预载荷作用下的动力学分析

在工程中如何进行动态载荷分析？在各类工程领域中，动态载荷分析是一项至关重要的任务。

它能够帮助工程师准确了解结构或系统在实际运行过程中所承受的载荷变化，从而为设计的优化、可靠性的评估以及故障的预防提供关键的依据。

那么，在工程实践中，究竟如何有效地进行动态载荷分析呢？首先，要明确什么是动态载荷。

动态载荷与静态载荷相对，不是恒定不变的，而是随时间变化的力、压力、扭矩等作用在结构或系统上。

例如，汽车在行驶过程中受到的路面颠簸和加速、减速产生的惯性力，飞机在飞行中遇到的气流冲击，桥梁在风中的振动所承受的风力等，都属于动态载荷。

进行动态载荷分析的第一步是对载荷特性的准确测量和获取。

这往往需要借助各种先进的测量设备和技术。

常见的测量方法包括应变片测量、加速度传感器测量、力传感器测量等。

以汽车为例，在底盘关键部位安装应变片可以测量结构的应变，进而推算出所受的载荷；在车身安装加速度传感器能够获取振动的加速度信息，通过相关的分析方法转化为载荷。

获取到测量数据后，接下来就是对这些数据的处理和分析。

数据处理的目的是去除噪声、修正误差，并提取出有用的载荷特征。

常用的数据分析方法有傅里叶变换、小波变换等。

傅里叶变换可以将时域的载荷信号转换到频域，帮助我们了解载荷的频率成分；小波变换则能够在时频域同时对信号进行分析，更准确地捕捉到载荷的瞬态特征。

在实际工程中，由于直接测量往往受到条件限制，有时还需要通过间接的方法来估算动态载荷。

一种常用的间接方法是基于系统的动力学模型。

通过建立结构或系统的数学模型，结合已知的边界条件和输入输出关系，可以反推出作用在系统上的载荷。

例如，对于一个机械传动系统，可以根据电机的转速、扭矩以及各部件的转动惯量等参数，利用动力学方程计算出传动轴所承受的动态载荷。

此外，数值模拟也是进行动态载荷分析的重要手段。

有限元分析（FEA）和多体动力学分析等技术在工程中得到了广泛应用。

通过建立结构或系统的数字化模型，施加相应的边界条件和载荷，利用计算机进行仿真计算，可以预测其在不同工况下的动态响应和所受的载荷。

机械设计中的力学分析方法在机械设计领域，力学分析方法是一种重要的工具和技术，用于评估和预测机械系统的性能、耐久性和可靠性。

通过力学分析，工程师可以更好地理解机械系统的力学行为，优化设计，并确保产品的安全运行。

本文将介绍机械设计中几种常用的力学分析方法。

一、静力学分析静力学分析是机械设计中最基本的分析方法之一。

它主要用于研究静态平衡条件下机械系统的力学行为。

在静力学分析中，工程师通过分析物体受力平衡的原理，计算系统中各个部件的力及其分布情况。

这对于确定机械系统的强度、稳定性和结构设计至关重要。

静力学分析通常需要考虑以下几个关键因素：1. 受力分析：确定各个部件受力情况，包括内力和外力的作用。

2. 应力分析：计算部件所受到的应力大小，以确定其强度是否满足设计要求。

3. 变形分析：评估部件在受力下的变形情况，以确定系统的稳定性和结构设计是否合理。

二、动力学分析动力学分析是研究机械系统在动态载荷下的力学行为。

与静力学分析不同，动力学分析考虑了物体在运动过程中的力学特性，如加速度、速度和位移。

动力学分析对于评估机械系统的可靠性和振动特性至关重要。

在进行动力学分析时，工程师通常需要注意以下几个方面：1. 运动学分析：分析物体在运动过程中的加速度、速度和位移等物理量，可通过微分方程求解。

2. 动力分析：计算物体所受到的各种动力（如惯性力、惯性矩等），以决定系统的动态响应。

