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[问题讨论] 悬臂梁瞬态加载结果分析求教

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发表于 2012-11-11 16:45:30 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 天津
本帖最后由 K_K 于 2012-11-11 17:25 编辑

希望各位大侠高手有时间指点,如果下面篇幅太长,可以直接下载附件word版本,当然内容是等效的。
描述
本人一直对瞬态分析一知半解,今天索性做了个例子来验证自己的所思所想,有的想法被证实,有的则以自己的水平无法解释,在此share以下,希望大家一起帮忙查找不足,解答疑惑。这次是验证一个500N的载荷突然加到一个悬臂梁后的作用效果,时间假定为0.01秒。使用workbenchclassic ansys都做了,模型、边界条件、载荷、时间都相同,结果如下所述,其中workbench的结果和我头脑中的想要的结果是一致的,但是classic ansys的结果我不知如何解释,请大家参与。
以下讨论的模型均如下图所示,一边固定,一边加向下的力载荷,模型尺寸为100X20X4mm,钢材。不同的是每次计算设置的刚度阻尼系数不同。

Workbench
模拟一:刚度阻尼系数为零
如下图对话框所示在analysis settings中将stiffness coefficient设置为零
以下是按照上述内容求解的位移,应力结果及其曲线。我所认为,刚度阻尼系数为零的情况下,结果应该是如下图所示,在整个计算的时间段内,位移和应力响应结果是这样振荡的。
模拟二:刚度阻尼系数为2e-4
如下图所示,将阻尼系数调整为2e-4,得到了我想看到的结果,位移和应力响应在不断的振荡过程中趋于平缓。
模拟三:不考虑瞬态过程,静力分析
下图显示了静力分析的位移和应力结果。
通过上面三个模拟的结果,基本也证实了我的想法,冲击或瞬态的过程,起初是一个不断在平衡点振荡的过程,随着时间的推移,振荡会趋于平缓甚至消失,达到稳态的结果。前两个模拟,如果去其振荡的中间值的话,结果应该和上图7所对应的位移和应力是一致的。
另在在观察前两个模拟刚一开始的幅值时,刚度阻尼系数为零的峰值高于刚度阻尼系数大于零的值,这是不是也在某种程度上说明了,阻尼能在一定程度上抑制峰值,而几乎是不改变响应的振荡频率?这点需要高手给予解释或支持。
Classic ansys
模型的尺寸大小相同,边界条件相同,载荷加在了悬臂梁一端的四个节点上,每个125N500N。瞬态过程使用0.01秒,和前面workbench相同,载荷子步为100步。
以下进行的阻尼设置均是在下图界面操作,不知道下图中的damping coefficient中的stiffness matrix multiplierworkbench中我设置的stiffness coefficient是不是一回事?
模拟四:阻尼系数都为零,只将stepped loading勾选
阻尼设置如上图9,均为零。从图12看不出犹如workbench中的振荡迹象。
模拟五:质量阻尼为零,刚度阻尼为2e-4
设置如下,为何workbench对比。从图16、17看出,虽然有变化但是与workbench结果不同。
模拟六:质量阻尼为零,刚度阻尼为2e-6的结果
过程如下图所示,图2122分别为设置了不同子步时结点29的位移。
模拟七:不考虑瞬态过程,静力分析
最终结果如下,请看图,和上述结果还是能够对应上。

疑问问题
1、  本文中,workbench中的stiffness coefficientclassic ansys中的stiffness matrix multiplier是否是同一概念,经过本文模拟好像不一样,因为设置同样的系数后,结果不同,还有就是classic ansys中的质量阻尼,在workbench中哪里去设置?
2、  workbench的振荡曲线来看,能够得出时间历程过程中的振荡频率,但是查看classic ansys的时间历程后处理器得到的结果,看不出振荡频率,而是根据子步数绘制的曲线?
如下图所示,在workbench中也像classic ansys一样输出了加载点node的位移时间曲线,和classic ansys的还是不同。

