有限元-动力学分析

基于有限元法的行星齿轮传动系统的动力学分析一、引言行星齿轮传动作为一种重要的传动装置，在工程应用中具有广泛的应用。

其具有结构紧凑、承载能力高、传动效率高等优点，因此在航空航天、机械制造等领域被广泛使用。

然而，在实际应用过程中，行星齿轮传动系统常常面临着各种挑战，如振动、噪声、疲劳等问题。

因此，对于行星齿轮传动系统的动力学行为进行深入研究，对于提高其工作性能具有重要意义。

二、有限元法简介有限元法是一种常用的工程分析方法，可以用来研究结构的应力、变形、振动等问题。

其基本原理是将复杂的结构分割为有限的单元，通过求解各单元内的位移和应力，最终得到整个结构的行为。

有限元法能够较为准确地模拟和分析实际结构的动态响应，因此被广泛应用于行星齿轮传动系统的研究。

三、行星齿轮传动系统的结构及工作原理行星齿轮传动系统由太阳轮、行星轮、内齿轮和行星架等组成。

其中，太阳轮是输入轴，内齿轮为输出轴，行星轮通过行星架与太阳轮和内齿轮相连。

在行星齿轮传动系统中，太阳轮提供动力输入，通过行星轮的转动将动力传递给内齿轮，实现输出轴的运动。

四、行星齿轮传动系统的动力学模型建立1.建立行星齿轮传动系统的有限元模型为了研究行星齿轮传动系统的动力学行为，首先需要建立其准确的有限元模型。

通过考虑行星轮、齿轮、轴承等各个部件的刚度和质量等参数，可以建立行星齿轮传动系统的有限元模型。

2.确定边界条件和加载条件在进行有限元分析之前，需要确定边界条件和加载条件。

边界条件是指限定结构的位移和转角，在行星齿轮传动系统中，常常将太阳轮固定，将内齿轮的运动约束为指定的转速。

加载条件则是指施加在结构上的外部载荷，在行星齿轮传动系统中，可以考虑太阳轮的输入力作用于行星轮上。

五、行星齿轮传动系统的动力学分析1.求解结构的模态特性通过有限元方法可以求解行星齿轮传动系统的模态特性，即结构的固有频率和模态形态。

模态分析可以帮助工程师了解结构的振动特性，以及确定可能的共振问题。

复习目录一、模型输入、建模A 输入几何模型1、两种方法：No defeaturing 和defeaturing（Merge合并选项、Solid实体选项、Small选项）2、产品接口。

输入IGES 文件的方法虽然很好，但是双重转换过程CAD > IGES > ANSYS 在很多情况下并不能实现100%的转换.ANSYS 的产品接口直接读入“原始”的CAD 文件，解决了上面提到的问题.3、输入有限元模型。

除了实体几何模型外，ANSYS 也可输入由某些软件包生成的有限元单元模型数据（节点和单元）。

B 实体建模1、定义实体建模：建立实体模型的过程。

（两种途径）1）自上而下建模：首先建立体（或面）,对这些体或面按一定规则组合得到最终需要的形状.✓开始建立的体或面称为图元.✓工作平面用来定位并帮助生成图元.✓对原始体组合形成最终形状的过程称为布尔运算✓总体直角坐标系 [csys,0] 总体柱坐标系[csys,1]总体球坐标系[csys,2] 工作平面 [csys,4]2）自下而上建模：按照从点到线，从线到面，从面到体的顺序建立模型。

B 网格划分1、网格划分三步骤:定义单元属性、指定网格的控制参数、生成网格2、单元属性（单元类型(TYPE)、实常数(REAL)、材料特性(MAT)）3、单元类型单元类型是一个重要选项，它决定如下单元特性：自由度(DOF)设置、单元形状、维数、假设的位移形函数。

