結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析實(shí)例

2013-06-05 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

目前來說,工程機(jī)械上的載荷有很大部分是隨時(shí)間變化的,所以嚴(yán)格意義上都要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力分析,才能真實(shí)地反映結(jié)構(gòu)的使用情況。結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析一般包括:

1 模態(tài)分析

2 強(qiáng)迫振動(dòng)

3 瞬態(tài)響應(yīng)

4 隨機(jī)振動(dòng)

下面對(duì)上述四方面簡要介紹一下。

1 模態(tài)分析

模態(tài)分析是動(dòng)力學(xué)分析的基礎(chǔ),包括頻率、振型求解。眾所周知,系統(tǒng)的頻率只與剛度和質(zhì)量有關(guān),所以在建模的時(shí)候應(yīng)避免將諸如配重、電器室、司機(jī)室、電機(jī)等固定質(zhì)量用固定載荷描述,而應(yīng)采用質(zhì)量單元描述;另外,鋼結(jié)構(gòu)之間的連接板、聯(lián)系梁等對(duì)結(jié)構(gòu)的局部剛度也有影響,在建模時(shí)應(yīng)注意。

圖1是某鋼結(jié)構(gòu)第8階模態(tài)圖,圖2是其前10階頻率。

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2 強(qiáng)迫振動(dòng)

強(qiáng)迫振動(dòng)是一種普遍的動(dòng)力現(xiàn)象,其分析計(jì)算的核心在于強(qiáng)迫載荷的確定,包括載荷的頻率和振幅,為了便于闡述方法,在此只介紹簡諧激勵(lì)所造成的強(qiáng)迫振動(dòng)。強(qiáng)迫振動(dòng)分析的主要目的在于研究載荷和結(jié)構(gòu)的相互耦合關(guān)系,如果載荷的頻率在結(jié)構(gòu)固有頻率附近(也就是說二者耦合),則結(jié)構(gòu)在很小的載荷激勵(lì)下其位移和加速度足以能破壞結(jié)構(gòu),下面以一個(gè)例子簡述。

如圖3所示,簡諧激勵(lì)作用在頭部,首先求該結(jié)構(gòu)豎直方向自振頻率為3.75Hz,分兩種情況分別計(jì)算:

(a) 振幅1953N;頻率為1.95Hz,遠(yuǎn)離自振頻率

(b) 振幅1953N;頻率為3.75Hz,與自振頻率相同

當(dāng)載荷頻率為3.75Hz時(shí),點(diǎn)(1)在豎直方向的振動(dòng)位移幅值為:19.7mm。而當(dāng)載荷頻率為1.95Hz時(shí),點(diǎn)(1)在豎直方向的振動(dòng)位移幅值為:0.77mm。

3 瞬態(tài)響應(yīng)

瞬態(tài)響應(yīng)是系統(tǒng)在某一典型信號(hào)(譬如階躍信號(hào))輸入作用下,其系統(tǒng)輸出量從初始狀態(tài)到穩(wěn)定狀態(tài)的變化過程,可以得到模型任一節(jié)點(diǎn)的位移和應(yīng)力等隨時(shí)間的變化情況。瞬態(tài)響應(yīng)也稱動(dòng)態(tài)響應(yīng)或過渡過程或暫態(tài)響應(yīng),反映了結(jié)構(gòu)的剛度、阻尼等信息。圖5-圖6是在階躍信號(hào)激勵(lì)下的結(jié)構(gòu)的反力譜。

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4 隨機(jī)振動(dòng)

在地震、風(fēng)、冰、浪等帶有非常明顯隨機(jī)特征的載荷作用下的結(jié)構(gòu)分析應(yīng)采用隨機(jī)振動(dòng)的方法,但是載荷隨時(shí)間的變化規(guī)律十分復(fù)雜,因此要采用載荷譜來進(jìn)行計(jì)算,載荷譜包含了載荷的幅值、頻率等信息。

下圖是某結(jié)構(gòu)的地震分析算例。

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