ANSYS结构动力学分析报告

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1、2021/7/241ANSYS结构动力学分析北京工大建工学院2021/7/242目录第一章:动力学绪论第二章:模态分析第三章:谐分析第四章:瞬态动力学分析第五章:谱分析第六章:模态叠加2021/7/243第一章动力学绪论主要内容:动力学分析的定义和目的动力学分析的不同类型基本概念和术语重点掌握:动力学分析目的与分析类型2021/7/244第一节动力学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”指的可以是下面的一种或几种类型:随时间

2、变化载荷的效应（例如：对结构位移和应力的效应）振动特性（结构振动方式和振动频率）周期（振动）或随机载荷的效应2021/7/245静力分析虽是确保一个结构可以承受稳定载荷的条件，但仅此还远远不够，尤其在载荷随时间变化时更是如此。如著名的美国塔科马海峡吊桥（GallopingGertie）于1940年11月7日在受到风速为42英里/小时的平稳载荷时发生了倒塌,此时它刚建成仅4个月。2021/7/246动力学分析的目的是什么?可以说,目的在于分析诸如下列物理现象对结构的不利影响程度并校核其安全性:振动-如由于旋转机械

3、引起的振动冲击-如汽车碰撞，锤击交变作用力-如各种曲轴以及其它回转机械等地震载荷-如地震，冲击波等随机振动-如火箭发射，道路运输等上述每一种情况都由一个特定的动力学分析类型来处理2021/7/247第二节:动力学分析类型类型1:在桥梁结构中，当桥梁结构的固有频率与行进汽车发动机的固有频率相同时，就有可能发生共振而使结构受损。那么，怎样才能避免这种结果呢?受应力（或离心力）作用的涡轮叶片会表现出不同的动力学特性，如何解释这种现象呢?处理办法：进行模态分析来确定结构的振动特性2021/7/248类型2:-汽车防撞挡

4、板是否能承受得住低速冲击.-一个网球拍框架如何设计得既能承受网球的冲击，又能容许其稍稍发生弯曲.解决办法：进行瞬态动力学分析来计算结构对随时间变化载荷的响应2021/7/249类型3:-回转机器对轴承和支撑结构施加稳态的、交变的作用力，如何分析这些作用力随着旋转速度的不同所引起的不同的偏转应力.解决办法：进行谐分析来确定结构对稳态简谐载荷的响应2021/7/2410类型4:-如何使位于地震多发区的房屋框架和桥梁设计满足能够承受地震载荷的要求.解决办法：进行谱分析来确定结构对地震载荷的影响2021/7/2411类

5、型5:-如何分析太空船和飞机的部件是否一定能够承受持续一段时间的变频率随机载荷作用。解决办法：进行随机振动分析来确定结构对随机震动的影响2021/7/2412第三节:基本概念和术语动力学分析中的几个最基本的问题:通用运动方程求解方法建模要考虑的因素质量矩阵阻尼2021/7/2413通用运动方程其中:[M]=结构质量矩阵[C]=结构阻尼矩阵[K]=结构刚度矩阵{F}=随时间变化的载荷函数{u}=节点位移矢量{ů}=节点速度矢量{ü}=节点加速度矢量2021/7/2414二求解方法不同分析类型是对这个方程的不同形式

6、进行求解:-模态分析：可设定F（t）为零，而矩阵[C]通常被忽略；-谐响应分析：可假设F（t）和u（t）都为谐函数，例如Xsin（ωt）,其中，X是振幅，ω是单位为弧度/秒的频率；-瞬间动态分析：方程保持上述的形式。2021/7/2415如何求解通用运动方程?两种主要方法：模态叠加法直接积分法模态叠加法-按自然频率和模态将完全耦合的通用运动方程转化为一组独立的非耦合方程.-可以用来处理瞬态动力学分析和谐响应分析.2021/7/2416直接积分法直接求解运动方程.在谐响应分析中，因为载荷和响应都假定为谐函数，所以

7、运动方程是以干扰力频率的函数而不是时间的函数的形式写出并求解的.对于瞬态动力学，运动方程保持为时间的函数，并且可以通过显式或隐式的方法求解.2021/7/2417显式求解方法也称为闭式求解法或预测求解法.积分时间步Dt必须很小，但求解速度很快（没有收敛问题）.可用于波的传播，冲击载荷和高度非线性问题当前时间点的位移{u}t由包含时间点t-1的方程推导出来.有条件稳定:如果Dt超过结构最小周期的确定百分数,计算位移和速度将无限增加.2021/7/2418隐式求解法也可成为开式求解法或修正求解法积分时间步Dt可以较

8、大，但方程求解时间较长（因为有收敛问题）除了Dt必须很小的问题以外，对大多数问题都是有效的.当前时间点的位移{u}t由包含时间点t的方程推导出来.无条件稳定:Dt的大小仅仅受精度条件控制,无稳定性。2021/7/2419三建模要考虑的问题几何形状和网格划分材料性质各种非线性几何形状和网格划分:一般同于静态分析要考虑的问题要包括能充分描绘模型几何形状所必须的详细资料在关心应力结果的区域应