單自由度彈簧阻尼器仿真分析+理論計算

較詳細的進行了理論計算,進行了固有頻率分析,衰減振動分析,線性彈簧及非線性彈簧的變形與力分析

KCM.gif


一、數學模型:
本練習為單自由度系統,其中:M=187.224Kg, K=5.0N/mm, C=0.05N.sec/mm, Lo=400mm, Fo=0。
以靜平衡位置為原點建立坐標,由牛頓定律得到運動方程:
(1)令:其中 n 稱為衰減系數,單位為1/s; 是相應的無阻尼的固有頻率,式(1.1)可以寫成:
(2)進一步令: ,其中ξ 稱為相對阻尼系數,或稱阻尼比,則(2)可寫為:
(3)在ξ < 1,即處于欠阻尼狀態時,系統振幅按指數規律衰減的簡諧振動,也稱為衰減振動,可令:
(4)如圖2所示,其中 為有阻尼固有頻率:
(5)其中減幅系數η :
(6)其中無阻尼時的振動周期 和固有頻率 :
(s)
(Hz),  
二、 ADAMS 模型建立:
彈簧阻尼器模型建立過程較為簡單,如下圖3所示,具體操作過程詳見視頻教程:
三、固有頻率分析:
回到彈簧阻尼器,將各項參數帶入可得:
這里要注意的是帶入的各個變量的單位為國際單位制,統一各個變量的單位。
在ADAMS中進行仿真計算可得,見表1:(附件:Frequency)




EIGEN VALUES (Time = 0.0)FREQUENCY UNITS: (Hz) 表1
MODE NUMBER
UNDAMPED NATURAL FREQUENCY
DAMPING RATIO
REAL
IMAGINARY
1
8.224782E-001
2.583888E-002
-2.125191E-002
+/- 8.222036E-001
四、衰減振動分析:
由理論分析可知, 測量SPRING_1_MEA_dispace.Q即為公式(4)的x,具體的衰減過程如圖4所示。
減幅系數 的計算,可根據公式(6)進行計算:
理論值:
測量值: (備注:取前兩個峰值計算)
上述衰減過程只是一個感性的認識,有興趣的朋友可以通過模型的已知參數帶入到公式(4)中,并根據初始條件計算出該模型的理論振型函數,與仿真結果進行對比分析。
四、非線性彈簧仿真
為了模擬非線性彈簧,需要導入彈簧的剛度系數,然后借助SFORCE來模擬。具體操作步驟為:
1、導入彈簧剛度系數:
建立彈簧剛度系數文件:創建SpringAttribution.txt文件,內容如下圖5所示。利用file-import將給文件導入,建立Spline曲線。具體操作過程及結果如下圖6、7所示。
2、建立非線性彈簧:
與上一模型不同之處,即將彈簧用SFOCE代替,其他設置過程完全一樣,模型如圖7所示。將SFORCE_2的Function設置為:-AKISPL (DM (MARKER_11, PART_3.cm)-400, 0, SPLINE_1, 0)
-AKISPL (DM (MARKER_11, PART_3.cm)-400, 0, SPLINE_1, 0)
格式:AKISPL (First Independent Variable, Second Independent Variable,Spline Name, Derivative Order)
參數說明:
First Independent Variable——Spline中的第一個自變量可以為時間time也可以為距離的函數,本例中為距離函數DM(MARKER, MARKER);
Second Independent Variable (可選)——Spline中的第二自變量必須為0 ;
Spline Name——數據單元Spline的名稱 ,本例為Spline_1;
Derivative Order (可選) ——插值點的微分階數,一般用0就可以了,1表示1次求導,本例為0
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