關(guān)于有限元分析中動力學(xué)分析清單
引言
動力學(xué)分析特點：動載荷和靜載荷的區(qū)別在于動載荷與時間有關(guān)，結(jié)構(gòu)上相應(yīng)的位移、應(yīng)力、應(yīng)變不僅隨空間位置變化，也隨時間變化。
動力學(xué)要解決的問題主要是兩點：
尋求結(jié)構(gòu)的固有頻率和主振型，從而了解結(jié)構(gòu)的振動特性，以便更好的利用或減小振動。
分析結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)特性，計算結(jié)構(gòu)振動時的動力響應(yīng)和動位移的大小及其變化規(guī)律
現(xiàn)在動力學(xué)分析的軟件很多，比較常用的是ADAMS，Abaqus和ADAMS有標(biāo)準(zhǔn)接口的。
1、加載和求解：Abaqus可以求解7種不同類型的分析，分別是：
靜態(tài)應(yīng)力/位移分析：包括線性，材料和幾何非線性，以及結(jié)構(gòu)斷裂分析等
動態(tài)分析粘彈性/粘塑性響應(yīng)分析：粘塑性材料結(jié)構(gòu)的響應(yīng)分析
熱傳導(dǎo)分析；
質(zhì)量擴(kuò)散分析；
耦合分析(熱/力耦合，熱/電耦合，壓/電耦合，流/力耦合，聲/力耦合等)；
非線性動態(tài)應(yīng)力/位移分析；
瞬態(tài)溫度/位移耦合分析；
準(zhǔn)靜態(tài)分析；
退火成型過程分析；
海洋工程結(jié)構(gòu)分析；
水下沖擊分析；
但并非所有類型的計算都可以分為這幾種狀態(tài)，比如熱分析就沒有就沒有模態(tài)分析（熱的結(jié)構(gòu)是一個耗散的結(jié)構(gòu)）
2、靜態(tài)分析：結(jié)構(gòu)靜力分析是有限元方法中最常用的一個應(yīng)用領(lǐng)域。在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計，主要采用經(jīng)驗設(shè)計，計算模型非常簡單、粗糙，有的還根本無法計算。
我們大部分的計算分析目的主要是
結(jié)構(gòu)的最優(yōu)方案設(shè)計：根據(jù)計算結(jié)果的分析和比較，按強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性要求，對原方案進(jìn)行修改補(bǔ)充，從而保證合理的應(yīng)力。
分析結(jié)構(gòu)損害原因：當(dāng)結(jié)構(gòu)件在工作中發(fā)生故障如裂紋、斷裂、磨損過大等缺陷時，可應(yīng)用有限元分析，研究損害原因，找出危險區(qū)域和部位，直到找到合理結(jié)構(gòu)。
3、結(jié)構(gòu)靜力分析是有限元方法中最常用的一個應(yīng)用領(lǐng)域。在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計，主要采用經(jīng)驗設(shè)計，計算模型非常簡單、粗糙，有的還根本無法計算。
我們大部分的計算分析目的主要是結(jié)構(gòu)的最優(yōu)方案設(shè)計：根據(jù)計算結(jié)果的分析和比較，按強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性要求，對原方案進(jìn)行修改補(bǔ)充，從而保證合理的應(yīng)力。
分析結(jié)構(gòu)損害原因：當(dāng)結(jié)構(gòu)件在工作中發(fā)生故障如裂紋、斷裂、磨損過大等缺陷時，可應(yīng)用有限元分析，研究損害原因，找出危險區(qū)域和部位，直到找到合理結(jié)構(gòu)。
4、瞬態(tài)分析：瞬態(tài)動力學(xué)分析（亦稱時間歷程分析）是用于確定承受任意的隨時間變化載荷結(jié)構(gòu)的動力學(xué)響應(yīng)的一種方法?？梢杂盟矐B(tài)動力學(xué)分析確定結(jié)構(gòu)在穩(wěn)態(tài)載荷、瞬態(tài)載荷和簡諧載荷的隨意組合作用下的隨時間變化的位移、應(yīng)變、應(yīng)力及力。載荷和時間的相關(guān)性使得慣性力和阻尼作用比較重要。如果慣性力和阻尼作用不重要，就可以用靜力學(xué)分析代替瞬態(tài)分析。
5、阻力和阻尼的區(qū)別：①阻尼的外延大，阻力的外延??；②系統(tǒng)的能量的減小——阻尼振動不都是因“阻力”引起的，就機(jī)械振動而言，一種是因摩擦阻力生熱，使系統(tǒng)的機(jī)械能減小，轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，這種阻尼叫摩擦阻尼；另一種是系統(tǒng)引起周圍質(zhì)點的震動，使系統(tǒng)的能量逐漸向四周輻射出去，變?yōu)椴ǖ哪芰浚@種阻尼叫輻射阻尼；③阻尼、臨界阻尼、欠阻尼、無阻尼。
6、瞬態(tài)分析：瞬態(tài)動力學(xué)分析比靜力學(xué)分析更復(fù)雜，因為按“工程”時間計算，瞬態(tài)動力學(xué)分析通常要占用更多的計算機(jī)資源和更多的人力。
