动力学05谱分析

动力学分析是用来确定惯性（质量 效应）和阻尼起着重要作用时结构或构 件动力学特性的技术。 包括：振动特性、随时间变化载荷的 效应、周期（振动）或随机载荷的效应。 汽车的动力学分析包括整车和几大集 成和零部件的动力学分析，用CAE软件来 分析汽车各种重要动力学性能
• 常用的汽车动力学分析软件包括：ANSYS、 LS-DYNA、ADAMS、Recurdyn、ABAQUS、Nastran等
• 同时，也可以作为其他动力学分析问题的起 点，例如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱 分析。其中模态分析也是进行谱分析或模态 叠加法谱响应分析或瞬态动力学分析所必需 的前期分析过程
• 典型的无阻尼模态分析求解的基本方程是 经典的特征值问题：
• 二、谐响应分析 • 定义： 任何持续的周期载荷将在结构系统中产生持 续的周期响应(谐响应)。 • 谐响应分析是用于确定线性结构在承受随时间按正 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)对频率的曲线。从这些 曲线上可以找到“峰值”响应，并进一步观察峰值 频率对应的应力。该技术只计算结构的稳态受迫振 动，而不考虑发生在激励开始时的瞬态振动 (见图 10.1)。谐响应分析使设计人员能预测结构的持续动 力特性，从而使设计人员能够验证其设计能否成功 地克服共振、疲劳，及其它受迫振动引起地有害效 果。
• 分析内容
• • • • • • • • • 整车操纵稳定性分析 悬架系统动力学仿真 转向系统动力学仿真 发动机模态分析 连杆机构多体动力学分析 传动系动力学分析 刹车过程分析 轮胎滚动分析 等
动力学分析分类
• • •力分析 四、谱分析
• 动力学分析分类 • 一、模态分析 • 定义 ：模态分析用于确定设计机构或机器部 件的振动特性(固有频率和振型)，即结构的固 有频率和振型，它们是承受动态载荷结构设 计中的重要参数。

单点响应谱
Build the model Obtain the modal solution 转向谱分析类型
• • • • 退出并重新进入求解阶段 指定新分析：谱分析 分析选项 阻尼
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DYNAMICS 11.0
单点响应谱
• 分析选项
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– – – – – 建立模型 获得模态解 转向谱分析 定义响应谱 求解并查看结果

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DYNAMICS 11.0
响应谱
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• 用来描述理想化系统对激励响应的曲线，此响应 可以是加速度、速度、位移和力; • 响应谱反映了激励的频率特征，因而可用于计算 结构对相同激励的响应。一般步骤如下：
谱分析总论
• 是模态分析延伸，用于计算结构 对地震及其它随机激励的响应； • 计算在每个固有频率处的给定谱 值的结构最大响应. 这个最大响应 作为模态的比例因子. • 将这些最大响应进行组合来给出 结构的总的响应.
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谱分析总论
• 谱分析的替代方法是瞬态分析，二者区别为：
1 2 3 4
谱分析总论
• 如果地基在频率f1下激励，那 这四个系统的响应记录如图所 示. • 现在增加第二个激励f3 并记录 位移响应. 则系统1与系统3会 分别达到它们的峰值. • 如果一个一般的包含多个频率 的激励施加，并只记录峰值响 应, 就会得到一条曲线. 这就 是谱曲线或称之为响应谱曲线.
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第二部分 随机振动
随机振动分析概论

Harmonic response analysis is a technique used to determine the steady-state response of a linear structure to loads that vary sinusoidally (harmonically) with time. The idea is to calculate the structure's response at several frequencies and obtain a graph of some response quantity (usually displacements) versus frequency. "Peak" responses are then identified on the graph and stresses reviewed at those peak frequencies
瞬态分析(Transient)
瞬态动力学分析（亦称时间历程分析）是用于确定承受任 意的随时间变化载荷结构的动力学响应的一种方法。可以用 瞬态动力学分析确定结构在稳态载荷、瞬态载荷和简谐载荷 的随意组合作用下的随时间变化的位移、应变、应力及力。 载荷和时间的相关性使得惯性力和阻尼作用比较重要。如果 惯性力和阻尼作用不重要，就可以用静力学分析代替瞬态分 析。
瞬态分析
瞬态动力学分析比静力学分析更复杂，因为按“工程”时间计算， 瞬态动力学分析通常要占用更多的计算机资源和更多的人力。 瞬态动力学分析可采用三种方法：完全（Full）法、缩减 （Reduced）法及模态叠加法。 完全法采用完整的系统矩阵计算瞬态响应（没有矩阵缩减）。它是 三种方法中功能最强的，允许包括各类非线性特性（塑性、大变形、大 应变等）。 缩减法通过采用主自由度及缩减矩阵压缩问题规模。在主自由度处 的位移被计算出来后，ANSYS可将解扩展到原有的完整自由度集上。 缩减法的 优点 是比完全法快且开销小。缩减法的 缺点是初始解只计算 主自由度的位移，第二步进行扩展计算，得到完整空间上的位移、应力 等。 模态叠加法通过对模态分析得到的振型（特征值）乘上因子并求和 来计算结构的响应

§4.1谱分析的定义谱分析是一种将模态分析的结果与一个已知的谱联系起来计算模型的位移和应力的分析技术。

谱分析替代时间－历程分析，主要用于确定结构对随机载荷或随时间变化载荷(如地震、风载、海洋波浪、喷气发动机推力、火箭发动机振动等等)的动力响应情况。

§4.2什么是谱谱是谱值与频率的关系曲线，它反映了时间－历程载荷的强度和频率信息。

ANSYS的谱分析有三种类型：·响应谱分析Ø单点响应谱（Single-point Response Spectrum，SPRS）Ø多点响应谱（Multi-point Response Spectrum，MPRS）·动力设计分析方法（Dynamic Design Analysis Method，DDAM）·功率谱密度（Power Spectral Density，PSD）在ANSYS/Professional产品中只提供单点响应谱方法。

§4.2.1响应谱分析一个响应谱代表单自由度系统对一个时间－历程载荷函数的响应，它是一个响应与频率的关系曲线，其中响应可以是位移、速度、加速度、力等。

响应谱又分为如下两种形式：§4.2.1.1单点响应谱在模型的一个点集上定义一条(或一族)响应谱曲线，例如在所有支撑处，图4-1（a）所示。

ANSYS/LinearPlus program中只能进行单点响应谱分析。

§4.2.1.2多点响应谱在模型的不同点集上定义不同的响应谱曲线，图4-1（b）所示。

图4-1单点响应谱和多点响应谱§4.2.2动力设计分析方法该法是一种用于分析船用装备抗振性的技术，它所使用的谱是从美国海军研究实验室报告(NRL－1396)中一系列经验公式和振动设计表得来的。

§4.2.3功率谱密度功率谱密度谱是一种概率统计方法，是对随机变量均方值的量度。

一般用于随机振动分析，连续瞬态响应只能通过概率分布函数进行描述，即出现某水平响应所对应的概率。