常用CAE分析類型

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1、常用CAE分析類型作者：冒小萍審校：顧伯達(dá)適用版本：所有CAE軟件CAE分析時(shí)根據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)際工況準(zhǔn)確判斷分析類型至關(guān)重要，根據(jù)分析類型我們決定采用何種分析軟件進(jìn)行分析求解更合理。如果分析類型判斷不準(zhǔn)確，或者rti于軟件功能限制不能完成某種分析類型而做過(guò)多的簡(jiǎn)化，分析的結(jié)果是不可靠的，對(duì)實(shí)際工程項(xiàng)冃沒(méi)有多少參考價(jià)值。目前我們常用的結(jié)構(gòu)分析類型主要有以下幾種：1.線性結(jié)構(gòu)靜力分析結(jié)構(gòu)線性靜力分析是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核的基礎(chǔ)，主要是計(jì)算在固定不變的載荷作用下（包含rti定常加速度引起的平衡慣性載荷）結(jié)構(gòu)的響應(yīng)（位移、應(yīng)力、應(yīng)變和力），不考慮慣性和阻尼的影響；固定不變的載荷和響應(yīng)是一種假定，即假定載

2、荷和結(jié)構(gòu)的響應(yīng)隨時(shí)間的變化非常緩慢。結(jié)構(gòu)線性靜力分析中，假定結(jié)構(gòu)中的工作應(yīng)力小于結(jié)構(gòu)材料的屈服應(yīng)力，因此應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系服從虎克定理，具有線性關(guān)系.同時(shí)結(jié)構(gòu)的變形（位移）相對(duì)結(jié)構(gòu)的總體尺寸來(lái)說(shuō)，又是很小的，所以問(wèn)題可以用線性方程計(jì)算.從應(yīng)用的角度看，多數(shù)情況卜，結(jié)構(gòu)的線性分析是評(píng)估很多結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題的最有效的方法.2.模態(tài)分析結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析是結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析的基礎(chǔ)。模態(tài)也就是結(jié)構(gòu)產(chǎn)生自rti振動(dòng)時(shí)的振動(dòng)形態(tài)，也稱為振型.每一個(gè)自rti振動(dòng)的固有頻率都對(duì)應(yīng)一個(gè)振型，一般說(shuō)系統(tǒng)有多少口由度就有多少個(gè)固有頻率。實(shí)際的分析對(duì)象是連續(xù)體，具有無(wú)限多的自由度,所以其模態(tài)具有無(wú)窮階，要求用彈性動(dòng)力學(xué)的偏微分方程

3、解決,因?yàn)閷?shí)際結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，…般無(wú)法得到封閉解，通常都是用近似的方法來(lái)求解.有限單元法就是一種常用的近似方法，可以比較正確的計(jì)算岀足夠多的結(jié)構(gòu)振動(dòng)模態(tài).有限元中模態(tài)分析的本質(zhì)是求方程的特征值問(wèn)題，所分析的結(jié)構(gòu)振動(dòng)模態(tài)的“階數(shù)”就是指要求的對(duì)應(yīng)數(shù)學(xué)方程的特征值的個(gè)數(shù)。將特征值從小到大排列就是階次。模態(tài)分析的目標(biāo)是確定系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)，即系統(tǒng)的各階固有頻率和振型，為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動(dòng)力特性分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。屈曲分析在通常的結(jié)構(gòu)分析中，結(jié)構(gòu)處于一個(gè)穩(wěn)定平衡的狀態(tài)。但是有一些承受較大壓應(yīng)力的細(xì)薄結(jié)構(gòu)，例如細(xì)長(zhǎng)的受壓桿，受到較大水壓的深海容器等，當(dāng)它們所受到的壓應(yīng)力達(dá)到某個(gè)臨界值時(shí)，原來(lái)的平衡狀態(tài)就