3. 振动分析：评估机械系统在运动中的振动特性，包括共振频率、振动幅度等。

三、有限元分析有限元分析是一种基于数值计算的力学分析方法，广泛应用于机械设计领域。

它通过将连续介质分割为有限数量的小单元，利用数值计算方法求解每个小单元的力学方程，从而得到整个系统的力学行为。

有限元分析可以用来研究机械系统的强度、刚度、模态等性能指标。

有限元分析的过程通常包括以下几个步骤：1. 离散化：将连续介质离散为有限数量的小单元，如三角形单元、四边形单元等。

2. 单元属性定义：根据物体的材料特性和几何特性，为每个小单元定义属性，如材料参数、截面参数等。

航天器结构设计与动力学分析方法研究概述：航天器结构设计与动力学分析是航天工程中至关重要的步骤。

结构设计确保航天器在各种工作条件下具有足够的稳定性和强度，而动力学分析则涉及航天器在各种环境下的运动行为和振动特性。

本文将探讨航天器结构设计与动力学分析的方法研究。

一、航天器结构设计方法研究：1. 结构设计的目标：航天器的结构设计主要目标是确保在各种工作条件下具有足够的强度、稳定性和刚度。

为了实现这一目标，可以采用不同的设计方法，如金属结构设计、复合材料结构设计以及混合结构设计。

这些设计方法需要综合考虑载荷、材料特性和制造工艺等因素。

2. 结构设计的流程：航天器结构设计通常遵循以下步骤：(1) 确定设计要求：包括载荷、振动频率、刚度和稳定性等要求。

(2) 选择材料：根据航天器的工作条件和设计要求选择适当的材料，如铝合金、钛合金和碳纤维复合材料等。

(3) 组织结构：设计结构的总体布局和关键连接方式，确保合适的强度和稳定性。

(4) 进行有限元分析：利用有限元分析方法对设计进行验证，评估结构在不同载荷下的应力和变形情况。

(5) 优化设计：根据有限元分析结果对设计进行修改和优化，以满足设计要求。

(6) 制造和测试：根据设计结果制造实际的航天器结构，并进行实验验证。

3. 结构设计的关键技术：航天器结构设计涉及多个关键技术，包括以下几个方面：(1) 强度计算：根据载荷和结构的几何尺寸，进行强度计算，确保结构在各种工况下不产生破坏。

(2) 稳定性分析：通过分析结构的稳定性，预测结构在压力和振动环境下的固有频率和振动形态。

(3) 动态响应分析：通过分析结构在受到外部力或激励时的响应情况，预测结构在运行时的振动和应力特性。

(4) 振动控制技术：对于需要控制振动的航天器结构，可以采用主动振动控制或者被动振动控制技术，减小振动的影响。

二、航天器动力学分析方法研究：1. 动力学分析的目标：航天器的动力学分析主要目标是研究航天器在不同工况下的运动行为和振动特性。

摘要在车辆行驶过程中，悬架系统各零部件承受并传递来自轮胎及车身的多种动态载荷，这些载荷是进行悬架系统的结构强度、疲劳分析必不可少的边界条件，也是指导悬架以及车身结构优化的重要参数。

本文结合多体动力学相关理论和Udwadia-Kalaba方程的约束处理方法，以轮心六分力为输入，对独立悬架系统各零部件的动态载荷计算方法及其应用展开了研究。

具体研究内容如下：首先以不含衬套连接的前双横臂、后五连杆悬架系统作为研究对象，基于Udwadia-Kalaba方程的基本思想，分别建立了无约束系统动力学模型、系统约束方程以及完整的前后悬架动力学模型；推导了系统总约束力的分解过程从而得到各零部件硬点载荷的解析表达式；在MATLAB中分别建立上述模型进行仿真计算，与ADAMS/Car的仿真结果进行对比，验证了方法的正确性。

