在ansys結構分析的應用上

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1、第15章結構動力分析385第15章結構動力分析的參數設定StructuralDynamicAnalysis在這之前我們已經做過了一些簡單的動力分析（譬如Sec.4.6），這一章我們要更進一步地來介紹動力分析的一些基本觀念，了解這些基本觀念才能適當地設定ANSYS動力分析所需要的參數。本章雖然針對結構動力分析討論，但是大部份的觀念可以推廣至其他領域的分析。在本章的第1節中，我們再一次來討論動力分析的幾種類別：transientanalysis、modalanalysis、及harmonicresponseanalysis（其他還有spectrumanalysis、randomvibra

2、tionanalysis等較少應用的類別則不在本章範圍內），這三種動力分析我們曾分別在Sections4.2.2、4.2.4、及4.2.5初步介紹過。第2節針對這三種動力分析的解題方法（solutionmethods）做一介紹。基本上動力分析是在解一組二階的聯立微分方程式（asystemofsimultaneoussecond-orderdifferentialequations），其解法包括了：直接積分法（directintegration）、modelsuperposition、及reducemethod等；直接積分法又有implicitmethod及explicitmethod

3、之分。了解這些方法的基本觀念有助於對ANSYS動力分析所需要的參數的理解。從力平衡的觀念來看，結構係由四種力量構成動力平衡：慣性力、阻尼力、彈性力、及作用的外力，我們可以用4.1式來代表這個關係。在4.1式中，結構的質量[M]、阻尼[C]、及勁度[K]代表結構物內在的特徵，相對地外力{F}第15章結構動力分析385是非屬於結構內在的量。結構勁度在這之前我們已經討論很多，結構的質量及阻尼則相對地較陌生，本章第3節針對結構的質量及阻尼做一討論，尤其是與ANSYS應用有關的觀念。為了避免太多的觀念介紹而缺乏具體的實際分析工作，我們在第4節先以一個實例來讓讀者有較具體的體會。歷經第4節的實例

4、後，你會發現動力分析和靜力分析的相異之處除了多考慮結構質量及阻尼外，還是有其他更多的複雜性存在，後續3節分別對其中幾個重要觀念做一介紹。第5節介紹如何輸入動態的負載（dynamicloads）；第6節討論如何輸入初始條件（initialconditions）；第7節則討論積分時間間隔（integrationtimestep）輸入時的注意事項。第8節以一個練習題來結束這一章的討論。第15.1節何謂動力分析391第15.1節何謂動力分析？WhatAreDynamicAnalyses?什麼是動力分析？最清楚的（雖然並不一定是最容易了解的）的定義應該是從力平衡的觀念著手：當inertiafo

5、rce或dampingforce足夠大，而必須考慮在力平衡方程式裡面時，我們就必須要進行一動力分析。我們知道靜力平衡方程式(2.17)代表外力{F}及結構的彈性力[K]{D}之間的平衡關係。如果inertiaforce及dampingforce足夠大到必須加以考慮時，那麼力平衡方程式必須寫成(4.1)其中[M]{}代表inertiaforce而[C]{}代表dampingforce，這兩個效應合在一起稱為動力效應（dynamiceffects）。接下來的問題只剩下：什麼時侯dynamiceffects要考慮在力平衡方程式中？什麼時侯dynamiceffects才稱為「足夠大」呢？一個

6、最保險的方法是：永遠不要忽略dynamiceffects（亦即進行動力分析）；或者是靜力分析及動力分析各做一次，當兩次分析的結果差異在可接受範圍時（譬如1%之內、或5%之內），即表示dynamiceffects是可以忽略的，反之則是不可忽略的。實際的工程分析常常不需要耗費太多時間做這樣的實驗，我們應該有更簡單的法則來決定是否需要考慮動力效應。從4.1式來看就會很清楚，就是{}或{}第15.1節何謂動力分析391夠大時，動力效應就必須要考慮了；也就說整個結構的變形速度、或變形的加速度很快時就必須要考慮動力效應了。注意，結構的變形速度很緩慢時，加速度通常也是很小的，由此我們的初步結論是：

7、結構的變形速度很快時才需要考慮動力效應。那麼多快才算很快呢？一般而言我們可以用該結構的基本自然頻率（fundamentalnaturalfrequency，亦即最低的共振頻率）來做基準。當結構做反覆變形時，其變形的頻率小於結構的基本自然頻率的1/3時，我們可能還不需要考慮動力效應[Ref.3,Sec.9.1]。15.1.1TransientDynamicAnalysis當我們將問題寫成Eq.4.1的形式，而直接去解這個方程式時，稱為Transientdyn