3、  Classic ansys中,为何会出现模拟四、模拟五的现象,没有发生振荡向平稳过渡,与我没有定义质量阻尼系数有关吗,可是我在workbench中同样没有设置质量阻尼系数。在classic ansys中,为何我设置刚度阻尼系数为零和2e-4时都没有振荡,而设置了2e-6后就出现了振荡?
4、  最后对比workbenchclassic ansys的稳态后的位移和应力结果,虽有差距,是不是也在接受范围之内?我看位移不是太大,应力差别较大,这是否与求解器直接求解的是结点位移,应力等其他结果都是由它推导而来有关?
5、  因为存在振荡,所出现的峰值应力要高于其稳态后的应力,那么这个峰值应力高于材料屈服极限,但稳态后的应力小于材料屈服极限的话,我们要怎么考虑?毕竟在作用过程中,出现了应力大于屈服强度的状况,还是说由于这个峰值出现时间极短,我们可以忽略掉,只关注振荡平稳后的应力即可?

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 楼主| 发表于 2012-11-13 08:44:30 | 显示全部楼层 来自 香港
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抢个沙发,但是我不顶!
盼望有人答复。
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发表于 2012-11-13 13:19:18 | 显示全部楼层 来自 新加坡
lz非常细心,我来凑个热闹。

1
  1. 通过上面三个模拟的结果,基本也证实了我的想法,冲击或瞬态的过程,起初是一个不断在平衡点振荡的过程,随着时间的推移,振荡会趋于平缓甚至消失,达到稳态的结果。
复制代码
Right。
  1. 另在在观察前两个模拟刚一开始的幅值时,刚度阻尼系数为零的峰值高于刚度阻尼系数大于零的值,这是不是也在某种程度上说明了,阻尼能在一定程度上抑制峰值,而几乎是不改变响应的振荡频率?
复制代码
Right。理论与实验均表明: 阻尼影响响应的峰值;对结构各阶自振频率,相应的频率影响甚微,特别是阻尼越小,影响越小。这个在振动力学或者结构动力学等教材上有理论公式。

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  1. 从workbench的振荡曲线来看,能够得出时间历程过程中的振荡频率,但是查看classic ansys的时间历程后处理器得到的结果,看不出振荡频率,而是根据子步数绘制的曲线?
复制代码
  1. (Ansys classic)载荷子步为100步
复制代码
是不是在ansys classic里面的输出不够密集? 二者用的是相同的求解器,结果相差应该很小的。lz可尝试把这个输出到500步看看。

4
  1. 因为存在振荡,所出现的峰值应力要高于其稳态后的应力,那么这个峰值应力高于材料屈服极限,但稳态后的应力小于材料屈服极限的话,我们要怎么考虑?毕竟在作用过程中,出现了应力大于屈服强度的状况,还是说由于这个峰值出现时间极短,我们可以忽略掉,只关注振荡平稳后的应力即可?
复制代码
这个问题就比较复杂了。首先,阻尼是一个等效的量,实际工程结构里面,能量多方耗散,难以一一量化,我们现在还比较妥帖的方法是设置一个等效的阻尼,来标定这些能量。但是阻尼的大小,你知道,即使经验丰富的科研人士或者工程师也不一定能把握得很准。我们现在一般是拿些阻尼试算。这个阻尼是否能实际标定结构的能量耗散还很难说,所以结构是否真的进入塑性也是个问题。 另外,因为结构的应力变化剧烈,这种损失的超越屈服应力的状态,往往对结构损伤不是很大,所以一般可以忽略。如果超过屈服应力很多的话,则对危险区域相加考虑,考察是否失效。这种情况下,即使 稳态之后的应力小于屈服应力,也还不能断定结构没有损伤。

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发表于 2012-11-16 11:29:11 | 显示全部楼层 来自 北京
感谢分享。
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