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AnsysWorkbench动力学分析


2 0
k12m12
2 0
0
k22m22
2 0
0 2[M ][K]0 特征方程
上述方程可求得两个根 01 、02
对于 01
可求得
A 11 A 21
,
对于 02
可求得
A 12 A 22
3.多自由度无阻尼线性系统
系统运动方程: M x K x 0 xRn
方程解为: x A si 0 n t ()
有阻尼自由振动的解 瞬态解
瞬态响应 逐渐衰减
稳态振动的解 稳态解 稳态响应
持续等幅振动
系统的瞬态响应:
系统的稳态响应:
系统的全响应:
x (t ) x0
稳态响应 全响应
0
t
经过充分长时间后,瞬态响应消失,只剩稳态强迫振动 。
对连续体的通用运 动 方程 M x C x K x F
A
[1(/n)2]2(2/n)2
arctan12(//nn)2
分析上式可得出如下的结论:
单自由度线性系统在谐波激励下的响应仍然是谐波。
响应频率等于激励频率。
振幅X与激励的幅值A成比例。 相位差 表示响应滞后于激励的相位角。
系统的全解为:
x ( t) C e n tc o s (d t ) A H ()c o s (t )
代入振动方程:[K]02[M]0 特征方程
即:
k112m11 k122m12 k1n 2m1n
k212m21 k222m22 k2n 2m2n 0
kn12mn1 kn2 2mn2 knn2mnn
0 2 n a 10 2 ( n 1 ) a n 10 2 a n 0频率方程或特征多项式
在outline中的Solution中选择Total Deformation(总变形) ,会显示一阶模态总变形分析云图,下图为模型的六阶 模态总变形分析云图
六阶模态总变形分析云图
一阶预拉应力振型
二阶预拉应力振型
三阶预拉应力振型
四阶预拉应力振型
五阶预拉应力振型
六阶预拉应力振型
前五阶模态频率
没有预应力
Ansys Workbench 结构动力学分析
主要内容
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
单地用简谐函数来表示。
FP
t
(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。
FP
冲击荷载
t
FP
突加荷载
t
(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
25Wind speed (m/s) 0
50
100
150
脉动风
平均风
200
250
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
静荷载
大小 方向 作用点
结构体系
静力响应
输入 input
刚度、约束 杆件尺寸 截面特性
输出 Output
动荷载
大小 方向 作用点 时间变化
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
Fma
a x
系统的运动方程
m x k x0令
x02x0
2 0
k m
,则方程变为
无阻尼自由振动解的形式为:
x(t)Acon st ()
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
n
k m
为系统的固有圆频率,弧度/秒
结构 (系统)
输出 (动力反应)
第三类问题:荷载识别
输入 (动力荷载)
结构 (系统)
第四类问题:控制问题
输入 (动力荷载)
结构 (系统)
控制系统 (装置、能量)
输出 (动力反应)
输出 (动力反应)
第三节 动力学分析类型
1.动荷载 静荷载:
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。
– 前处理
(1)添加材料库:根据实际需求选择或添加所需材料,添加 材料时需定义材料密度、泊松比、杨氏模量等。
(2) 添加材料
(3)网格划分
整体单元控制:单元尺寸为10mm 局部单元控制:两根角钢上的四个圆孔控制划分边长为10单元
(4)施加载荷约束
选择8个圆柱面,添加圆柱约束,径向固定,轴向固定,切向自由
大小、方向或作用点随时间变化很快的荷载。
快慢标准: 是否会使结构产生显著的加速度 。
显著标准: 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
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

FP
t
(2)一般周期荷载 荷载随时间作周期性变化,是时间t的周期函数,但不能简
双击主界面Toolbox中的Custom System Pre-Stress Modal( 预应力模态分析),同时创建分析项目A(静力分析)及项目B(模态 分析),并导入几何体。
– 前处理
(1)添加材料库,将模型的材料设置为Stainless Steel(不锈钢) (2)划分网格,将Element Size设置为100mm
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?
土木建筑、地质工程领域
1940年11月7日倒塌—风载
1940年7月1日通车 美国塔科曼悬索大桥
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;
t(sec) 300
Acceleratio2n (cm/s )
400
200
0
-200
t(sec)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
2.动力学分析类型 (1)简谐荷载
谐响应分析
(2)一般周期荷载
谐波分析
(3)冲击荷载 (4)随机荷载
瞬态分析 谱分析
模态分析
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
什么是模态分析?
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。 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
8 faces
– 求解及后处理
一阶模态
二阶模态
四阶模态
五阶模态
三阶模态 六阶模态
有预应力的模态分析
实例 – 目标: 在这个练习,我们的目标是研究受拉力的悬臂 梁(如下图所示)的模态,得到其振动特性。
10000
– 已知条件 悬臂梁材料为不锈钢。 所受拉力F=108N
1000
F
1000
单位:mm
– 建立项目
(3)施加载荷与约束
为模型的端面添加固定约束,并施加力载荷(Force) ,大小为108N
– 模态分析 在outline中的Modal选项中右击,在弹出的快捷菜单中选 择Solve命令,进行求解
– 后处理
在outline中的Solution选项中右击,在弹出的快捷菜单中 选择Equivalent All Results 命令,进行求解
将上式两端同除以质量 m :
& x& (t)cx & (t)kx(t)Fcost
mm m
令:
AF k
m c2nm kn2
得:
& x & ( t ) 2n x & ( t ) n 2 x ( t ) n 2 A c o st
式中:为阻尼比
设其解为:
x(t)Xcos(t)
代入原方程,可得: X
预应力为108N
讨论:为什么会出现这样的差异?
4.3: 谐响应分 析
第一节 谐响应分析的目的
简谐激励
转子 机械损伤 污染物堆积 轴弯曲 轴孔偏离中心
风扇 机械损伤 污染物堆积 轴孔偏离中心
齿轮 机械损伤 轴孔偏离中心
什么是谐响应分析?
确定一个结构在已知频率的正弦(简谐)载荷作用下结构
响应的技术。 输入: 已知大小和频率的谐波载荷(力、压力和强迫位移); 同一频率的多种载荷,可以是同相或不同相的。 输出: 每一个自由度上的谐位移,通常和施加的载荷不同相; 其它多种导出量,例如应力和应变等。
第二节 谐响应分析术语
谐波激励的下强迫运动
其中 F ( t ) 为谐波激励力
F(t)Fcost
F 外力幅值
外力的激励频率
受力分析: 振动微分方程:
F (t)
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