②然后考虑含橡胶衬套的连接方式，建立了表征衬套动态特性的数学模型；针对前后悬架在衬套分布位置上的差异，以及与无衬套模型在建模方法上的区别与联系，分别推导了前后悬架动力学建模以及各硬点载荷的计算过程；在MATLAB及ADAMS/Car中进行仿真计算，验证了上述方法的正确性。

③其次以某SUV为对象开展了六分力测试试验，测量了实车在两种路面工况中的轮心六分力，结合前文建立的悬架动力学模型，预测得到了前悬架控制臂各硬点处的动态载荷；以预测载荷及六分力作为边界条件，对控制臂在两种工况下的疲劳寿命进行了分析。

④最后为便于方法的使用，分别完善了麦弗逊、四连杆等其余独立悬架的建模计算过程，在MATLAB/GUI中设计了一种独立悬架系统建模及动态载荷计算的仿真平台，实现了多种悬架的参数化建模。

本文将Udwadia-Kalaba方程应用到汽车独立悬架研究领域，结合多体动力学相关理论，详细地推导了独立悬架动力学建模及零部件动态载荷的计算过程。

研究过程中将理论与实践相结合，可为这一类含约束复杂机械系统的建模计算提供一种新思路。

椭圆瓦流体动压润滑轴承的二维油压分布示意图。

（a）（b）图1椭圆滑动轴承的物理模型的半径，C b为，，。

1.2椭圆滑动轴承的数值计算的基本原理1.2.1流体动压雷诺方程流体动压油膜压力的计算主要通过一系列的合理性的假设，运用Navier-Stokes可压缩Reynolds同形式的雷诺方程[2]~[7]，本文采用修正后的Reynolds方程[2]G x、G y是修正后的的湍流系数，μ润滑油动力粘度，是相对应压力处的油膜厚度，U为轴颈线速度。

1.2.2椭圆滑动轴承动力学方程滑动轴承的流体动压的油膜特性相当于一个刚度和阻尼的动力学系统，把坐标原点设在轴颈中心的静平衡位置其动力学微分方程[8]~[9]：其中为[K]和[C]刚度系数矩阵，阻尼系数矩阵2不同预负荷条件下数值计算2.1数值计算计算所用的椭圆滑动轴承的预负荷系数取值为0.3:0.1:0.8，步距为0.10.3开始到0.8的一组数据，———————————————————————作者简介:郑帮龙（1995-），男，湖北武汉人，工程硕士在读，研究方向为铀矿冶装备与核动力机械。

图4预负荷与雷诺数的关系体流动较稳定[11]。

图3预负荷与索莫菲尔德系数关系曲线2.3几何参数分析图4和图5显示了不同预负荷对偏心率和偏位角的影响，可以看出随着预负荷系数的增加油膜受到的挤压更加显著，最小油膜厚度变小，楔形效应更加明显[12]。

结合图1的压力云图可以看出偏心率增大，第二油楔效应更明显，图6曲线知预负荷0.3-0.7时，偏位角随着预负荷系数增大而减小，分析原因由于第二油楔作用增加了水平方向的稳定性。

2.4功耗损失图7随着预负荷增大摩擦功耗先减小后增大，表明当预负荷较小时楔形进油区域较小，供油量较少随着预负荷的变大楔形区变大，但与此同时第二油楔区也在扩大这部分增加的功耗，由曲线知其影响大于楔形区进油量的影响。

