 谐分析 第一节 谐分析目的 第二节 术语和概念 第三节 谐分析步骤 主要内容 4.1: 动力学绪论 第一节 动力学分析目的及定义 为什么要对结构进行动力学分析？ 1940年7月1日通车 美国塔科曼悬索大桥 1940年11月7日倒塌—风载 土木建筑、地质工程领域 交通运输、航空航天领域 机械、机电领域 什么是结构动力学？ 定义：研究结构在动力荷载作用下的动力反应。 目的：动力荷载作用下结构的内力和变形； 确定结构的动力反应规律。 安全性：确定结构在动力荷载作用下可能产生的最大内力，作为强度设计的依据； 舒适度：满足舒适度条件（位移、速度和加速度不超过规范的许可值)。 结构动力体系 数值 动位移 加速度 速度 动应力 动力系数 第二节 结构动力学研究的内容 第一类问题：反应分析（结构动力计算） 第二类问题：参数（或称系统）识别 第三类问题：荷载识别 第四类问题：控制问题 第三节 动力学分析类型 1.动荷载 大小、方向和作用点不随时间变化或变化很缓慢的荷载。如：结构的自重、雪荷载等。 静荷载： 大小、方向或作用点随时间变化很快的荷载。 是否会使结构产生显著的加速度。 快慢标准： 质量运动加速度所引起的惯性力与荷载相比是否可以忽略 显著标准： 动荷载： 问题：你知道有哪些动荷载？ 第一章：结构动力学基础 （1）简谐荷载 荷载随时间周期性变化，并可以用简谐函数来表示。   荷载随时间作周期性变化，是时间t的周期函数，但不能简单地用简谐函数来表示。 （2）一般周期荷载 （3）冲击荷载 荷载的幅值(大小)在很短时间内急剧增大或急剧减小。 （4）随机荷载 荷载的幅值变化复杂、难以用解析函数解析表示的荷载。 风荷载 地震作用 平均风 脉动风 2.动力学分析类型 （1）简谐荷载 （2）一般周期荷载 （3）冲击荷载 （4）随机荷载 谐响应分析 瞬态分析 谱分析 模态分析 谐波分析 3.分析类型的选择原则 （1）如果在相对较长时间内载荷是一个常数，可选择静力分析，否则为动态分析。 （2）如果动荷载频率小于结构最低阶固有频率的1/3，可进行静力分析。 （3）载荷对结构刚度的变化可忽略时，可进行线性分析。 （4）载荷引起结构刚度的变化很显著时，或应变超过弹性范围，或两物体间存在接触，必须进行非线性分析。 4.2: 模态分析 第一节 模态分析的含义 模态分析是用来确定结构的振动特性（固有频率和振型）的一种技术。 什么是模态分析? 模态分析的好处： 使结构设计避免共振或以特定频率进行振动（例如扬声器）； 使工程师可以认识到结构对于不同类型的动力载荷是如何响应的。 建议： 在准备进行其它动力分析之前首先要进行 第二节 结构动力运动方程 1.单自由度无阻尼线性系统 Newton第二定律 系统的运动方程 令 ，则方程变为 无阻尼自由振动解的形式为： 其中A与 由初始条件决定 A为系统的响应的振幅， 为系统的初相位 为系统的固有频率，Hz 为系统的固有圆频率，弧度/秒 为系统的周期，s 2.二自由度无阻尼线性系统 对质量块m1、 m2受力分析，由Newton第二定律得 方程组用矩阵表达为： 通用表示为： 其中： 表示质量矩阵 表示刚度矩阵 表示加速度向量 表示位移向量 设方程的解为： 将上式代入微分方程得： 上述方程可求得两个根 A1、 A2 不全为0，则： 特征方程 对于 可求得 , 对于 可求得 系统运动方程： 方程解为： 代入振动方程： 特征方程 3.多自由度无阻尼线性系统 即： 频率方程或特征多项式 解出 n 个值，按升序排列为： 仅取决于系统本身的刚度、质量等物理参数。 将每一个 代入方程 可得到非零向量 4.连续性线性系统 可有无数个自由度 ，对应于无数个模态频率与模态振型。 （模态频率） （模态向量） 振动的形状 n 自由度系统： 一一对应 系统在各个坐标上都将以第 i 阶模态频率 做简谐振动，并且同时通过静平衡位置。 第三节 模态分析步骤 实例 – 目标: 在这个练习，我们的目标是研究在一定的约束条件下如图所示的机架的模态，得到其振动特性。 – 已知条件 机架是用结构钢制造。 机架为一焊接件，并是一个连续体（无接触）。 机架被设计用于支撑一台设备，该设备在竖直方向上传递400N的力。 – 启动界面 在“Analysis