使用動態分析的時機
靜態研究假設負載為常量或是套用的速度非常緩慢直到它們到達完整的值為止。鑒於此項假設,每個模型粒子的速度和加速度皆假設為零。因此靜態研究忽略慣性與阻尼力。
在許多實際的情況中負載並非緩慢地套用或者會隨著時間或頻率而變化。如果是這種情況請使用動態研究。一般而言,如果負載頻率大於最低(基礎)頻率的
1/3,則應該使用動態研究。
線性動態研究是以頻率研究為基礎。軟體會藉由累積每個模式對於負載環境的貢獻來計算模型的反應。在多數的情況下,只有較低的模式才會對反應做出明顯的貢獻。模式的貢獻需視負載的頻率內容、強度、方向、時間長度和位置而定。
動態分析的目標包括:
動作方程式
單一自由度 (SDOF) 系統
考量簡易質量彈力系統。質量 (m) 會承受 u 方向的力 F(t) 而成為時間函數。僅允許質量以
u 方向移動,因此這是一個單一自由度 (SDOF) 系統。動作會受到勁度彈力 (k) 的抵抗
.
在時間 (t) 為此系統寫入牛頓第二定律(力等於質量乘以加速度)會產生:
F(t)-ku(t) = mu..(t)
或:
mu..(t)
+ ku(t) = F(t)
其中︰
u..(t)
是時間 (t) 時的質量的加速度,它等於相對於時間的 u 的第二個衍生值
k = 彈力的勁度
理論上,如果質量已經移動並且釋放時,它會繼續以相同的振幅永久振動。實際上,質量會逐漸以較小的振幅振動直到其靜止為止。此現象稱為阻尼,而它是透過摩擦以及其他效應產生的能量損失所造成。阻尼是一種複雜的現象。在這裡的討論中,我們假設阻尼力與速度成正比。這種阻尼類型稱為黏性阻尼。
考慮阻尼時,上面的方程式會變成:
mu..(t)
+ cu.(t) + ku(t) = F(t)
其中︰
u.(t)
是時間 (t) 時的質量的速度,它等於相對於時間的 u 的第一個衍生值
注意:在靜態研究中,速度與加速度因為太小而能夠忽略,而
F 和 u 並不是時間函數。上面的方程式會縮減成:F=ku。
多重自由度 (MDOF) 系統
在多重自由度 (MDOF) 系統方面,m、c 和 k 會成為矩陣而非單一值,而動作方程式會以下列形式表示:
,其中
[M]:質量矩陣
[K]:勁度矩陣
[C]:阻尼矩陣
{u(t)}:時間
t 的位移向量(每個節點的位移零組件)
時間 t 的加速度向量(每個節點的加速度零組件)
時間 t 的速度向量(每個節點的速度零組件)
{f(t)}:隨時間變化的負載向量(每個節點的力零組件)
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