有限元-动力学分析

有限元的分析-动力学分析动力学分析特点动载荷和静载荷的区别在于动载荷与时间有关，结构上相应的位移、应力、应变不仅随空间位置变化，也随时间变化。动力学要解决的问题主要是两点：寻求结构的固有频率和主振型，从而了解结构的振动特性，以便更好的利用或减小振动。分析结构的动力响应特性，计算结构振动时的动力响应和动位移的大小及其变化规律现在动力学分析的软件很多，比较常用的是ADAMS,ANSYS和ADAMS有标准接口的。加载和求解ANSYS可以求解7种不同类型的分析，分别是：1)静态分析：(Static)2)瞬态分析：(Transient)3)谐振态分析:(Harmonic)4)模态分析:(Modal)5)频谱分析:(Spectrum)6)屈曲分析:(EigenBuckling,Eigen(固有的),Buckling(弯曲))7)子结构分析(Substructuring)并非所有类型的计算都可以分为这几种状态，比如热分析就没有就没有模态分析。静态分析结构静力分析是有限元方法中最常用的一个应用领域。在相当长的一段时间内，机械结构的设计，主要采用经验设计，计算模型非常简单、粗糙，有的还根本无法计算。我们大部分的计算分析目的主要是1)结构的最优方案设计：根据计算结果的分析和比较，按强度、刚度和稳定性要求，对原方案进行修改补充，从而保证合理的应力。2)分析结构损害原因：当结构件在工作中发生故障如裂纹、断裂、磨损过大等缺陷时，可应用有限元分析，研究损害原因，找出危险区域和部位，直到找到合理结构。瞬态分析(Transient)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。瞬态分析阻力和阻尼的区别？阻力和阻尼的区别1.阻尼的外延大，阻力的外延小2.系统的能量的减小——阻尼振动不都是因“阻力”引起的，就机械振动而言，一种是因摩擦阻力生热，使系统的机械能减小，转化为内能，这种阻尼叫摩擦阻尼；另一种是系统引起周围质点的震动，使系统的能量逐渐向四周辐射出去，变为波的能量，这种阻尼叫辐射阻尼。3.阻尼、临界阻尼、欠阻尼、无阻尼4.力学中的阻尼是什么？电学中的阻尼是什么？1.为何傅里叶变换要换成正弦函数余弦函数这样的三角级数？2.谐振运动的特征是什么？谐振运动有阻尼存在吗？梁结构瞬态动力学分析实例AsteelbeamoflengthandgeometricpropertiesshowninProblemSpecificationsissupportingaconcentratedmass,m.ThebeamissubjectedtoadynamicloadF(t)witharisetimetrandamaximumvalueF1.Iftheweightofthebeamisconsideredtobenegligible,determinethetimeofmaximumdisplacementresponsetmaxandtheresponseymax.Alsodeterminethemaximumbendingstressσbendinthebeam.瞬态分析瞬态动力学分析比静力学分析更复杂，因为按“工程”时间计算，瞬态动力学分析通常要占用更多的计算机资源和更多的人力。瞬态动力学分析可采用三种方法：完全（Full）法、缩减（Reduced）法及模态叠加法。完全法采用完整的系统矩阵计算瞬态响应（没有矩阵缩减）。它是三种方法中功能最强的，允许包括各类非线性特性（塑性、大变形、大应变等）。缩减法通过采用主自由度及缩减矩阵压缩问题规模。在主自由度处的位移被计算出来后，ANSYS可将解扩展到原有的完整自由度集上。缩减法的优点是比完全法快且开销小。缩减法的缺点是初始解只计算主自由度的位移，第二步进行扩展计算，得到完整空间上的位移、应力等。模态叠加法通过对模态分析得到的振型（特征值）乘上因子并求和来计算结构的响应模态分析一般而言，模态分析就是分析器件的谐振频率。模态分析是谐响应分析、瞬态动力学分析、谱分析的起点。任何物体都有自身的固有频率，也称特征频率，用系统方程描述后就是矩阵的特征值。很多工程问题都要涉及系统特征频率问题，一个目的是防止共振、自激振荡之类的事故发生，历史上有名的事件就是，步兵按统一步伐过大桥，结果把大桥震塌了。飞机翅膀的频率分析的用途？飞机飞行时更要注意频率问题，避免与气流共振，风洞试验就是测试这种力学结构问题。模态分析的目的是想办法提高结构的特征频率,现在的手段就是改变、优化设计尺寸和设法减小结构的质量。模态分析-固有频率楼房的固有频率，不同形状结构建筑物做“垂直”方向振动以及“水平”方向振动的固有频率房屋的固有频率与房屋结构有关，不同的结构固有频率相差甚大。