瞬态动力学分析用来研究时域载荷作用下的结构动力学响应问题。WELSIM提供的瞬态动力学分析方法包括:隐式动力学分析、显式动力学分析以及模态分析。下面我们来看一下如何使用WELSIM中的结构瞬态模块来求解线性动力学(Linear Dynamics)问题。
工况描述如下,悬臂梁一端固定,另一端承受大小方向不变的载荷冲击,需要了解弹性体是如何变形和运动的。
结构的尺寸,材料属性,和受力等参数如下:
长度 L = 10 mm
横截面积边长 a = 1 mm
杨氏模量 E = 4000 kgf/mm2
泊松比 v=0.3
质量密度 rho=1e-9 kg fs2/mm3
重力加速度 g= 9800 mm/s2
外力 F0 = 1 kgf
下面我们在WELSIM中来进行线性动力学分析。
首先设置材料属性。添加一个材料节点,并命名为myMaterial,设定杨氏模量为4000,泊松比为0.3,质量密度为1e-9。
设置分析类型,在FEM项目节点属性中,设置分析类型为瞬态(Transient),并使用默认的隐式(Implicit)时间求解。
模型建立。由于悬臂梁结构简单,可在WELSIM中使用Box几何体生成,设置大小为1x1x10。并赋予myMaterial材料属性。
在网格设置中,将最大单元尺寸设为0.3,选用高阶单元,共生成了4035个节点,2238个Tet10单元。
在Study节点设置分析结束时间,为t1=5e-3。
在StudySettings节点中,设置时间步长为1e-5。
边界条件。设置悬臂梁固定端的约束。
悬臂梁另一端点施加X负方向集中力1 kgf。且初始状态设为Equal to Step 1。
点击求解按钮。计算完成后,添加结果节点。
结果显示,在0.002秒时的X方向变形。右下角曲线窗口显示最大位移的波动曲线。
结果显示,在0.004秒时的X方向变形。
结果显示,在0.004秒时的von-Mises应力。
可以看到悬臂梁在固定载荷冲击下,由于弹性属性,会产生上下的往复震动。振幅和频率都能通过计算快速得到。本例中使用的是隐式时间求解器。WELSIM同时也提供了显示时间求解器。
本例保存在安装目录的examples/v18/linear_dynamics_cantilever_beam.wsdb中。