动力学01_简介.ppt

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1、第一章动力学分析简介第一章:动力学简介第一节:动力学分析的定义和目的第二节:动力学分析的类型第三节:基本概念和术语第四节:简单动力学分析实例动力学第一节: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）和阻尼起重要作用时的结构或构件动力学特性的技术。“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）随时间变化载荷的效应（例如：对结构位移和应力的效应）周期（振动）或随机载荷的效应动力学定义和目的（接上页）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（Gallopin

2、gGertie）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。动力学定义和目的（接上页）动力学分析通常分析下列物理现象:振动-如由于旋转机械引起的振动冲击-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动力学第二节:动力学分析类型请看下面的一些例子:在工作中，汽车尾气排气管装配体的固有频率与发动机的固有频率相同时，就可能会被震散。那么，怎样才能避免这种危险结果呢?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，该如何解

3、释和分析这种现象呢?答案：进行模态分析来确定结构的振动特性动力学动力学分析类型（接上页）回转机器对轴承和支撑结构施加稳态的、交变的作用力，这些作用力随着旋转速度的不同会引起不同的偏转和应力解决办法：进行谐响应分析来确定结构对稳态简谐载荷的响应动力学动力学分析类型（接上页）汽车防撞挡板可以承受低速撞击，但在较高速下撞击就可能变形一个网球拍架子应该设计得能承受网球的冲击并且允许发生轻微弯曲解决办法：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位于地震多发区的房屋框架和桥梁应该设计的能够使其满足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响应Courtesy:USGeolog

4、icalSurvey动力学动力学分析类型（接上页）太空船和飞机的部件必须能够承受持续一段时间的变频率随机载荷。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Courtesy:NASA动力学动力学分析类型（接上页）总之，动力学分析有下列类型：Courtesy:NASA动力学动力学分析类型（接上页）模态分析---确定结构的固有振动特性瞬态动力学分析---计算结构对随时间变化载荷的响应谐响应分析---确定结构对稳态简谐正旋载荷的响应谱分析---确定结构对地震载荷的响应随机振动分析---确定结构对随机震动的影响动力学第三节:基本概念和术语讨论的问题:通用运动方程求解方法建模要考虑的因素质量矩阵阻

5、尼动力学-基本概念和术语运动方程通用运动方程如下：不同分析类型对应求解不同形式的方程模态分析：设定F(t)为零，而矩阵[C]通常被忽略；谐响应分析：假设F(t)和u(t)都为谐函数，例如Xsin(wt)，其中，X是振幅，w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。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}=节点加速度矢量动力学-基本概念和术语求解方法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动力学-基本概念和术语求解方法（接上页）直接积分法直接求解运动方程在谐响应分析

6、中，因为载荷和响应都假定为谐函数，所以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模态叠加法确定结构的固有频率和模态，乘以正则化坐标，然后加起来用以计算位移解可以用来处理瞬态动力学分析和谐响应分析详见后面相关章节动力学-基本概念和术语求解方法（接上页）显式求解方法也称为闭式求解法或预测求解法不需要计算矩阵的逆可轻松处理非线性问题（无收敛问题）积分时间步Dt必须很小，但求解速度很快（没有收敛问题）对于短时间的瞬态分析有效，如用于波的传播，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

7、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ANSYS-LS/DYNA就是使用这种方法，此处不作介绍隐式求解法也称为开式求解法或修正求解法要求矩阵的逆非线性要求平衡迭代（存在收敛问题）积分时间步Dt可以较大，但因为有收敛问题而受到限制除了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