有限元分析——谐响应
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第7章 谐响应分析
谐响应分析主要用来确定线性结构在承受持续的周期载荷时的周期性响应(谐响应)谐响应分析能够预测结构的持续动力学特性,从而验证其设计能否成功地克服共振、疲劳及其他受迫振动引起的有害效果。
通过本章的学习,即可掌握在★ 了解谐响应分析。
7.1 谐响应分析概述
谐响应分析(Harmonic Response Analysis )是用于确定线性结构在承受一个或多个随时间按正弦(简谐)规律变化的载荷时稳态响应的一种技术。
分析的目的是计算出结构在几种频率下的响应并得到一些响应值(通常是位移)对应频率的曲线。
从这些曲线上可以找到“峰值”响应,并进一步考察频率对应的应力。
谐响应分析技术只计算结构的稳态受迫振动。
发生在激励开始时的瞬态振动不在谐响应分析中考虑。
谐响应分析是一种线性分析。
任何非线性特性,如塑性和接触(间隙)单元,即使被定义了也将被忽略,但在分析中可以包含非对称系统矩阵,如分析流体——结构相互作用问题。
谐响应分析同样也可以分析有预应力的结构,如小提琴的弦(假定简谐应力比预加的拉伸应力小得多)。
对于谐响应分析,其运动方程为:
[][][](){}{}(){}{}()21212
M i C K i F i F ωωφφ−+++=+ 这里假设刚度矩阵[]K 、质量矩阵[]M 是定值,要求材料是线性的、使用小位移理论(不包括非线性)、阻尼为[]C 、简谐载荷为[]F 。
谐响应分析的输入条件包括:
已知幅值和频率的简谐载荷(力、压力和强迫位移)。
简谐载荷可以是具有相同频率的多种载荷,力和位移可以相同或者不相同,但是压力分布
载荷和体载荷只能指定零相位角。