首页/文章/ 详情

预应力对模态的影响

1月前浏览1565

日常中我们遇到的多数产品是属于装配体,即由多个物体组合而成,它们之间可用螺栓连接,铆钉连接,过盈配合等方式进行组合的。对于我们仿真计算而言部件之间是存在一定非线性行为,如螺栓连接后的产品就存在状态非线性,采用复合材料就属于材料非线性。

在振动的仿真中,模态计算是属于基础求解问题,当前多是基于线性摄动方法进行解耦计算,不论是ABAQUS、ANSYS、Optistruct还是Nastran都是基于这样的基本理论进行模态计算的,也就是说当前的模态计算是无法处理非线性系统的模型,只会将非线性设置无效化或转为线性设置等。

我们都知道计算模态的结果是为了获得产品计算模型的固有频率和与频率相对应的模态振型,因此相关的常见公式为:

由公式里的参量可知,与物体固有频率相关的有物体本身刚度质量,根据该公式可以对产品的固有频率进行升高或降低。

而本次主要涉及的内容是预应力对模型模态的影响,也就是在相同模型下增加预应力力,进而影响的参量为刚度K。以一薄板件为例,分别对无预紧力和有预紧力状态下进行模态计算的比对。如下图所示,夹持红色矩形框作为边界约束,对八个孔用螺栓连接。

取其中一阶模态振型有明显差别的结果作比较。可以看出有无预紧力在部件边缘的位移形状会有所不同,对上方的钣金上下振型也会有所影响。

螺栓预紧力对模型的影响就是增加预应力,在螺栓附近区域增加一定的刚度,在线性计算中两个钣金是分离的,仅靠螺栓杆连接在一起,在模型结果的模态变形中螺栓孔边缘会存在一定方向自由度的移动,而增加预应力之后紧贴在一起的边缘区域并不会有很大的错动。

有预紧力比无预紧力的模型计算得到的频率会高出一些,如下图对比结果所示,在较低频率下差值并不明显,但在较高频率下差距越来越大。


    不仅仅是螺栓预紧力,还有像结构里的预拱,焊接后的热变形,挤压空间等都存在一定的预应力,改变的是局部结构的刚度k,对模态计算必定存在一定影响。

虽然预应力对模态有一定影响,但并不是所有模型都要通过使用预应力来增加刚度,从静态分析的非线性计算角度而言,其计算代价是十分巨大的,在大模型中的非线性收敛模型调整上是需要花费特别长的时间,学习研究上可以在此多下功夫进行模型处理。

精度允许范围下使用线性计算也是合理的,可以尝试通过增加一些连接等其他方式来增加局部刚度,再与模态测试结果进行比对校验模型,满足工程应用的精度要求即可。


来源:一起CAE吧
OptiStructNastranAbaqus振动复合材料非线性焊接理论材料钣金螺栓ANSYS装配
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-11-08
最近编辑:1月前
侠客烟雨
硕士 竹杖芒鞋轻胜马,一蓑烟雨任平生
获赞 109粉丝 97文章 149课程 0
点赞
收藏
作者推荐

多体动力学仿真分析软件介绍(续)