1）线单元（梁单元、杆单元、弹簧单元）2）壳用来模拟平面或曲面。

3）二维实体用于模拟实体截面4）三维实体✓用于几何属性，材料属性，荷载或分析要求考虑细节，而无法采用更简单的单元进行建模的结构。

✓也用于从三维CAD系统转化而来的几何模型，而这些几何模型转化成二维模型或壳体会花费大量的时间和精力4、单元阶次与形函数•单元阶次是指单元形函数的多项式阶次。

•什么是形函数?–形函数是指给出单元内结果形态的数值函数。

因为FEA 的解答只是节点自由度值，需要通过形函数用节点自由度的值来描述单元内任一点的值。

齿轮传动系统动力学特性的有限元分析及试验方法研究一、引言齿轮传动系统在机械工程中广泛应用，其动力学特性的研究对于提高传动系统的运行效率和寿命至关重要。

有限元分析及试验方法是研究齿轮传动系统动力学特性的重要手段。

本文将从有限元分析和试验方法两个方面展开，对齿轮传动系统动力学特性的研究进行探讨。

二、有限元分析方法1. 有限元建模齿轮传动系统的有限元建模是研究动力学特性的基础。

建模过程包括几何建模、材料建模和网格划分。

在几何建模中，需要将齿轮的几何形状进行准确描述，并考虑齿轮的大气隙等因素。

材料建模需要考虑齿轮材料的力学性质，如弹性模量、泊松比等。

在网格划分中，需要合理划分网格，以获得准确的数值解。

2. 动力学分析有限元模型构建完成后，可以通过求解动力学方程来研究齿轮传动系统的动力学特性。

动力学方程包括结构平衡方程、动力学平衡方程和边界条件等。

通过有限元分析可以得到齿轮传动系统的振动模态、共振频率等动力学特性。

三、试验方法1. 试验设备为了验证有限元分析的准确性和可靠性，需要进行试验来对齿轮传动系统的动力学特性进行检测。

试验设备包括齿轮传动系统的测试台架、传感器等。

测试台架需要能够模拟实际工作条件，传感器可以测量齿轮传动系统的振动、力和位移等参数。

2. 试验过程试验过程包括数据采集、数据处理和结果分析等步骤。

数据采集需要在试验过程中获取到齿轮传动系统的振动、力和位移等参数。

数据处理包括对试验数据进行滤波、去噪等处理，以得到准确可靠的数据。

结果分析可以通过对试验数据的曲线和图像进行定量和定性分析，从而了解齿轮传动系统的动力学特性。

四、研究进展和趋势目前，有限元分析和试验方法在齿轮传动系统动力学特性的研究中得到了广泛应用。

然而，目前的研究还存在一些问题和不足之处。

一是有限元分析模型的准确性和可靠性有待提高，尤其是对于非线性和非均匀材料的建模；二是试验方法的高效性和精确性有待改进，尤其是对于大规模齿轮传动系统的实验。

机械结构动力学分析与有限元模拟在机械工程领域，机械结构动力学分析与有限元模拟是非常重要的研究内容。

机械结构动力学分析是研究机械结构在运动过程中的力学行为和变形特性，而有限元模拟则是利用计算机方法对机械结构进行数值模拟和分析。

机械结构动力学分析主要研究机械结构在受到外力作用下的动力响应，包括机械结构的振动、变形和应力分布等。

在实际工程中，机械结构的动力响应对于结构的稳定性和寿命有着很大的影响。

通过动力学分析，可以评估机械结构的工作性能和安全性能，为机械设计提供理论依据。

有限元模拟是一种基于离散数值方法的计算方法，能够通过将连续问题离散为有限个子问题，然后对每个子问题进行离散和求解，从而得到整个问题的数值解。

在机械结构动力学分析中，有限元模拟可以对机械结构的动态响应进行数值计算和仿真。

通过建立机械结构的有限元模型，可以对结构的振动特性、应力分布和变形情况进行快速准确的分析。

有限元模拟的基本思想是将机械结构离散为有限个单元，然后根据物体的几何形状、材料性质和边界条件建立单元的刚度矩阵和质量矩阵。

