I-DEAS动力分析

《I-DEAS动力分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《I-DEAS动力分析（91页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、用 I-DEAS 进行动力分析由 SDRC 高级测试与分析 (ATA)San Diego, CA提供2000 年 3 月修订1欢迎 用 I-DEAS Response Analysis 进行动态分析课程教师/讲述者:Mary Baker, Ph.D, P.E.Kyle IndermuehleAerospace Center of ExcellenceS2课程概述第一天单自由度 (SDOF) 系统: 瞬态、谐波、稳态瞬态振动多自由度系统第二天连续系统/试验分析相关随机振动响应谱振动试验室漫游第三天振动规范 模态充足度 (Modal Sufficiency)模态加速度和模态位移基础激励方法附加模态

2、、约束模态用户应用/问题3用 I-DEAS 进行动力分析 - 第一天 上午 介绍 单自由度系统瞬态 为 I-DEAS 动力分析准备模型 例题 1: 求解电子盒的模态 单自由度系统谐波或稳态 对 I-DEAS 动力，频率响应 例题 2: 电子盒的正弦振动 下午 瞬态振动 I-DEAS 动力，瞬态响应 例题 3: 电子盒的瞬态激励 多自由度系统4单自由度系统 (SDOF) 最简单的振动系统是一个单自由度 (SDOF) 的弹簧-质量系统x(t) 是离开平衡位置的位移示例: 钟摆 “弹跳” 形式的运输工具用于代表多自由度系统的特征帮助理解常规模态和冲击响应谱x(t)f(t)ck单自由度系统5单自由度系

3、统的运动方程用 Newtons 第二定律推导运动方程:或x(t)f(t)kxcxm.单自由度系统6 对自由振动,f = 0 且无阻尼,c = 0 定义 运动方程变为： 带有通解的简谐运动方程： 或无阻尼自然圆频率无阻尼自由振动的解单自由度系统7如果在运动方程中考虑阻尼，则有：解的形式是：将其代入微分方程，得到:“特征方程” 为：特征方程的根：有粘性阻尼的自由振动(为什么?)单自由度系统8有阻尼自由振动的解定义粘性阻尼比, ：然后，微分方程的形式成为 ：特征方程是一个二次方程，有两个根:以这两个根为基础可以得到通解:其中 A 和 B 由初始条件计算得到：解的类型取决于参数值!单自由度系统9数学解

4、释:三角函数的指数形式Euler 方程由此得到：ReImXeintnt单自由度系统10当 0 时，有阻尼单自由度系统根的轨迹 注意：当 1 时根为实数； 当 1 时为两个重根 - 。虚轴实轴=1=0=0-nndn 根的轨迹图单自由度系统11强阻尼情况: 非振动运动, 1 解为两个衰减指数的叠加两个实根:通解:无振动 ： 振动研究对其不感兴趣单自由度系统12临界阻尼情况 , = 1定义临界阻尼常数为实根和虚根、振动和不振动的分界：两个相同的实根:通解:单自由度系统13低阻尼情况: 衰减振动, 1两个共轭虚根:解:阻尼振动的频率:单自由度系统14考虑初始条件后的有阻尼解单自由度系统15 典型的阻尼

5、振动X1初始条件单自由度系统16求解 I-DEAS 模型 一个模型可以当作一个单自由度系统来处理，下午会进一步解释这一点。对于第一个例子，我们将直接获得模型，先复习一些选项:1. 输入电子盒 FEM 的通用文件；2. 为强迫运动设置边界条件；3. 设置强迫运动解组 (solution set);4. 求解模型；5. 查看模态形状、模态应力、模态应变能和约束模态。I-DEAS 模型准备17I-DEAS 动力学分析概述模型准备: (几何建模 - Master 、分网 - Meshing 、边界条件 - Boundary Conditions、模型求解 - Model Solution) 建立有限元

