頻域分析的實(shí)例教程
主流的汽車零部件制造商為了提高研發(fā)效率及降低試驗(yàn)失敗風(fēng)險(xiǎn),紛紛建立起CAE仿真分析能力。CAE在疲勞分析領(lǐng)域中,可以在概念階段發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷,提前發(fā)現(xiàn)失效風(fēng)險(xiǎn)。
1. 常用的疲勞分析方法
目前,常見的疲勞分析方法有:準(zhǔn)靜態(tài)分析法、時(shí)域(瞬態(tài))分析法、頻域分析法。
PSD和諧響應(yīng)分析都屬于頻域分析方法。PSD分析實(shí)際上是使用PSD譜作為輸入條件的一種分析方法,在ANSYS中這一分析過程被稱作隨機(jī)振動(dòng)分析。諧響應(yīng)分析是使用正弦激勵(lì)作為輸入條件的一種分析方法,“諧”指的就是正弦信號(hào)。諧響應(yīng)分析可以模擬定頻振動(dòng)試驗(yàn)。
準(zhǔn)靜態(tài)分析法: 當(dāng)加載足夠緩慢,慣性力可以忽略時(shí),在過程中任意時(shí)刻,系統(tǒng)都無限地接近平衡態(tài),因而任何時(shí)刻系統(tǒng)的狀態(tài)都可以當(dāng)平衡態(tài)處理。在這種前提下,可以用靜態(tài)求解所得的靜態(tài)應(yīng)力來模擬實(shí)際情況。業(yè)內(nèi)部分分析從業(yè)者有這樣的共識(shí):當(dāng)激勵(lì)頻率低于分析對(duì)象固有頻率的1/3時(shí),可以用靜力分析結(jié)果代替實(shí)際應(yīng)力。遺憾的是,這種情形在汽車上很少見。
時(shí)域(瞬態(tài))分析法:受到汽車行駛速度、路面波長(zhǎng)、車載振動(dòng)源激勵(lì)的影響,汽車零部件所處的振動(dòng)環(huán)境是十分復(fù)雜的,這些振動(dòng)激勵(lì)包含有不同的頻率、振幅和相位。當(dāng)振動(dòng)激勵(lì)作用在被分析對(duì)象上,可能引起整體共振或局部共振。因此需要在動(dòng)力學(xué)模型下考慮這個(gè)過程。
韓國某發(fā)動(dòng)機(jī)公司水泵的時(shí)域分析:
頻域分析法:時(shí)域分析計(jì)算量非常龐大,用時(shí)域分析進(jìn)行動(dòng)力學(xué)計(jì)算是海量的計(jì)算工作。有限元方法的頻域響應(yīng)分析可以極大地簡(jiǎn)化問題的復(fù)雜性。分析人員可以對(duì)結(jié)構(gòu)的有限元模型先做一個(gè)頻域響應(yīng)分析,得到結(jié)構(gòu)的應(yīng)力與激勵(lì)的傳遞函數(shù)。
展開 培訓(xùn)主要內(nèi)容:
介紹:LS-DYNA的NVH,疲勞和頻域分析功能和應(yīng)用概述;
前后處理:使用LS-PrePost 的NVH界面進(jìn)行關(guān)鍵字設(shè)置;使用LS-PrePost的Post功能處理頻域數(shù)據(jù)庫文件
頻域振動(dòng)分析
頻率響應(yīng)函數(shù)
簡(jiǎn)諧荷載下的穩(wěn)態(tài)振動(dòng)(含ERP)
隨機(jī)振動(dòng)
響應(yīng)譜分析(含DDAM)
頻域聲學(xué)分析
邊界元法
有限元法
聲場(chǎng)特征值分析
ATV和MATV技術(shù)
頻域疲勞分析
隨機(jī)振動(dòng)下的疲勞分析
穩(wěn)態(tài)振動(dòng)(掃頻)下的疲勞分析
時(shí)域疲勞分析
基于應(yīng)力的時(shí)域疲勞分析
基于應(yīng)變的時(shí)域疲勞分析
多軸疲勞
平均應(yīng)力修正
動(dòng)態(tài)疲勞分析
汽車NVH例子:白車身的頻率響應(yīng)函數(shù);動(dòng)態(tài)剛度與噪聲傳遞函數(shù);汽車輻射的噪聲;汽車輪胎噪聲;汽車消聲器的傳遞損失分析;汽車制動(dòng)噪聲分析(Brake Squeal)
