M1-动力学绪论.ppt

M1-1，目录， 第一章：动力学简介M1-4第一节动力学分析概述M1-6第二节动力学分析类型M1-9第三节基本概念和术语M1-14第四节动力学分析示例M1-33第二节：模态分析M2-1第一节模态分析概述M2-3第二节模态分析术语和概念M2-5第三节模态分析步骤M2-14第四节模态分析示例M2-33第五节预应力模态分析M2-34第六节模态M2-42第三节：谐波的循环对称性分析M3-1第1节谐波分析概述M3-3第2节术语和概念M3-6第3节谐波分析步骤M3-12第4节谐波分析示例M3-33、M1-2，目录(续)。 第4章：瞬态动力学分析M4-1第1节瞬态动力学分析概述M4-3第2节瞬态动力学分析术语和概念M4-5第3节瞬态动力学分析步骤M4-15第4节实例M4-49第5节：频谱分析M5-1第1节频谱分析概述M5-3第2节响应频谱分析M5-5第3节即时振动分析M5-28第6节：模态叠加M6-1第1节什么是模态叠加？M6-3第2节模式叠加步骤M6-5第3节模式叠加示例M6-23、M1-3，第1章，动力学简介，M1-4，第1章，动力学简介，第1节，动力学分析的定义和目的第2节，动力学分析的不同类型第3节，基本概念和术语第4节，动力学分析的示例，M1-5，第1节，动力学的定义和目的，什么是动力学分析？当惯性(质量效应)和阻尼起重要作用时，动态分析是一种用于确定结构或部件动态特性的技术。“动态特性”可指以下一种或多种类型的：振动特性-(结构振动模式和振动频率)时变载荷的影响(如对结构位移和应力的影响)、周期性(振动)或随机载荷影响、M1-6、动态定义和目的(续)。静态分析可以确保结构能够承受稳定的载荷条件，但这些远远不够，尤其是当载荷随时间变化时。著名的美国马海峡吊桥于1940年11月7日倒塌，也就是说，就在它建成后的四个月，当时它承受着风速为每小时42英里的稳定载荷。M1-7，动力学的定义和目的(续)。动力分析通常分析以下物理现象：振动如旋转机械引起的振动冲击如汽车碰撞、锤击交变力如各种曲轴和其他旋转机械以及其他地震载荷如地震、冲击波和其他随机振动如火箭发射、道路运输等。上述每一种情况都是由一种特定类型的动态分析来处理的，M1-8，第二节动力学：型动态分析，请看下面的例子：在运行中，当汽车排气管总成的固有频率与发动机的固有频率相同时，它可能是分散的。那么，如何避免这种结果呢？承受应力(或离心力)的涡轮叶片将呈现不同的动态特性。如何解释这一现象？答：进行模态分析以确定结构的振动特性，M1-9型动力分析(续)，汽车防撞护栏应能承受低速冲击。网球排框架的设计应能承受网球的冲击，但会发生轻微弯曲。解决方案：进行瞬态动力分析，计算结构对时变载荷的响应，M1-10，动力分析类型(续)。旋转机械在轴承和支撑结构上施加稳定的交变力。这些力会在不同的转速下引起不同的偏转和应力。解决方案：进行谐波分析，以确定结构对稳定谐波载荷的响应。M1-11。位于地震易发区的房屋框架和桥梁的设计应能承受地震荷载要求。解决方案：进行频谱分析，以确定结构对地震荷载的影响。承蒙：美国地质调查，动力分析类型(续)，M1-12，航天器和飞机部件必须能够承受一段时间的可变频率随机载荷。解决方法：进行随机振动分析，确定结构对随机振动的影响。第：章，动态动力学分析类型(续)，M1-13章，动力学的基本概念和术语，第：章，讨论的问题，质量矩阵阻尼，M1-14章，动态基本概念和术语，运动方程建模中要考虑的一般运动方程解。一般运动方程如下：不同的分析类型对该方程的不同形式进行模态分析：F(t)设置为零，而矩阵C通常被忽略；谐波响应分析：假设F(t)和u(t)都是谐波函数，如Xsin(wt)，其中x是振幅，w是频率，单位为弧度/秒；瞬态动力学分析：方程保持上述形式。M1-15，动力学-运动方程的基本概念和术语(续)，其中：M=结构质量矩阵C=结构阻尼矩阵K=结构刚度矩阵F=负载随时间变化的函数u=节点位移向量 n=节点速度向量 n=节点加速度向量，M1-16，动力学-基本概念和术语求解方法，如何求解一般运动方程？两种主要方法：模态叠加法直接积分法模态叠加法根据固有频率和振型将完全耦合的一般运动方程转化为一组独立的非耦合方程，可用于瞬态动力分析和谐响应分析。参见第6章，M1-17，动态-基本概念和术语解决方法(续)。直接积分法直接求解简谐响应分析中的运动方程，因为载荷和响应被假定为简谐函数。因此，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来写和求解的。对于瞬态动力学，运动方程保持为时间的函数，可以用显式或隐式方法求解。M1-18，动力学-基本概念和术语解决方法(续)。显式解法也称为封闭解法或预测解法。积分时间步长Dt必须很小。然而，解决问题的速度非常快(不存在收敛问题)，并且可以通过Apollo传播。冲击载荷和高度非线性问题的ANSYS-LS/DYNA使用这种方法，这里不介绍。