频率分析

每个结构都有以特定频率振动的趋势,这一频率也称作自然频率或共振频率。每个自然频率都与模型以该频率振动时趋向于呈现的特定形状相关,称为模式形状。

当结构被频率与其自然频率一致的动态载荷正常刺激时,会承受较大的位移和应力。这种现象就称为共振。对于无阻尼的系统,共振在理论上会导致无穷的运动。但阻尼会限制结构因共振载荷而产生的反应。

如果您的设计承受动态环境,则不能使用静态算例来估算响应。频率算例可帮助您避免共振和设计振动孤立系统。它们也构成估算线性动态系统的响应的基础;在该系统中动态环境的系统响应设想为与在分析中考虑到的模型的模式分布之和相等。

在某些设备的设计中需要共振。

实际模型有无穷多个自然频率。但有限元素模型的自然频率数目是有限的,等于模型中考虑的自由度数。在大多数情况下,只需要前几个模式。

自然频率和相应的模式形状取决于几何、材料属性和支撑条件。自然频率和模式形状的计算称为形态、频率和正常模式分析。

视频:模式形状范例(矩形板只沿其两条短边支撑的前几个模式形状的动画)。

频率分析中载荷的影响

在创建模型几何时,通常是根据模型的原始(未变形)形状创建。有些载荷,例如结构本身的重量,始终存在并且可能对结构的形状及其形态属性造成很大的影响。在许多情况下,此影响可以忽略,因为引发的偏差很小。

载荷会影响实体的形态特征。一般而言,压缩载荷会降低共振频率,而张力载荷会提高共振频率。通过更改小提琴琴弦的张力可以很容易证明这一事实。张力越大,频率(音调)就越高。

您不需要为频率算例定义任何载荷,但一旦为其定义了载荷,就需要考虑它们的影响。

要考虑载荷对共振频率的影响,必须使用 Direct Sparse 解算器。如果为频率算例定义了载荷而且“解算器”选项被设定为自动,则系统将会使用 Direct Sparse 解算器。

动态载荷

使用线性动态算例来计算由于动态载荷和基准激发而产生的响应。

使用线性动态算例时,不考虑载荷对频率和模式形状的影响,因为其计算基于无应力模型状态。 建议的替代方法是定义一个非线性动力学算例,以将能够改变模型模态特性的任何可能的应力硬化或应力软化效应考虑在内。

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