4、會(huì)變得不穩(wěn)定，受壓的直桿會(huì)因?yàn)槭シ€(wěn)定性而變彎曲，受到高水壓的容器會(huì)因?yàn)槭Х€(wěn)而壓癟?屈曲分析就是-種用于確定結(jié)構(gòu)失去穩(wěn)定性的臨界載荷和屈曲模態(tài)形狀的技術(shù)。廣泛應(yīng)用于細(xì)薄結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析中.3.非線性結(jié)構(gòu)分析固體力學(xué)從本質(zhì)上講是非線性的，線性假設(shè)是實(shí)際問(wèn)題的一種簡(jiǎn)化，在分析線彈性體系時(shí)，假設(shè)節(jié)點(diǎn)位移無(wú)限小，材料的應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系滿足虎克定律，加載時(shí)邊界條件保持不變，若不滿足上述條件之一就會(huì)形成非線性問(wèn)題；結(jié)構(gòu)非線性問(wèn)題主要有：1)幾何非線性：如果結(jié)構(gòu)的變形比較大，使應(yīng)力和應(yīng)變之間不能再用線性關(guān)系來(lái)表示，很大的位移也可能使外力之間的平衡關(guān)系改變，以致不能繼續(xù)采用線性分析，這種非線性問(wèn)題稱為幾何非

5、線性，比如大位移小應(yīng)變，大位移大應(yīng)變。2)材料非線性：由于載荷過(guò)大等因素的影響，當(dāng)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力達(dá)到或超過(guò)材料的屈服應(yīng)力時(shí)，材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系不再符合虎克定律，也可能一些材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系本來(lái)就不服從虎克定理，這種問(wèn)題統(tǒng)稱為材料非線性問(wèn)題，如彈塑性問(wèn)題，超彈性問(wèn)題和蠕變問(wèn)題等。3)邊界非線性：接觸問(wèn)題，系統(tǒng)的剛度由于系統(tǒng)狀態(tài)的改變?cè)诓煌抵g突然變化；接觸是一種很普遍的非線性行為，需要較大的計(jì)算資源，為了進(jìn)行有效的計(jì)算理解問(wèn)題的特性和建立合理的模型是很重要的。接觸問(wèn)題有兩大難點(diǎn)：a)在求解問(wèn)題Z前，不知道接觸區(qū)域表面之間是接觸的、分開的還是突然變化的,這隨著載荷、材料、邊界條件等因素而定；

6、b）接觸問(wèn)題常需要計(jì)算摩擦，各種摩擦模型是非線性的，這使得問(wèn)題得收斂變得困難；3.動(dòng)力響應(yīng)分析在動(dòng)載荷（載荷大小、方向和作用點(diǎn)隨時(shí)間變化）作用下,結(jié)構(gòu)上相應(yīng)的位移、應(yīng)力和應(yīng)變不僅隨空間位置變化，而且隨吋間變化。結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)解決兩個(gè)問(wèn)題：一是尋求結(jié)構(gòu)的固有頻率和主振型，了解振動(dòng)特性；另一個(gè)就是分析結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)特性，計(jì)算結(jié)構(gòu)受到動(dòng)載荷時(shí)的動(dòng)位移，動(dòng)應(yīng)力和動(dòng)應(yīng)變的大小及其變化規(guī)律。根據(jù)動(dòng)載荷的不同，動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算主要分以下幾類頻率響應(yīng)分析：主要用于計(jì)算結(jié)構(gòu)在簡(jiǎn)激勵(lì)作用下的穩(wěn)態(tài)動(dòng)力響應(yīng)。頻率響應(yīng)分析中，載荷是時(shí)間的諧函數(shù)，需耍指定它的大小，頻率和相位.頻率響應(yīng)分析限于線彈性結(jié)構(gòu).a）?直接頻率響應(yīng)

7、分析直接頻率響應(yīng)通過(guò)求解整個(gè)模型的阻尼耦合方程，得出各頻率對(duì)于外載荷的響應(yīng)。該類分析在頻域中主要求解二類問(wèn)題。第一類問(wèn)題是求結(jié)構(gòu)在一個(gè)穩(wěn)定的周期性正弦外力譜的作用下的響應(yīng)。結(jié)構(gòu)可以具有粘性阻尼和結(jié)構(gòu)阻尼，分析得到復(fù)位移、速度、加速度、約束力、單元力和單元應(yīng)力。這些量可以進(jìn)行正則化以獲得傳遞函數(shù)。第二類問(wèn)題是求解結(jié)構(gòu)在一個(gè)穩(wěn)態(tài)隨機(jī)載荷作用下的響應(yīng)。此載荷由它的互功率譜密度所定義。而結(jié)構(gòu)載荷rti上面所提到的傳遞函數(shù)來(lái)表征，分析得出位移