模态与瞬态动力学分析

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1、用来确定惯性效应和阻尼效应起重要作用时结构或构件的动力学特性和响应。“动力学特性”可能指的是下面的一种或几种类型:振动特性-（结构振动方式和振动频率）随时间变化载荷的响应（例如：对结构位移和应力的响应）周期（振动）或随机载荷的响应结构动力学分析动力学分析的意义静力分析也许能确保一个结构可以承受稳定载荷的条件，但这些还远远不够，尤其在载荷随时间变化时更是如此。著名的美国塔科马海峡吊桥（GallopingGertie）在1940年11月7日，也就是在它刚建成4个月后，受到风速为42英里/小时的平稳载荷时发生了倒塌。动力学分析通常分析

2、下列物理现象:振动–模态分析，如由于旋转机械引起的振动冲击-瞬态动力学分析，如汽车碰撞，锤击交变作用力–谐分析，如各种曲轴以及其它回转机械等地震载荷–谱分析，如地震，冲击波等随机振动-随机振动分析，如火箭发射，太空船和飞机等模态分析模态分析是用来确定结构的振动特性的一种技术：自然频率振型振型参与系数（即在特定方向上某个振型在多大程度上参与了振动）模态分析是所有动力学分析的基础和前提。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；有助于在其它动力分析

3、中估算求解控制参数（如时间步长）。模态分析步骤模态分析中的四个主要步骤：建模(与静力分析一样)选择分析类型和分析选项施加边界条件并求解评价结果建模：需要杨氏模量和密度,必须定义密度只能使用线性单元和线性材料，非线性性质将被忽略有关建模要考虑的因素与静力分析一致选择分析类型和选项选择分析类型和选项：进入求解器并选择模态分析模态提取选项*模态扩展选项*其它选项*典型命令：/SOLUANTYPE，MODAL选择分析类型和选项（接上页）模态提取选项：方法：建议对大多数情况使用BlockLanczos法振型数目：必须指定（缩减法除外）频率

4、范围：缺省为全部，但可以限定于某个范围内（FREQBtoFREQE）选择分析类型和选项（接上页）模态扩展：对于缩减法而言，扩展意味着从缩减振型中计算出全部振型；对于其它方法而言，扩展意味着将振型写入结果文件中；如果想进行下面任何一项工作，必须扩展模态：在后处理中观察振型；计算单元应力；进行后继的频谱分析。典型命令：MXPAND，...施加边界条件并求解位移约束：施加必需的约束来模拟实际的固定情况；除位移约束之外的其他载荷将被忽略；不允许有非零位移约束。施加边界条件并求解（接上页）位移约束（接上页）：对称边界条件只产生对称的振型，

5、所以将会丢失一些振型。对称边界反对称边界完整模型观察结果列出自然频率：在通用后处理器菜单中选择“ResultsSummary”；注意，每一个模态都保存在单独的子步中。进入通用后处理器POST1列出各自然频率观察振型观察模态应力观察结果（接上页）观察振型：首先采用“FirstSet”、“NextSet”或“ByLoadStep”然后绘制模态变形图：shape：GeneralPostproc>PlotResults>DeformedShape…注意图例中给出了振型序号（SUB=）和频率（FREQ=）。观察结果（接上页）观察振型（接上

6、页）：振型可以制作动画：UtilityMenu>PlotCtrls>Animate>ModeShape...观察结果（接上页）模态应力：如果在选择分析选项时激活了单元应力计算选项，则可以得到模态应力应力值并没有实际意义，但如果振型是相对于单位矩阵归一的，则可以在给定的振型中比较不同点的应力，从而发现可能存在的应力集中。模态分析实例-----飞机机翼的模态分析参数:E=30GPa，v=0.26，DENS=1580kg/m3A(0,0),B(2,0),C(2.5,0.2),D(1.8,0.45),E(1.1,0.3)飞机机翼的有限元

7、模型飞机机翼的前5阶固有频率飞机机翼的前4阶模态图飞机机翼的模态应力瞬态动力学分析什么是瞬态动力学分析?它是确定随时间变化载荷（例如爆炸）作用下结构响应的技术；输入数据：作为时间函数的载荷输出数据：随时间变化的位移和其它的导出量，如：应力和应变。瞬态动力分析可以应用在以下设计中：承受各种冲击载荷的结构，如：汽车中的门和缓冲器、建筑框架以及悬挂系统等；承受各种随时间变化载荷的结构，如：桥梁、地面移动装置以及其它机器部件；承受撞击和颠簸的家庭和办公设备，如：移动电话、笔记本电脑和真空吸尘器等。运动方程用于瞬态动力分析的运动方程和通用

8、运动方程相同；这是瞬态分析的最一般形式，载荷可为时间的任意函数；按照求解方法，ANSYS允许在瞬态动力分析中包括各种类型的非线性-大变形、接触、塑性等等。瞬态分析步骤五个主要步骤：建模---记住要输入密度！选择分析类型和选项规定边界条件和初始条件施加时间历程载荷