通过求解整个机械结构的刚度方程和质量方程，可以得到机械结构的振动模态和响应。

有限元模拟可以帮助工程师更好地理解机械结构的动力学特性，为设计优化和结构改进提供依据。

在实际工程中，机械结构动力学分析与有限元模拟可以应用于很多领域。

例如，汽车工程师可以通过动力学分析和有限元模拟来研究汽车悬挂系统的振动特性，优化悬挂系统的设计，提高汽车的行驶稳定性和乘坐舒适性。

航空航天工程师可以利用动力学分析和有限元模拟来研究飞机机翼的动力响应，通过结构改进来提高飞机的飞行性能和安全性能。

除了应用于工程设计之外，机械结构动力学分析与有限元模拟还可以用于解决机械结构故障和失效的问题。

例如，一些机械结构在长期使用过程中可能会出现裂纹和疲劳损伤，这对结构的安全性和可靠性会造成很大的威胁。

通过动力学分析和有限元模拟，工程师可以预测结构的疲劳寿命和失效模式，为结构的检修和维护提供参考。

结构动力学中基于有限元方法的动力响应分析结构动力学是研究结构在外部载荷作用下的振动特性和动态响应的学科。

大型工程结构系统的复杂性和非线性特性给结构动力学分析提出了挑战，而有限元方法则成为求解这种非线性响应的一种重要手段。

在本文中，我们将探讨结构动力学中基于有限元方法的动力响应分析。

1. 有限元方法有限元法是一种现代数值计算方法。

它是把连续物体分割成多个单元，通过单元间的相互作用关系求解结构的内部应力、变形和各种响应的数值方法。

有限元法的基本思想是把复杂的整体结构分解成有限数量的小单元，并对每个小单元进行数学模型分析。

通过求解这些模型，可以推导出整个结构的力学特性和响应情况。

2. 结构动力学中的有限元方法在结构动力学中，有限元方法也是一种重要的分析方法。

一般来说，结构动力学的有限元模型应包括结构的物理性质、载荷和边界条件等。

在构建有限元模型之前，需要对结构几何形状进行测量和描述，然后将结构分割成有限数量的单元，每个单元都有一组节点和自由度，节点之间的相互作用关系是通过构建单元刚度矩阵来实现的。

在建立了完整的有限元模型后，可以采用不同的求解算法，如静力求解和动力求解进行解析求解。

3. 动力响应分析在有限元法中，一般需要对结构进行动力响应分析。

动力响应分析的主要目标是确定在特定载荷下结构的动态响应情况。

动态响应包括结构的位移、速度、加速度、应力和应变等。

这些响应都对结构的安全性、稳定性和寿命等方面产生影响，因此需要进行充分的动态响应分析。

在动力响应分析中，一般采用有限元模型接触外部载荷模拟结构振动情况。

通过分析结构的固有振动模态和相应的频率响应，可以计算出特定载荷下结构的动态响应。

在实际分析中，通常需要考虑多种载荷并结合计算机模拟技术实现更为准确的动态响应分析。

4. 结论本文简要介绍了结构动力学中基于有限元方法的动力响应分析。

有限元法是一种现代数值计算方法，它可以将结构分割成多个小单元，进行数值模拟，计算结构内部应力、变形和各种响应。

动力学-abaqus/explict总结动力学分为: 线性动力学和非线性动力学。

Standard适合模拟与模型的振动频率相比响应周期较长的问题；explicit：适合于模拟高速动力学问题。

线性动力学在abaqus/standard中求解，是基于模态的分析方法。

应用有：模态动力学：在时域内计算结构的线性动力学响应；可以使用直接积分稳态动力学: 计算由谐波激励引起的动态响应，可以使用直接积分。

响应谱分析：计算运动过程中的峰值响应；随即响应分析：计算随即连续激励的响应，如地震波。

非线性动力学：需要对运动方程进行直接积分；abaqus/standard中使用newmark积分方法，是隐式非线性直接积分法（无条件稳定，可以使用任意的时间增量，并且解仍然是有界的）。

