褚教授课程笔记 | 结构动力学简介

BK声学与振动

结构动力学简介

什么是结构动力学分析？
了解结构的实际动态行为和 / 或固有动态特性，以提高安全性、可靠性、能耗和舒适性。

在哪里使用？
结构动力学分析用于设计验证、认证测试、故障排除、“假设”场景预测、装配分析、基准测试、结构健康监测等。

分析如何进行？
基于测量（也称为实验测试）或基于计算机模拟（也称为仿真分析）

仿真结果通常与测试结果相关联，使用模型相关性来更新和改进仿真模型以提供更好的预测


测量如何进行？  
仅测量结构在自然载荷下的响应（ODS、OMA），或在一个或多个自由度（DOF）上施加激励力并同时测量激励力和响应（EMA）

EMA中可以使用力锤激励，亦可以使用一个或多个模态激振器激励

测量多个响应自由度的响应，可使用单轴或三轴加速度计

测试从使用一个力锤和一个加速度计的双通道锤击测试，到具有超过10个模态激励器和1000个响应自由度的大型模态测量


结构动力学简介——测试

定义
通过实验手段（测试）获得结构特性和/或行为的表征。

方法
在真实激励和实际边界条件下进行原位测量（例如ODS和OMA）

在受控激励和受控边界条件下的受控测量（例如，经典模态分析）


优点
实际物理结构的表征，对结果有信心

轻松快速地执行测量和进行后分析

相对便宜的仪器，特别是对于较小的设置


缺点
需要可用的物理测试对象

如果需要进行多次修改，则变得耗时且昂贵


结构动力学简介——仿真

定义
通过有限元仿真手段获得结构特性和/或行为的表征。

方法
使用有限元分析（FEA）程序（例如Nastran®、Ansys®、Abaqus®和 I-deas）
进行分析。


优点
缩短从概念到生产的时间

减少产品开发所需的原型数量


缺点
通常不包括（准确的）阻尼信息

初始模型的准确性往往不够


结构动力学简介——测试-有限元集成


测试-有限元集成能将测试及有限元的优缺点相互弥补。通过优化测试策略和改进有限元模型，缩短从概念设计到生产的周期。

下图是典型的逻辑图。一方面可以基于有限元分析结果进行预试验，指导测试怎么进行，或如何进行测量模型的规划；另一方面，在有了一个物理原型并获得实验结果之后，就能够获得包含阻尼的完整模态信息，基于这样的信息，能够完善有限元模型。

这是一个循环的过程，二者可以进行相关性分析，从而知道两个模型，特别是有限元模型，哪些地方具有不足需要改进，将有限元模型调校好之后，就可以进行一些模型更新或改进预测，将改进后与改进前相比较，从而获得解决实际问题的可行方案。




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