瞬態(tài)動力學(xué)分析可采用三種方法：完全（Full）法、縮減（Reduced）法及模態(tài)疊加法。
完全法采用完整的系統(tǒng)矩陣計算瞬態(tài)響應(yīng)（沒有矩陣縮減）。它是三種方法中功能最強(qiáng)的，允許包括各類非線性特性（塑性、大變形、大應(yīng)變等）。
縮減法通過采用主自由度及縮減矩陣壓縮問題規(guī)模。在主自由度處的位移被計算出來后，Abaqus可將解擴(kuò)展到原有的完整自由度集上?？s減法的優(yōu)點是比完全法快且開銷小?？s減法的缺點是初始解只計算主自由度的位移，第二步進(jìn)行擴(kuò)展計算，得到完整空間上的位移、應(yīng)力等。
模態(tài)疊加法通過對模態(tài)分析得到的振型（特征值）乘上因子并求和來計算結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。
7、模態(tài)分析：一般而言，模態(tài)分析就是分析器件的諧振頻率。模態(tài)分析是諧響應(yīng)分析、瞬態(tài)動力學(xué)分析、譜分析的起點。
任何物體都有自身的固有頻率，也稱特征頻率，用系統(tǒng)方程描述后就是矩陣的特征值。很多工程問題都要涉及系統(tǒng)特征頻率問題，一個目的是防止共振、自激振蕩之類的事故發(fā)生，歷史上有名的事件就是，步兵按統(tǒng)一步伐過大橋，結(jié)果把大橋震塌了。
飛機(jī)翅膀的頻率分析的用途？
飛機(jī)飛行時更要注意頻率問題，避免與氣流共振，風(fēng)洞試驗就是測試這種力學(xué)結(jié)構(gòu)問題。模態(tài)分析的目的是想辦法提高結(jié)構(gòu)的特征頻率，現(xiàn)在的手段就是改變、優(yōu)化設(shè)計尺寸和設(shè)法減小結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。
8、模態(tài)分析-固有頻率：樓房的固有頻率，不同形狀結(jié)構(gòu)建筑物做“垂直”方向振動以及“水平”方向振動的固有頻率房屋的固有頻率與房屋結(jié)構(gòu)有關(guān)，不同的結(jié)構(gòu)固有頻率相差甚大。比如鋼結(jié)構(gòu)，磚混結(jié)構(gòu)，混凝土框架結(jié)構(gòu)，框剪結(jié)構(gòu)，剪力墻結(jié)構(gòu)...
一般情況可以根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》提供的經(jīng)驗公式估計結(jié)構(gòu)的第一周期。
一般建筑物是一個比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系，振型比較多。分析中需要做一些簡化處理，需要一些假定，工程中有時候可以用一些近似的經(jīng)驗公式來估計。一般情況，建筑物的第一周期的估算：
1、鋼結(jié)構(gòu)：T1=(0.10~0.15)n
2、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)：T1=(0.05~0.10)n
n為建筑層數(shù)
9、諧響應(yīng)分析：諧響應(yīng)分析主要用于分析持續(xù)的周期載荷在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的持續(xù)周期響應(yīng)，以及確定線性結(jié)構(gòu)承受隨時間按正弦規(guī)律變化的載荷時的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。
建立模型時必須指定彈性模量和材料密度，諧響應(yīng)分析假定所施加的所有載荷隨時間按簡諧規(guī)律變化，一個簡諧載荷需要三條信息：幅值、相位角、載荷頻率范圍。
10、譜分析：譜分析是一種將模態(tài)分析結(jié)果與已知的譜分析聯(lián)系起來的計算位移和應(yīng)力的分析技術(shù)。它主要用于時間歷程分析，以便確定結(jié)構(gòu)在任意時間變化載荷下的動力學(xué)響應(yīng)，簡單而言就是載荷的譜不再是簡諧運動。
簡支梁的兩端作垂直運動，也就是地震時的作用，確定其響應(yīng)頻率。
11、屈曲分析：對于穩(wěn)定性，一般要進(jìn)行屈曲分析分析(Buckle)。屈曲的定義：屈曲分析是一種用于確定結(jié)構(gòu)開始變得不穩(wěn)定的臨界載荷和屈曲模態(tài)形狀(結(jié)構(gòu)發(fā)生屈曲響應(yīng)時的特征形狀)的技術(shù)中提供兩種屈曲載荷和屈曲模態(tài)分析：非線性屈曲分析和特征值(線性)屈曲分析。
12、穩(wěn)定分析：理論上軸心受壓件失穩(wěn)后，撓度增加時載荷還略有增加，大撓度理論表明，載荷的增加量而撓度的增加量非常大，這樣產(chǎn)生附加彎矩，在壓力和彎矩的共同作用下，截面邊緣開始屈服，隨著塑性的發(fā)展達(dá)到失效。
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