結構動力學,你了解多少?

2020-04-16     技術鄰CAE學院

在現實生活中,絕大多數物體受到的載荷並非一成不變的靜載荷,而是隨著時間、頻率等不斷發生變化的動載荷,結構動力學作為結構力學的一個分支,著重研究結構對於動載荷的響應(如位移、應力等的時間歷程),以便確定結構的承載能力和動力學特性,或為改善結構的性能提供依據。


從大橋因共振斷裂坍塌,建築物在地震中晃動,再到飛機因不穩定的氣流而產生顛簸,結構動力學問題在我們的生活中無處不在。研究結構對於動載荷的響應不僅能避免災難性破壞的發生,更能減小結構的振動,減少噪聲,為我們的生活帶來更多的舒適和便利。


結構動力學同結構靜力學的主要區別在於,它要考慮結構因振動而產生的慣性力和阻尼力;而同剛體動力學之間的主要區別在於,要考慮結構因變形而產生的彈性力。


在外加動載荷作用下,結構會發生振動,它的任一部分或者任意取出的一個微體,將在外載荷、彈性力、慣性力和阻尼力的共同作用下處於平衡狀態,通過位移及其導數來表示這種關係就得到運動方程。運動方程的建立、求解和分析,是結構動力學理論研究的基本內容。


ANSYS Mechanical 針對結構動力學問題提供了多種分析類型,使用戶能夠確定結構對於動載荷的響應,包括模態分析、諧響應分析、響應譜分析、隨機振動分析等。


模態分析用於確定結構的振動特性,即固有頻率和振型,它們是承受動態載荷結構設計中的重要參數。同時,也可以作為其它動力學分析問題的起點,例如瞬態動力學分析、諧響應分析和譜分析,其中模態分析也是進行譜分析或模態疊加法諧響應分析,或瞬態動力學分析所必需的前期分析過程。


諧響應分析:

是用於確定線性結構,在承受隨時間按正弦規律變化的載荷時的穩態響應的一種技術。分析的目的是計算出結構在幾種頻率下的響應,並得到一些響應值對頻率的曲線。從這些曲線上可以找到「峰值」響應,並進一步觀察峰值頻率對應的應力。


譜分析:

是一種將模態分析的結果與一個已知的譜聯繫起來,計算模型的位移和應力的分析技術。譜分析替代時間-歷程分析,主要用於確定結構對隨機載荷或隨時間變化載荷(如地震、風載、海洋波浪、噴氣發動機推力、火箭發動機振動等)的動力響應情況。


隨機振動分析:

是一種基於機率和統計上的譜分析技術。由於時間歷程的不確定性,不能選擇瞬態分析,因此,將統計樣本時間歷程轉變為功率譜密度函數 (PSD) ——一種載荷時間歷程的統計響應。隨機振動分析與實際產品的隨機振動試驗相對應。

文章來源: https://twgreatdaily.com/zh-cn/X5ZLhnEBnkjnB-0z0Uhg.html