SolidWorks Simulation 有限元分析实例练习（26）：动态分析

本文将研究一根弯管受到450N的瞬态载荷时的动态响应。在进行动态分析之前，我们分析一次静态算例，以验证静态应力是低于材料屈服强度的。最后我们将研究不同载荷加载速度下，弯管的动态响应。

方法：

1.首先我们创建一个静态算例。

2.定义壳体为“粗厚”类型，厚度为4mm，材料与solidworks模型保持一致，即普通碳钢。同时将3个实体设置为“不包括在分析中”。

3.定义载荷，在弯管的如下图所示的面上施加450N的力，选定的方向为Right基准面。

4.将弯管的底部设置为固定几何体，如下图所示。

5.划分网格。

6.运行算例。我们可以得到如下图所示的位移结果，可以看到弯管顶部最大位移为1.84mm。

最大应力为43.9MPa，远小于普通碳钢的屈服强度220.6MPa。

在进行动态分析之前，我们最好进行一次频率分析。自然频率和振动模式在结构特征中是非常重要的，它们可以提供一些预见性的信息。

7.新建一个频率分析算例。

8.将静态分析算例中的壳体定义、夹具和网格拖入到此频率分析算例中。运行完算例之后，我们就可以获取这个模型的前5个自然频率，如下图所示。

注意到自然频率的最大周期约为0.04S，最小周期为0.003S，这两个值很重要。

接下来我们开始进行动态分析。动态分析的载荷加载情况分为两种，一种是载荷在0.5S内从0缓慢上升到450N，令一种为载荷在0.05S内由0上升到450N。

9.新建一个线性动力算例并点击“模态时间历史”，名称为slow force。

10.将静态算例中的壳体定义、夹具、载荷和网格拖入到此算例中。

11.编辑力，勾选“曲线”，点击编辑。

输入曲线名称为slow，按照下图设置数据。（点击序号即可插入新的行）

12.设置算例属性。点击算例“slow force”鼠标右键选择“属性”，在频率选项中设置频率数为5。

13.点击“动态选项”，设置时间增量为0.0003，即自然频率的最小周期0.003的十分之一。

14.右键单击“结果选项”，按照下图所示的顺序进行设置。在步骤号的结束中输入3500，增量设置为10（每隔10次计算保存一次结果），因为1/0.0003约等于3334个增量，所以这里取增量为3500。

运行算例，我们可以得到如下图所示的结果。我们可以看到弯管的最大变形为1.81，和静态算例中非常接近。原因是载荷加载的速度很缓慢，这也是静态分析最基本的假设之一。

15.点击“结果”文件夹选择“瞬态传感器图表”，按照如下图所示进行设置。

我们可以得到弯管发生了持续振荡，由于没有阻尼，所以振荡将不会衰减。由于存在振动和每隔10次计算保存一次计算结果，因此最后一步的最大位移不一定是所有时间步的最大位移。

16.如何求出整个过程中的最大变形呢？

编辑定义位移图解，按照下图所示即可得到。

我们可以看到所有保存的计算结果中的最大位移为1.84和静态算例非常接近。

17.接下来我们复制slow force算例，创建一个线性动态算例，名称为fast force。

18.编辑力，如下图所示，载荷在0.05S内由0上升到450N。

19.运行算例。我们可以得到最后一个时间步弯管对应的最大变形为1.59mm。

20.按照步骤16的操作，显示所有保存的计算结果中的最大变形，从下图可知，最大变形量为2.25mm。

21.生成末端位移图解，我们可以看到振荡幅度明显提高。

从上面的计算中可知：缓慢加载载荷的动态分析的结果非常解决静态分析的结果，这也验证了静态分析的基本假设，即作用力必须随时间缓慢加载，以减少惯性力的影响。快速加载载荷，得到的分析结果和前面的分析完全不同，这是由惯性效果导致。