之前写了一篇多体动力学软件介绍,有小伙伴提醒还有一些软件没介绍到,比如俄罗斯的UM等,今天再补充一些可以进行多体动力学分析的软件,如果有小伙用过其他软件,也欢迎留言推荐。俄罗斯-UniversalMechanismUniversalMechanism(简称UM)是俄罗斯新一代多体系统运动学、动力学仿真软件。软件采用模块化的组织结构,相对独立的前后处理器,不仅能分析多自由度的刚体系统,还能分析复杂的刚柔耦合体系统,广泛应用于机械、汽车、机车车辆、航空航天、国防军工和机器人等领域。UM提供多种CAD软件的接口,可直接从CAD软件的内核导入数据,实现无缝连接,没有数据丢失。同时也支持STEP、3DS、ASC等中间格式文件的导入。此外,UM 实验室还开发了一个ADAMS-UM接口,可以很方便地将ADAMS格式的几何模型导入UM程序进行动力学分析。UM软件最大的特色是在动力学仿真计算的同时可以显示动画和绘制曲线, 并且可同时打开任意多个动画窗口和绘图窗口, 因此用户可以实时观测系统中每个物体的位移、速度、加速度、作用力与反作用力等动力学性能参数。UM提供诸多高级后处理工具, 如:线性分析、统计分析、滤波、曲线运算和多变量计算与优化, 以及多种格式的结果输出。UM程序采用模块化架构, 即由基本内核和附加模块组成, 用户可以根据实际需要选择不同的模块配置:(UM Automotive),(UM Loco),(UM Tracked Vehicle),(UM CAD Interfaces),(UM FEM),UM Experiments,UM Control等。 ANSYS-Rigid DynamicsRigid Dynamics是ANSYS的附加模块,可对复杂机械(尤其是含接触传力模式的机械)在大幅运动过程中的动态特性进行仿真,并能自动地将机械部件的极限载荷传递至相应结构以便基于此载荷边界进行结构的强度分析。该模块无缝集成于ANSYS Workbench,建模过程和操作都十分方便快捷。 comsol多体动力学模块 COMSOL Multiphysics是一款功能全面的多物理场仿真软件,它集成了先进的数值方法,允许工程师和科学家模拟并预测复杂系统在不同物理场(如电磁、流体、结构、热等)中的行为及其相互作用,为产品研发、设计优化及科学研究提供强有力的支持。COMSOL软件以其强大的多物理场仿真能力、高度灵活的建模方式、丰富的求解器和后处理功能,以及广泛的应用领域,成为了科研和工程计算领域的重要工具。利用COMSOL的多体动力学模块可以进行多体动力学分析。 国产多体动力学软件 国产CAE软件在近年来得到了快速发展,国内涌现了一批优秀的CAE产品研发企业和许多优秀的产品,在多体动力学方面,也有不少企业开发出了相应的产品,虽然离国外主流的多体动力学软件还有差距,但是已经有工程实践了,未来一定会越来越好,以下介绍几款国产多体动力学软件。英特仿真INTESIM-FMBD 刚柔耦合多体动力学软件(INTESIM-FMBD)是针对工程问题中大量存在的刚柔耦合多体系统,围绕其复杂动力学行为而推出的产品。软件可对由刚体和柔体组成的多体系统进行运动学、动力学、静力学及特征值分析,求解器采用向后差分格式对多体动力学模型生成的微分代数方程组进行动力学积分,完成上万甚至百万广义坐标的求解。软件支持几何精确法 / 浮动坐标法 / 任意拉格朗日欧拉方法描述的单元类型,具备丰富的约束和连接库、驱动和力库,具备完善的刚柔接触分析能力。产品支持基于子系统的装配,在大变形柔性体描述、索驱机构模拟及移动接触问题求解方面具备一定优势。产品已成功应用于航空、航天、汽车、轨道交通、机械、工业装备、能源装备、生物力学和机器人等领域。 云道智造-Simdroid 集成于云道智造多物理场平台伏图旗下的多体动力学软件,具备常用的约束、驱动、作用力和柔性连接等功能,支持HHT-I3和隐式Euler积分器,能够进行动力学、运动学、静平衡分析,可基于有限元柔性体进行刚柔耦合分析,支持与控制系统进行联合仿真,具备仿真结果的实时显示和强大的后处理功能。 十沣科技- TF-DCAMS TF-DCAMS是一款多体动力学软件,可对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析,并输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。该软件可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞接触、峰值载荷以及受迫振动分析、刚柔耦合分析和控制联合仿真分析等。 TF-DCAMS的刚体动力学求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程方法,能自动建立系统动力学方程,对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。其刚柔耦合仿真求解器引入结构功能单元,能更准确地反应结构的真实状态,且自由度大大降低。 TF-DCAMS广泛适用于工业机器人、工程机械、汽车与轨道交通、数控机床、电器电子、航空航天等领域。 来源:一起CAE吧

未登录
还没有评论
课程
培训
服务
行家
VIP会员 学习计划 福利任务
下载APP
联系我们
帮助与反馈