Abaqus/explicit使用二阶精度的中心差分法（该方法是条件稳定的，只有在时间增量小于一定的临界值时才能给出有界的解）。

下面对explicit使用过程中的一些细节作简要的总结。

1．Abaqus/explicit：提供两种方案定义接触：1.1 General contact: 通用接触。

一般在模型中存在多个部件或复杂的拓扑结构情况下使用，该功能强大，不需像在abaqus/standard一样定义相互作用的接触对，在abaqus/explicit里会自动搜索相互作用的接触。

ExamplesThe following input specifies that the contact domain is based on self-contact of an all-inclusive, automatically generated surface but that contact (including self-contact in any overlap regions) should be ignored between the all-inclusive, automatically generated surface and surface_2:*CONTACT*CONTACT INCLUSIONS, ALL EXTERIOR 或ALL ELEMENT BASED*CONTACT PROPERTY ASSIGNMENT,,prop_1 (以全局的方式重新制定属性)*alum_surf,steel_surf,prop_2 （局部修改）*alum_surf,alum_surf,prop_3 （局部修改）*CONTACT EXCLUSIONS (不包括surface_2), surface_2Either of the following methods can be used to exclude self-contact for surface_1 fromthe contact domain:*CONTACT EXCLUSIONSsurface_1,or*CONTACT EXCLUSIONSsurface_1, surface_11.2．接触问题中调整初始节点位置Abaqus/explicit不允许接触表面的初始过盈。

