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车辆结构有限元分析及动力学响应探讨

时间:2023-08-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:当结构承受任意随时间变化的载荷时,瞬态动力学分析可用于确定其动力学响应。图8-1 雪佛兰皮卡碰撞有限元模型图8-1是乔治·华盛顿大学公布的雪佛兰皮卡有限元模型。这一模型包含部件679个,节点数942677个,板壳单元873144个,梁单元数量2662个,实体单元数量53293个,单元总数929131个。有时动力学分析中可以忽略非线性因素影响;③了解问题的动力学特性,首先通过模态分析计算结构的固有频率和模态,为瞬态分析准备数据。

车辆结构有限元分析及动力学响应探讨

当结构承受任意随时间变化的载荷时,瞬态动力学分析(亦称时间历程分析)可用于确定其动力学响应。瞬态动力学分析可以确定结构在稳态载荷、瞬态载荷和简谐载荷随意组合作用下随时间变化的位移、应变、应力及力。载荷和时间的相关性使得惯性力和阻尼作用比较重要。如果惯性力和阻尼作用不重要,就可以用静力学分析代替瞬态分析。

瞬态动力学的基本运动方程是:

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式中,M是质量矩阵C是阻尼矩阵;K刚度矩阵;978-7-111-43416-0-Chapter08-2.jpg是节点加速度向量;978-7-111-43416-0-Chapter08-3.jpg是节点速度向量;u是节点位移向量。

对于任意给定的时间t,这些方程可看做一系列考虑了惯性力(978-7-111-43416-0-Chapter08-4.jpg)和阻尼力(978-7-111-43416-0-Chapter08-5.jpg)的静力学平衡方程。ANSYS程序使用Newmark时间积分方法在离散的时间点上求解这些方程。两个连续时间点间的时间增量称为积分时间步长(integration time step)。

ANSYS为瞬态动力学分析提供了三种方法,即Full法、Reduced法和模态叠加法。在ANSYS/LinearPlus中只能采用模态叠加法求解。关于三种方法的优缺点在第7章已经进行了说明,这里不再赘述。

分析汽车防撞板是否可以承受低速冲击,汽车过凸起引起汽车振动的响应等问题都需要进行瞬态动力学分析。

978-7-111-43416-0-Chapter08-6.jpg(www.xing528.com)

图8-1 雪佛兰皮卡碰撞有限元模型

图8-1是乔治·华盛顿大学公布的雪佛兰皮卡有限元模型。这一模型包含部件679个,节点数942677个,板壳单元873144个,梁单元数量2662个,实体单元数量53293个,单元总数929131个。

这一模型可以用于模拟大部分碰撞工况,材料特性数据源于实验,并且在正碰实验中得到了验证,图8-2是正碰仿真实验与实际实验对比。

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图8-2 正碰仿真实验与实际实验对比

对于复杂结构的瞬态动力学分析,在正式进行分析之前需要进行如下准备工作:①建立验证模型:按照一般的原则,首先需要建立一个比较简单的模型,验证分析设置是否可靠(模型最好是经过实验验证的);②分析非线性因素的影响,如果结构分析中包括非线性因素,应该首先通过静力分析了解非线性特性对结构的影响机理,然后相应地调整分析模型。有时动力学分析中可以忽略非线性因素影响;③了解问题的动力学特性,首先通过模态分析计算结构的固有频率和模态,为瞬态分析准备数据。

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