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结构动力学相关概念介绍(一)(分析阻尼动力学结构载荷)

南宫静远 2024-07-24 21:02:36 0

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动力学问题求解问题类型一般包括:瞬态+冲击+碰撞等;

动力学问题的求解方法:显式+隐式等;

结构动力学计算时考虑惯性力必须打开时间积分;

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(图片来自网络侵删)

理想状态下可以不考虑阻尼进行计算,实际情况需要考虑阻尼;阻尼常见形式以瑞利阻尼的形式进行添加:

或者通过恒定阻尼系数进行添加,一般阻尼量级分为小阻尼(<1)、显著阻尼(1~5)、非常显著阻尼(5~10)、大阻尼(>10);

每一种物理现象都要按照一定类型的动力学分析来解决。
在工程应用中,经常使用的动力学分析类型,包括以下几种:

01 模态分析:

是研究结构动力特性的一种方法,一般应用在工程振动领域。
其中,模态是指机械结构的固有振动特性,每一个模态都有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。
其典型分析包括机器、建筑物、飞行器、船舶、汽车等。

02 谐响应分析:

用于确定结构对稳态简谐载荷的响应,如对旋转机械的轴承和支撑结构施加稳定的交变载荷,这些作用力随着转速的不同引起不同的偏转和应力。

03 响应谱分析:

用于分析结构对地震等频谱载荷的响应,如在地震多发区的房屋框架和桥梁设计中应使其能够承受地震载荷。

04 随机振动分析:

用来分析部件结构对随机振动的响应,如太空飞船和飞行器部件必须能够承受持续一段时间的变频载荷。

05 瞬态动力学分析:

用于分析结构对随时间变化的载荷的响应。
例如,设计汽车保险杠可以承受低速撞击;设计网球拍框架,保证其承受网球的冲击并且允许发生轻微的弯曲。

所有的动力学分析从根本上都可以采用时程分析法。
时程分析法是最直接,也是最完整的,理论上它可以考虑系统中各种非线性因素的影响,对系统和激励一般没有特殊要求。
但是在工程中,随机振动分析往往采用基于频域(谱)的分析方法,时程分析法作为谱分析方法的补充。

主要原因有:

1、时程分析每次分析只能基于一个样本分析,结果也只能代表整个空间的一部分;如果需要得到相对完整的结果,需要对大量样本进行计算,并进行统计分析;

2、时程分析需要花费的计算资源较大,耗费时间长,并且后处理相对复杂;

3、时程分析过程还需要处理很多问题,如分析步长的设置、结构的刚体漂移等,特别是随机振动问题,还有一些非常难处理的东西。

但基于谱分析的方法也有一些局限性:

1、只能处理线性问题;

2、得到的结果是概率意义下的,并且丢失了相位信息;

3、结构中点与点之间的相对位移无法获取。

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