2.5椭圆滑动轴承的动特性分析滑动轴承的油膜动态特性是区别于滚动轴承的重要特性，该特性对转子轴承系统的稳定起着重要的作用。

航空航天领域的结构动力学分析方法在航空航天领域中，结构动力学是一门关键的学科，它研究了飞行器或航天器在飞行过程中受到的各种载荷以及结构的振动响应。

结构动力学分析方法的发展和应用对于设计和优化飞行器结构，提高其可靠性和耐久性具有重要意义。

本文将介绍航空航天领域中常用的结构动力学分析方法。

一、模态分析方法模态分析是结构动力学中最基本和常用的方法之一。

它通过计算结构的固有频率、振型和振幅等参数，来了解结构的振动特性。

在航空航天工程中，模态分析被广泛应用于预测和控制结构的振动问题。

通过模态分析，可以有效地识别结构的主要振型，并设计出相应的控制策略，以减小结构振动引起的破坏。

二、频响分析方法频响分析是指在结构受到谐波激励时，计算结构的频率响应。

在航空航天领域，频响分析被广泛应用于结构在飞行过程中受到的各种载荷的分析。

根据不同频率下的振动响应，可以评估结构的稳定性和性能。

频响分析方法可以帮助工程师确定结构的固有频率、共振频率以及传递函数等参数，从而对结构的设计和优化提供指导。

三、有限元分析方法有限元分析是一种数值分析方法，能够模拟结构的复杂力学行为。

在航空航天工程中，有限元分析广泛应用于各种结构的强度、刚度和振动等方面的分析。

有限元方法将结构划分为多个小区域，通过建立节点和单元之间的关系，建立结构的数学模型。

然后通过求解得到节点的位移、应力等信息，从而分析结构的力学行为。

有限元分析方法可以提供多种载荷情况下结构的响应，为工程师提供了设计和优化结构的依据。

四、瞬态分析方法瞬态分析是指在结构受到突发载荷或者非稳态载荷时，计算结构的响应。

在航空航天领域，由于飞行器或航天器在飞行过程中受到的载荷是时变的，因此瞬态分析方法被广泛应用于结构的疲劳性能和振动响应的分析。

通过瞬态分析，工程师可以了解结构在不同时刻的响应情况，从而对结构的材料和几何参数进行调整，提高结构在复杂载荷下的工作性能。

综上所述，航空航天领域的结构动力学分析方法包括模态分析、频响分析、有限元分析和瞬态分析等多种方法。

毕业论文题目动载荷作用梁动态响应分析专业工程力学班级力学081学生郝忠文指导教师何钦象教授2012 年专业：工程力学学生：郝忠文指导教师：何钦象摘要在机构动力学中讨论的强迫振动问题，一般是以结构在位置固定的周期性挠动力作用下的强迫振动问题为对象。

本文中，用主振型叠加法，分析了简支欧拉梁在移动载荷作用下的动态响应特性。

当广义挠动频率的固有频率相等则放生共振。

研究桥梁在移动车辆载荷下的强迫振动，也要分析其共振条件。

所不同的是由于载荷是移动的，且车辆载荷本身也是带有质量的振动体系，桥梁和载荷耦合系统的动力特征随荷载位置的移动而不断变化。

经研究发现，在移动荷载作用下，桥梁将发生振动，产生的变形比载荷静止不动时产生的变形大。

若荷载处于最不利的静力作用位置的同时满足共振条件，那么将会发生较大的动态响应，导致桥梁的破坏。

而且，当荷载移动速率为一定值，广义挠动频率接近梁的固有频率时，梁也可能发生共振，其最大动挠度比静载荷作用时最大挠度的数倍。

移动车辆载荷的这种动力效应是不容忽视。

关键字：动载荷，动态响应，广义挠动频率ABSTRACTThe forced vibration problem discussed in the mechanism dynamics generally focus on the forced vibration that caused by the force which stationarily act on the mecha- nism regularly.In this paper,using principal mode superposition method,the dyna -mic response of simply supported Euler beam acted by moving loads is analysed. Wh -en the frequency of generalized stimulating force equals its natural frequency,the re -sonance happens.It is different that the load moves.The dynamic response of the sys- tem formed by the load and beam differs with the position of moving load. According to the research,the deflection caused by the moving load is larger than that caused by stable load.When the moving load is at the vital position meanwhile meets the res -onance requirement,the beam will resonate thus leading to damage .And when the speed of the moving load reaches the point that the generalized stimulating frequency meets the natural frequency of beam，it may also cause resonance,the biggest def -lection will reaches several times the deflection caused by the stable load。