§2.1 谐响应分析 的定义与应用 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)规律变化的载荷时的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 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的有害效果。 图 1(a)典型谐响应系统。F0及 ω 已知,u0和 Φ 未知。 (b)结构的瞬态和稳态动力学响应。 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,即使定义了也将被忽略。分析中可以包含非对称系统矩阵,如分析在流体─结构相互作用中问题(参见<
>的第 5章)。谐响应分析也可以分析有预应力结构,如小提琴的弦(假定简谐应力比预加的拉伸应力小得多)。 §2.2 谐响应分析中用到的命令 建模过程与执行谐响应分析可以使用其它类型分析相同的命令。同样,无论进行何种类型的分析,均可以从用户图形界面(GUI)中选择等效的选项来建模和求解。 在后面的“谐响应分析实例(命令或批处理方式)”中,将会给出进行一个谐响应分析需要执行的命令(GUI方式或者批处理方式运行 ANSYS时用到的)。而“谐响应分析实例(GUI方式)”则描述了如何用 ANSYS用户图形界面的菜单执行同样实例分析的过程。(要了解如何用命令和用户图形界面进行建模,请参阅《ANSYS建模与网格指南》)。 《ANSYS命令参考手册》中有更为详细的 ANSYS命令说明,它们是按字母顺序进行组织的。 §2.3 三种求解方法 谐响应分析可采用三种方法:完全法(Full)、缩减法(Reduced)、模态叠加法(Mode Superposition)。(第四种方法,也是一种开销相对较大的方法,是将简谐载荷指定为有时间历程的载荷函数,进行相应的瞬态动力学分析,参见第三部分瞬态动力学分析中的叙述。)ANSYS/Linear Plus中只允许采用模态叠加法。在研究每种方法的实现细节前,让我们先比较一下各种方法的优缺点。 §2.3.1 完全法 完全法是三种方法中最易使用的方法。它采用完整的系统矩阵计算谐响应(没有矩阵缩减)。矩阵可以是对称的或非对称的。完全...