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基于ANSYS Workbench的动刚度的计算方法

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受外力作用的结构抵抗弹性变形的能力，称为刚度。刚度常用单位变形所需的力或力矩来表示。动刚度的定义如下：

K(jω) =F(jω)/X(jω)=-mω²+jcω+k （1）

可用激振力和系统的响应之间的比值关系，来表示系统的动态特性。由（1）式可知，动刚度是随频率变化的复值函数，与系统的质量、阻尼和静刚度有关，当频率为0时，即为静刚度。

动刚度则是用结构振动的频率来衡量（实际情况下，振动频率不同，刚度也不同）。图1为一单自由度系统动刚度曲线，如图中动刚度曲线的表达式所示，该曲线由三部分组成：刚度控制区域、阻尼控制区域、质量控制区域。其具体的含义如下：

刚度控制区域，在低频段，动刚度接近静刚度，幅值是k，表明共振频率以下的频率段主要用占主导地位的刚度项来描述。如果作用在系统的外力变化很慢，即外力变化的频率远小于结构的固有频率时，可以认为动刚度和静刚度基本相同。

质量控制区域，在高频段，动刚度的幅值为，表明共振频率以上的频率段主要用占主导地位的质量项来描述，这是因为质量在高频振动中，产生很大的惯性阻力。当外力的频率远大于结构的固有频率时，结构则不容易变形，即变形较小，此时结构的动刚度相对较大，也就是抵抗变形的能力强。

阻尼控制区域，在共振频率处动刚度的幅值下降明显，其幅值为，表明在共振频率处主要受阻尼控制。而在共振频率处，我们知道，结构很容易被外界激励起来，结构的变形最大，因而结构抵抗变形的能力最小，也就是动刚度最小。

由上述动刚度的原理可知，可以使用谐响应模块计算动刚度，即可以通过施加一个单位正弦载荷，通过扫频设置频率变化范围，得到某一点，某一方向的位移，然后求倒数即可得到该位置上的动刚度。如图所示，在模型的一点施加单位激励载荷。

完成计算后，获取如图所示的Y方向位移随频率变化曲线。

然后，将该数据导出，进行处理，则得到该位置上y方向的动刚度为

来源：ANSYS空间

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首次发布时间：2023-07-06