基于有限元的机械系统的动力学分析在现代工程领域中，机械系统的动力学分析是非常重要的一项工作。

通过对机械系统中各个部件的力学特性进行分析和计算，我们可以了解和预测系统的运动行为，从而为系统的设计和优化提供重要的依据。

有限元方法是一种常用的工具，它可以用来对机械系统进行动力学分析，本文将介绍基于有限元的机械系统的动力学分析方法。

有限元分析是一种将连续体分割成离散的小单元，通过求解每个单元的力学方程，再进行整体拼接求解的方法。

首先，我们需要将机械系统进行离散化，将连续的结构分割成有限数量的单元。

每个单元的力学行为可以通过有限元理论来描述，并通过数学模型进行求解。

有限元方法的优点在于它可以适用于各种复杂的结构，并且可以对各个单元进行不同精度的求解，以满足系统的需求。

在动力学分析中，我们主要关注系统的振动特性和响应。

通过有限元方法，我们可以计算机械系统的自然频率和振型，并分析系统对外界激励的响应。

其基本步骤如下：首先，我们需要建立机械系统的有限元模型。

通过对系统的几何结构和材料特性进行建模，我们可以创建机械系统的有限元网格。

在网格中，每个单元都有一套节点和自由度，这些节点将用于描述单元的力学行为。

同时，我们需要考虑边界条件和约束，以确保系统与现实世界的一致性。

接下来，我们需要建立机械系统的力学模型。

通过应用力学原理和材料力学理论，我们可以建立系统的局部和整体刚度矩阵。

这些刚度矩阵描述了材料弹性变形和约束之间的力学关系。

在建立刚度矩阵时，我们需要考虑各个单元之间的相互作用和约束关系。

然后，我们将机械系统的力学模型转化为求解问题。

我们可以利用有限元方法的基本原理和数学模型，将机械系统的求解问题转化为一个线性或非线性的代数方程组。

通过对代数方程组进行求解，我们可以得到机械系统的位移和应力等重要信息。

这些信息可以帮助我们分析机械系统的振动模式和响应。

最后，我们可以对机械系统进行动力学分析。

通过计算和分析系统的自然频率和振型，我们可以了解系统的固有振动特性。

基于有限元方法的结构动力学分析随着现代科技的发展，结构动力学分析成为工程领域中不可或缺的重要环节。

结构动力学分析旨在研究结构在外界荷载作用下的动态响应，以评估其安全性和可靠性。

有限元方法作为一种常用的数值分析方法，在结构动力学分析中具有广泛的应用。

本文将深入探讨基于有限元方法的结构动力学分析的原理和应用。

一、有限元方法简介有限元方法是一种通过将复杂连续体分割成若干有限个简单元素，然后在每个单元上建立适当的数学模型，进而建立总体的数学模型和求解方法的数值分析方法。

有限元方法在数学模型中引入适当的近似，以求解真实问题的近似解。

其基本思想是将连续体离散化成若干个有限个形状简单、性质相同的基本单元，再根据相邻两个基本单元之间的相容条件，将基本单元联系在一起，组成复杂的结构体系。

二、结构动力学分析方法1. 模态分析方法模态分析是结构动力学中常用的分析方法之一。

它通过求解结构的特征值和特征向量，得到结构在固有频率下的振型和振动模态，从而揭示结构动力特性。

模态分析在设计中起到了重要的作用，能够帮助工程师判断结构的固有频率和振型是否满足要求。

2. 静力分析方法静力分析是结构动力学分析的基础，它用于求解结构在静力荷载作用下的应力和位移。

通过静力分析，可以评估结构的强度和稳定性，进而进行设计和优化。

3. 动力响应分析方法动力响应分析是结构动力学分析的核心内容，主要研究结构在外界动力荷载作用下的响应情况。

这种分析方法可以帮助工程师评估结构的动力性能，如位移、加速度和应力等。

三、有限元方法在结构动力学中的应用有限元方法在结构动力学分析中的应用广泛，可以模拟各种结构的动态响应。

例如，有限元方法可以用于分析建筑物在地震作用下的响应，以评估结构的抗震性能。

此外，有限元方法还可以用于模拟机械设备、桥梁和航天器等工程结构在振动荷载下的响应。

在使用有限元方法进行结构动力学分析时，需要注意选择适当的数学模型和边界条件，并合理选择有限元单元的类型和尺寸。

基于有限元方法的振动系统动力学分析振动是物体在外部作用下发生周期性的自由运动，广泛存在于自然界和人工工程中。

对于工程领域来说，振动是一种常见而且重要的现象，需要进行充分研究和掌握。

因为工业领域中的精密机械设备、航空航天器、桥梁、建筑等都要受到振动的影响，因此了解和掌握振动分析成为了一项必要的工作。

在振动分析中，有限元方法是一种重要的数值计算技术，能够用来计算系统在特定工况下的自由振动、强迫振动和动态特性等。

有限元方法的基本思想是将物体整体离散成若干元，然后针对每个元的受力状态对其进行计算。

因为在物理学和工程领域中，大部分振动问题都可以抽象成弹性振动问题，因此有限元方法也用得较为广泛。

下面我们将从振动系统模型建立，有限元方法的原理和实现以及动力学分析等方面进行阐述，以期为工程领域的借鉴提供一定的帮助。

一、振动系统模型建立首先，我们需要理解振动系统的原理和发展规律，然后再将其抽象成一种数学模型。

在工程领域常见的振动系统有机械弹簧阻尼振动系统、电路RLC振动系统等，这里我们以机械弹簧阻尼振动系统为例。

1.1 建立振动系统模型机械弹簧阻尼振动系统的简化模型由三个主要元素组成：质点、弹簧和阻尼器。

其中，质点质量为m，其自由度为x，弹簧的刚度为k，弹簧自由度为u，阻尼器的阻尼系数为c。

将质点与弹簧、阻尼器建立作用关系如下：1. 质点的受力情况：F = m*x''(t) (1)其中，x''(t)表示自由度x对时间t的二阶微分。

2. 弹簧的变形条件：u = x1 - x2 (2)其中，x1、x2为弹簧两端对应的自由度，利用胡克定律可以得到：F = k*u (3)3. 阻尼器的作用：F = -c*x'(t) (4)其中，x'(t)表示自由度x对时间t的一阶微分。

此时，质点、弹簧、阻尼器三者之间的作用力平衡，即有F = m*x''(t) = -k*x(t) - c*x'(t) (5)使用微分方程的方法可以得到质点加速度x''(t)关于时间t的方程，即：m*x''(t) + c*x'(t) + k*x(t) = f(t) (6)其中，f(t)为外界作用力。