比如钢结构，砖混结构，混凝土框架结构，框剪结构，剪力墙结构，..............一般情况可以根据《建筑结构荷载规范》提供的经验公式估计结构的第一周期。一般建筑物是一个比较复杂的结构体系，振型比较多。分析中需要做一些简化处理，需要一些假定,工程中有时候可以用一些近似的经验公式来估计。一般情况，建筑物的第一周期的估算：1、钢结构：T1=(0.10~0.15)n2、钢筋混凝土结构：T1=(0.05~0.10)nn为建筑层数1.电路分析的模态分析？2.什么是一阶电路、二阶电路？对应于机械的振动的一阶和二阶？机翼的模态分析Thisisamodalanalysisofawingofamodelplane.Thewingisofuniformconfigurationalongitslength,anditscross-sectionalareaisdefinedtobeastraightlineandaspline,asshown.Itisheldfixedtothebodyononeendandhangsfreelyattheother.Theobjectiveoftheproblemistodemonstratethewing'smodaldegreesoffreedom.谐响应分析谐响应分析主要用于分析持续的周期载荷在结构中产生的持续周期响应，以及确定线性结构承受随时间按正弦规律变化的载荷时的稳态响应。建立模型时必须指定弹性模量和材料密度，谐响应分析假定所施加的所有载荷随时间按简谐规律变化，一个简谐载荷需要三条信息：幅值、相位角、载荷频率范围。谐响应分析实例Harmonicresponseanalysisisatechniqueusedtodeterminethesteady-stateresponseofalinearstructuretoloadsthatvarysinusoidally(harmonically)withtime.Theideaistocalculatethestructure'sresponseatseveralfrequenciesandobtainagraphofsomeresponsequantity(usuallydisplacements)versusfrequency.Peakresponsesarethenidentifiedonthegraphandstressesreviewedatthosepeakfrequencies谱分析谱分析是一种将模态分析结果与已知的谱分析联系起来的计算位移和应力的分析技术。它主要用于时间历程分析，以便确定结构在任意时间变化载荷下的动力学响应，简单而言就是载荷的谱不再是简谐运动。简支梁的两端作垂直运动，也就是地震时的作用，确定其响应频率。梁对地基地震时的谱分析Asimplysupportedbeamoflength,massperunitlengthm,andsectionpropertiesshowninProblemSpecifications,issubjectedtoaverticalmotionofbothsupports.Themotionisdefinedintermsofaseismicdisplacementresponsespectrum.Determinethenodaldisplacements,reactionsforces,andtheelementsolutions.屈曲分析(EigenBuckling)对于稳定性，一般要进行屈曲分析分析(Buckle)。屈曲的定义：屈曲分析是一种用于确定结构开始变得不稳定的临界载荷和屈曲模态形状(结构发生屈曲响应时的特征形状)的技术中提供两种屈曲载荷和屈曲模态分析：非线性屈曲分析和特征值(线性)屈曲分析。稳定分析理论上轴心受压件失稳后，挠度增加时载荷还略有增加，大挠度理论表明，载荷的增加量而挠度的增加量非常大，这样产生附加弯矩，在压力和弯矩的共同作用下，截面边缘开始屈服，随着塑性的发展达到失效。Determinethecriticalbucklingloadofanaxiallyloadedlongslenderbaroflengthwithhingedends.Thebarhasacross-sectionalheighth,andareaA.Onlytheupperhalfofthebarismodeledbecauseofsymmetry.Theboundaryconditionsbecomefree-fixedforthehalf-symmetrymodel.ThemomentofinertiaofthebariscalculatedasI=Ah2/12=0.0052083in4.