首页/文章/ 详情

从四个角度说明,为什么准确仿真振动应力是很难的!

1年前浏览7236







00              

           
背景            


    通用振动分析可以大致分为模态分析、谐响应分析、响应谱分析、随机振动分析和瞬态分析(隐式)。

    模态分析不研究结构的振动响应,只研究结构自身的振动特性。谐响应分析、响应谱分析、随机振动分析和瞬态分析(隐式)属于振动响应分析。

模态分析、谐响应分析、响应谱分析、随机振动分析频域分析,只支持线性分析
瞬态分析(隐式)时域分析,支持非线性分析
模态分析振动特性分析
谐响应分析、响应谱分析、随机振动分析、瞬态分析(隐式)振动响应分析


    昨天有学员问我们,怎么根据动力学仿真结果对产品进行评估,这是一个好问题。因为目前很多仿真课程就是做做案例,展示仿真效果和流程,很少能讲清楚如何将仿真结果用于产品评估。


    就强度评估来说,结构动力学强度评估和静力学的强度评估,既有相同,也有不同。相同之处在于,它们的最终评估规则都是仿真应力要小于许用应力。不同之处在于,准确仿真结构振动应力的难度一般远远超过静力仿真。为什么振动应力的准确仿真如此之难呢?笔者可以从四个角度来阐述,它们分别是:线性度、高频、阻尼、激励



01              

           
线性度            


    无论是静力学分析还是动力学分析,实际结构都是非线性的。

    模态分析、谐响应分析、响应谱分析、随机振动分析只支持线性分析,所以对于非线性程度高的结构来说,这些仿真类型本身就存在困难。

    瞬态分析(隐式)虽然支持非线性,但实践经验表明,考虑非线性的振动响应分析的准确度更难以把握。

    就目前来说,对于线性度高的结构,振动仿真分析才有一定的参考价值和应用空间



02              

           
高频            


    仿真分析中的高频结果对仿真建模细节非常敏感。有限元分析中常规的去除倒角、填充小孔等操作、以及连接刚度的细微差异,对静力学分析一般不会造成很大误差而能接受,但对振动分析的高频振动部分影响是很大的。

    如果分析者关注结构振动的高频部分,那么仿真建模的规则需要重新研究,不能直接应用静力学建模的那一套经验。虽然大部分情况下,结构振动应力主要由低阶振动引起,但无法获得高频部分的准确结果,对总的振动应力仿真精度肯定也会存在一定影响。



03              

           
阻尼
           


    阻尼的理论模型非常复杂,充满吸引力;实际结构的阻尼分布和特点也非常复杂,让人向往。所以很多分析人员在做振动分析的时候,对阻尼都给与了过多的注意力。

    笔者的观点恰恰相反!笔者认为,阻尼就是因为复杂所以不需要过多关注。笔者的观点和仿真软件是一致的。第一,仿真软件提供的阻尼模型非常有限和简单,仿真软件对阻尼的考虑不以理论模型作为重点,其实更多是出于计算方便;第二,实际结构的阻尼分布和大小难于准确获得,通过试验也只能把握住单位周期的耗能等效,所以即便仿真软件提供更多的阻尼模型,参数也难以合理设置。



    虽然阻尼如此之复杂,仿真软件提供的设置方法如此之简单。但不得不提的是,在共振频率附近,结构的振动响应对阻尼是非常敏感的。通过一根简支梁谐响应分析即可表明。

    简支梁,无阻尼模态分析,第一阶弯曲模态。

    无阻尼谐响应分析,位移频响曲线。

    结构阻尼系数为0.01,位移频响曲线


    结构阻尼系数为0.02,位移频响曲线。


    结构阻尼系数为0.03,位移频响曲线。


    汇总各阻尼下的共振位移幅值。可以看出在小阻尼下,共振幅值对阻尼是非常敏感的。


    由此可见,在缺乏结构的等效阻尼数据情况下(大部分情况下是缺乏的),分析者想获得准确的振动应力是很难的,尤其是获得发生共振情况下的振动应力,更难。



04              

           
激励            


    相比静力学分析,振动分析的动态载荷一般难以获得,并且复杂很多。

    比如,谐响应分析用于研究结构在简谐激励下的振动响应,非常适用于激励源是旋转设备的场景(因为旋转设备引起的振动激励主要为简谐激励)。但事实没那么简单,拿电机来说,激振力不仅包含了转频,还包含倍频,以及一些电磁频率。如果仅仅只研究转频激励的振动响应,对总的振动应力仿真精度肯定会存在一定影响。

    还比如,随机振动分析用于结构在随机振动下的振动响应,分析者输入标准PSD谱和结构实际经历的随机振动必然是不一样。既然PSD谱有误差,那么准确获得振动应力也是不可能的。



05              

           
总结            


    总结上文的主要结论:

    1)在振动分析中考虑非线性效应,难度很大;

    2)在振动分析中考虑高频振动,难度很大。

    3)结构的阻尼难以准确了解,影响振动分析结果;

    3)振动的激励难以准确了解,影响振动分析结果;

    虽然准确仿真振动应力是很难的,但是这不表明我们不用做振动分析。笔者认为,振动分析应该以频率、振型、主要激励、低阶振动、定性分析、趋势分析为研究目的,虽然不能或者无法获得准确的振动应力及其它振动响应,但在工程层面来说,把握住问题的主要规律往往就能解决问题,顺利的完成产品动力学评估。



来源:华仿CAE

LS-DYNAWorkbenchDeformFKM静力学振动显式动力学非线性通用新能源理论电机GID单元技术试验
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:2023-11-23
最近编辑:1年前
华仿CAE
硕士 致力于推广工程仿真技术
获赞 361粉丝 601文章 559课程 6
点赞
收藏
未登录
还没有评论
课程
培训
服务
行家
VIP会员 学习 福利任务 兑换礼品
下载APP
联系我们
帮助与反馈