显式解法也可以成为开放解法或修正解法。积分时间步长Dt可以更大，但是方程求解时间更长(因为收敛问题)。除了Dt必须很小的问题外，对大多数问题有效的ANSYS采用纽马克时间积分法、M1-19、动力学基本概念和术语解法(续)。显式方法的当前时间点的位移ut由包含时间点t-1的方程导出。条件稳定性：如果Dt超过结构最小周期的某个百分比，计算的位移和速度将无限增加隐式方法当前时间点的位移ut。由包含时间点t的方程导出的无条件稳定量：Dt仅受精度条件控制，不稳定。M1-20，动力学-建模中要考虑的基本概念和术语问题，几何形状和啮合材料特性各种非线性几何形状和啮合：通常与静态分析中要考虑的相同。应包括完整描述模型几何形状所需的详细信息。应在应力结果相关的区域进行详细的网格划分。仅考虑位移结果时，粗略网格划分可能就足够了，M1-21，动力学-建模方面要考虑的基本概念和问题(续)，材料属性：需要定义杨氏模量和密度，使用英制单位时请记住使用一致的单位，对于密度，定义质量密度而不是重力密度：质量密度=重力密度(lb/in3)/g(in/sec2)钢密度=0283/386=73x10-4lb-sec2/in4，M1-22，动力学-基本概念和问题):仅在完全瞬态动力学分析中允许。在所有其他动态类型(如模态分析、谐波分析、频谱分析和简化模态叠加瞬态分析)中，非线性问题被忽略，也就是说，初始非线性状态将在整个非线性求解过程中保持不变。M1-23，1，2，BEAM 3，动力学-基本概念和术语质量矩阵，质量矩阵M是动力学分析所必需的，此M质量矩阵有两种类型M:均匀质量矩阵和集中质量矩阵。对于二维梁单元BEAM3，其质量分布矩阵和集中质量矩阵如下所示：M1-24，动力学-基本概念和术语质量矩阵(续)，均匀质量矩阵由单位形式函数计算；是大多数设备的默认选项；有些元素有一种特殊形式的质量矩阵，称为简化质量矩阵，其中对应于旋转自由度的元素被设置为零。集总质量矩阵的质量被单元的每个节点等分，并且非对角元素都为零。通过分析选项激活。M1-25，动力学-基本概念和术语质量矩阵(续)，应该使用哪个质量矩阵？对于大多数分析，一致的质量矩阵是默认设置；如果结构在一个方向上的尺寸比其他两个方向上的尺寸小，则可以使用简化的质量矩阵(如果可能的话)或集中质量矩阵，例如细长梁或非常薄的壳体；集中质量矩阵的传播问题。，M1-26，动力学-基本概念和术语阻尼，什么是阻尼？阻尼是一种能量耗散机制，它使振动随时间减弱，最终停止阻尼。这些值主要取决于材料、运动速度和振动频率阻尼。阻尼可分类如下：粘性阻尼滞后或固体阻尼库仑或干摩擦阻尼，M1-27，动力学-基本概念和术语阻尼(续)。粘性阻尼粘性阻尼通常发生在物体在液体中移动时，因为阻尼力与速度成正比。因此，在动力分析中要考虑的粘性阻尼比例常数称为阻尼常数。通常，阻尼比X(阻尼常数C与临界阻尼常数cc*之比)用于量化临界阻尼。临界阻尼定义为振荡和非振荡行为之间的阻尼极值。这里，对于质量为M、频率为W的单自由度弹簧质量系统，阻尼比=10*，cc=2mw。注意，对于螺栓或铆钉连接结构，阻尼比x=:为2%至15%，m1-28，动力学-基本概念和术语阻尼(续)，滞后和固体阻尼是材料的固有特性，应在动态分析中予以考虑。理解还不是很透彻。因此，很难定量地确定在干燥表面上滑动的库仑或干摩擦阻尼物体产生的阻尼力与垂直于表面的力成比例。摩擦系数动态分析中通常不考虑比例常数m。M1-29，动力学-基本概念和术语阻尼(续)，ANSYS允许上述所有三种形式的阻尼通过规定的阻尼比x，瑞利阻尼常数a(稍后讨论)。或者用阻尼矩阵定义元素，可以考虑粘性阻尼。滞后或固体阻尼可以通过指定另一个瑞利阻尼常数b(稍后讨论)来考虑。库仑阻尼可通过指定具有摩擦特性的接触面元件和间隙元件来考虑(此处未讨论，见ANSYS结构分析指南)，M1-30，动力学-基本概念和术语阻尼(续)。瑞利阻尼常数a和b用作矩阵M和K的乘数，以计算C:C=aM bKa/2w bw/2=x，其中w是频率，x是阻尼比x无法定义时的阻尼比，这两个阻尼常数a是粘性阻尼分量，b是磁滞或固体或刚度阻尼分量，M1-31，动力学-基本概念和术语阻尼(续)。阻尼也可以称为质量阻尼。只有当粘度阻尼是主要因素时，才指定该值。例如，如果在分析各种水下物体、减震器或承受风阻力的物体时忽略了B阻尼，则可以通过已知值X(阻尼比)和已知频率W: a=2xw来计算A。因为只允许一个A值，所以选择最重要的响应频率来计算A，a=3，1，2，05，M1-32，动力学-基本概念和阻尼项(续)。b阻尼也可称为结构阻尼或刚度阻尼。阻尼是大多数材料的固有特性。b阻尼指定每种材料(作为材料特性阻尼)，或作为单一的总值。如果忽略阻尼，B可以通过已知的X(阻尼比)和已知的频率w来计算：b=2x/w选择最重要的响应频率来计算B，b=0004，0003，0001，0002，M1-33，动力学-基本概念和项阻尼(续)，定义A和B的阻尼：使用等式A/2BW/