褚教授课程笔记 | 结构动力学简介
结构动力学简介
什么是结构动力学分析?
了解结构的实际动态行为和/或固有动态特性,以提高安全性、可靠性、能耗和舒适性。
在哪里使用?
结构动力学分析用于设计验证、认证测试、故障排除、“假设”场景预测、装配分析、基准测试、结构健康监测等。
分析如何进行?
· 基于测量(也称为实验测试)或基于计算机模拟(也称为仿真分析)
· 仿真结果通常与测试结果相关联,使用模型相关性来更新和改进仿真模型以提供更好的预测
测量如何进行?
· 仅测量结构在自然载荷下的响应(ODS、OMA),或在一个或多个自由度(DOF)上施加激励力并同时测量激励力和响应(EMA)
· EMA中可以使用力锤激励,亦可以使用一个或多个模态激振器激励
· 测量多个响应自由度的响应,可使用单轴或三轴加速度计
· 测试从使用一个力锤和一个加速度计的双通道锤击测试,到具有超过10个模态激励器和1000个响应自由度的大型模态测量
结构动力学简介——测试
定义
通过实验手段(测试)获得结构特性和/或行为的表征。
方法
· 在真实激励和实际边界条件下进行原位测量(例如ODS和OMA)
· 在受控激励和受控边界条件下的受控测量(例如,经典模态分析)
优点
· 实际物理结构的表征,对结果有信心
· 轻松快速地执行测量和进行后分析
· 相对便宜的仪器,特别是对于较小的设置
缺点
· 需要可用的物理测试对象
· 如果需要进行多次修改,则变得耗时且昂贵
结构动力学简介——仿真
定义
通过有限元仿真手段获得结构特性和/或行为的表征。
方法
使用有限元分析(FEA)程序(例如Nastran®、Ansys®、Abaqus®和 I-deas)进行分析。
优点
· 缩短从概念到生产的时间
· 减少产品开发所需的原型数量
缺点
· 通常不包括(准确的)阻尼信息
· 初始模型的准确性往往不够
结构动力学简介——测试-有限元集成
测试-有限元集成能将测试及有限元的优缺点相互弥补。通过优化测试策略和改进有限元模型,缩短从概念设计到生产的周期。
下图是典型的逻辑图。一方面可以基于有限元分析结果进行预试验,指导测试怎么进行,或如何进行测量模型的规划;另一方面,在有了一个物理原型并获得实验结果之后,就能够获得包含阻尼的完整模态信息,基于这样的信息,能够完善有限元模型。
这是一个循环的过程,二者可以进行相关性分析,从而知道两个模型,特别是有限元模型,哪些地方具有不足需要改进,将有限元模型调校好之后,就可以进行一些模型更新或改进预测,将改进后与改进前相比较,从而获得解决实际问题的可行方案。
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