6、模型 设定边界条件、连接自由度 (Connection DOF) 求解模型的动力响应动力学:(a.k.a. 持久性和动力分析在 MS6, MS7; 响应分析在 MS8) 创建冲击激励函数 创建事件 (将激励施加到模型的节点上) 求解动力响应I-DEAS 模型准备18为动力学分析准备模型一般来说，使用较少的自由度进行应力分析是合适的 - 简单！保留与动力特性有关的特征 集中质量单元的质量，壳体，实体； 用弹簧、梁进行界面刚度的建模； 用刚体单元消除指定区域的运动。典型的单元尺寸应该与输入的激励波长相适应 (检查模态形状)为设置一个输入强迫运动的动态问题，需要在求解模态之前选定激励位置 (设置 C

7、onnection DOF Set)I-DEAS 模型准备19示例: 带有磁盘驱动器的电子盒上驱动器下驱动器支撑托架情况下驱动器 (实体单元)支撑托架一致节点间的弹簧后端视图电子盒形状实体块/刚性体弹簧 外壳 外壳细节:将实体块中心的节点与其所有角点和支撑托架上的点进行刚性连接；实体块不变形。质量可以用实体块密度建模，或者采用中心点的集中质量.简单表示为弹簧-阻尼系统I-DEAS 模型准备20定义连接自由度对外侧下边界上的节点，创建 DOF set:Manage Sets.Degree of Freedom.I-DEAS 模型准备取一个节点: Z trans active, X 或 Y tra

8、ns active取一个节点:X, Y 和 Z trans active其它节点:Z translation active21创建边界条件Boundary Condition.选择 “Response Dynamics”, 包括 Connection DOF SetI-DEAS 模型准备22创建求解组 - Solution SetSolution Set创建 “Response Dynamics” 求解组需要的模态频率范围存储位移 (模态形状)，模态应力和应变能检查边界条件I-DEAS 模型准备23Solution Set 选项Solution Set.Solution Control. 表单

9、求解 0 和 500 Hz 之间的模态I-DEAS 模型准备24Solution Set 输出控制Solution Set.选择模态形状、应力和应变能采用所有默认设置进行求解I-DEAS 模型准备25例题 1: 用 I-DEAS 求解模态1. 输入电子盒 FEM 的通用文件：(electronic_box.mf*)2. 定义 connection DOF set3. 创建 boundary condition set 4. 创建响应分析的 solution set5. 求解 - 应当少于 10 分钟(休息)6. 查看模态形状、模态应力、模态应变能和约束模态 26例题 1: 结果后处理模态 1,

10、 55 Hz模态 2, 80 Hz模态 3, 88 Hz模态 4, 111 Hz27强迫简谐振动 谐波激励的例子 不平衡转动或往复运动的机械 - 车辆引擎，风扇或候车室的空调 周期性激励 非周期性激励 谐波的叠加x(t)f(t)ck单自由度系统28强迫简谐运动的通解其中：xc= “补充” 解 = 相对初始条件的阻尼自由振动响应 (即齐次方程的解)xp= “特” 解 = 对谐波输入的稳态响应现在求特解。暂时不用下标 “p” (或假设瞬间衰减到零)单自由度系统29强迫简谐运动的特解特解的形式：其中：X = 振动幅度 = 位移相对于输入的相位注意：响应是一个与输入频率相同的振动!单自由度系统30求解

11、振幅和相位将形式解代入微分方程，求解 X 和 :单自由度系统31合成: 完整解与初始条件有关的瞬态响应 - 对于简谐运动分析通常忽略稳态谐波响应x(t)f(t)ckm单自由度系统32不平衡转动单自由度系统33支撑运动 再次使用牛顿第二定律推导运动方程：x(t)f(t)ck(x-y)my(t) = Ysin(t)mc(x-y). .自由体图单自由度系统34支撑运动: 传递函数 (Transmissibility)也可以求解 X=Z+Y 形式的激励并计算 “传递函数” “transmissibility”, (X/Y):也可以显示：其中 FT 提供弹簧和阻尼传递的力。单自由度系统35隔振 选择弹簧

12、以减少振动的传递: 由机械设备到环境 (例如： 防止激励或空调系统传递 到操作室) 由环境到运载工具 (例如：路面到敏感的有包装设备)隔振要求:注意：阻尼的负面影响!单自由度系统36响应的共振锐度: Q-因子 可以找到传递函数的峰值及其出现的频率： 定义放大因子：为找到其中 X=.707 Xres 为半功率点1单自由度系统37练习：运输过程中卡车上货物的振动 一个运货卡车行驶在一条具有正弦形状的 “搓板” 路上。求货物需要承受多大的水平加速度?假设： 电子设备刚性地固定在包装箱中 上举 (跳起) 方式对响应起支配作用：单自由度模型 轮胎刚度无限大，且不离开地面单自由度系统38练习 (续)已知:

13、 重量 = 2200 lb c = 100 lb-s/ink = 2000 lb/in 速度 = 55 mph (mile/h)路的波长 = 20 ft/cycle, 颠簸高度 = 10 in提示 3: 确定在公路上运动时的加速度；即：求出在公路上作正弦运动时的位移幅值，微分后得到速度，再次微分得到加速度。提示 4: 用前面提供的支撑运动的传递函数公式确定运动的幅值。提示 2: 用卡车速度和路面颠簸波长确定激振频率；提示 1: 注意单位；列出所有单位，以保证质量、力、周期和弧度是正确的；单自由度系统39练习答案: (第一个实例)激振频率：质量：阻尼比：答案:单自由度系统40练习: 答案 (续)

14、 代回方程:单自由度系统41练习答案 (续): PC 峰值加速度单自由度系统42其它阻尼模式 最典型的阻尼模式是粘性阻尼，原因是: 数学表示较容易； 大多数结构/机械只有很小的阻尼 (达不到临界阻尼)； 对于车辆悬挂阻尼是最好的建模方式。单自由度系统43迟滞 (结构) 阻尼 阻尼力的相位与速度相同，大小与位移成比例； 用于表示材料内部的阻尼。“损失系数”or单自由度系统44结构阻尼因子等于粘性阻尼因子的两倍45对 I-DEAS 动力学任务的介绍模型准备:(几何建模 - Master Modeler、划分网格 - Meshing, 定义边界条件 - Boundary Conditions, 求解

15、模型 - Model Solution) 建立有限元模型； 定义边界条件，Connection DOF； 用 Response Dynamics 求解模型。动力学:(a.k.a. 持久性和动力学，在 MS6, MS7，响应分析在 MS8) 创建激励函数； 创建事件 (将激励施加到模型的节点上)； 求解响应。 X-Y 函数结果； 后处理中的结果组。I-DEAS 动力学介绍46动力学图标面板的快速浏览激励:创建事件，管理事件。函数工具子面板:处理激励和 X-Y 响应X-Y 响应:节点函数,单元函数,模态函数。响应结果组:激活事件的计算结果I-DEAS 动力学介绍47创建一个事件力强迫运动冲击模态选

16、项(阻尼，等)I-DEAS 动力学介绍48列出可用的强迫运动自由度动力载荷选择表单：2. 选择 “Add Enforced Motion”1. 高亮度所有自由度 (点击和拖动，或 Ctrl-click 以跳过一些行)3. 选择函数I-DEAS 动力学介绍49用函数管理器选择 ADF 输入函数管理器表单有两种管理函数的方法: Records 储存在 ADF 文件中 (写到盘上)； Arrays 为在模型文件中的临时储存位置检查/修改所选择的函数的属性ADF = 关联的数据文件载入 ADF对 “Records” 模式，这里显示当前 ADFs 中的所有函数I-DEAS 动力学介绍50I-DEAS 中的 Even (等间隔) 和 Uneven (不等间隔) 函数Uneven 函数用数据对定义Even 函数具有等间隔的横坐标值，用 MIN, MAX, INC 定义I-DEAS 动力学介绍51频率事件的例子定义阻尼uneven 函数的数据点数 (默认为 10)提示: 首先设置事件和分析类型，然后给事件起名。I-DEAS 动力学介绍52模态选项表单2. 定义粘性阻尼为 5%1. 选择模态3. 确认I