NVH新分析功能介紹:使用IGA進(jìn)行NVH分析;統(tǒng)計(jì)能量法;
練習(xí):習(xí)題;頻域關(guān)鍵字的設(shè)定;結(jié)果后處理;頻域數(shù)據(jù)庫文件
三、培訓(xùn)費(fèi)
培訓(xùn)費(fèi)(含講義資料費(fèi)、培訓(xùn)費(fèi)、證書費(fèi),工作餐) 。3000 元/每人
以上費(fèi)用不含住宿費(fèi)。
培訓(xùn)工作由上海仿坤軟件科技有限公司承辦,并為學(xué)員出具正式發(fā)票。
凡報(bào)名參加培訓(xùn)經(jīng)考核結(jié)業(yè)的學(xué)員,均頒發(fā)上海仿坤軟件科技有限公司簽發(fā)的培訓(xùn)資格證書。
四、報(bào)名方式
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展開 摘自:上海仿坤(LS-DYNA China)官網(wǎng)
http://lsdyna-china.com/display/247772.html
摘要
LS-DYNA?NVH及頻域分析主要為用戶提供頻域內(nèi)振動(dòng)、聲學(xué)和疲勞分析計(jì)算功能。它們包括頻率響應(yīng)函數(shù)、穩(wěn)態(tài)振動(dòng)、隨機(jī)振動(dòng)與隨機(jī)疲勞、反應(yīng)譜分析,邊界元和有限元聲學(xué)等內(nèi)容。這些計(jì)算功能主要為汽車、航空、電子電器行業(yè)的用戶提供振動(dòng)、噪聲和結(jié)構(gòu)耐久性分析工具。為更好的向用戶介紹LS-DYNA的這些頻域分析功能,LSTC及代理商安排了一系列的培訓(xùn)課程。以下是培訓(xùn)課程中的幾個(gè)案例。
引言
1. 汽車白車身模型的頻率響應(yīng)分析
車架是整車承載的主體。汽車行駛時(shí),由路面不平及發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)等部件引發(fā)車架振動(dòng)。分析和理解不同頻率下各種振動(dòng)的傳遞路徑對(duì)于汽車減震具有重要意義。
圖1是一個(gè)簡(jiǎn)化的汽車白車身模型。此模型共有約18萬節(jié)點(diǎn),16.5萬單元。A點(diǎn)為發(fā)動(dòng)機(jī)懸置安裝點(diǎn),B點(diǎn)為車身上任選的一點(diǎn)。由于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒,發(fā)動(dòng)機(jī)和轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)部件的不平衡和地面激勵(lì),A點(diǎn)將受到周期性的振動(dòng)激勵(lì)。此激勵(lì)將通過車身結(jié)構(gòu)傳遞到各處。通過頻率響應(yīng)分析,我們期望得到從A點(diǎn)到B點(diǎn)的荷載或能量傳遞關(guān)系。
在LS-DYNA中,我們采用基于模態(tài)分析的頻率響應(yīng)分析方法[1]。此方法可提供不同輸入、輸出類型的頻率響應(yīng)函數(shù)隨頻率變化的曲線。除模態(tài)分析的關(guān)鍵字外,使用的關(guān)鍵字還包括*FREQUENCY_DOMAIN_FRF。計(jì)算結(jié)果保存在文本文件FRF_AMPLITUDE和FRF_ANGLE中。對(duì)于圖1所示的模型,計(jì)算得到的加速度頻率響應(yīng)曲線如圖2所示。
2. 汽車車腔的聲學(xué)分析
汽車車腔構(gòu)成一個(gè)封閉的空腔,形成了一個(gè)聲學(xué)系統(tǒng)。
展開 首先通過對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了頻域掃描(圖3)計(jì)算托架的損傷,并與傳統(tǒng)的時(shí)域計(jì)算損傷方法的結(jié)果作了比較。然后再疊加振動(dòng)臺(tái)的隨機(jī)載荷(圖4)后,對(duì)結(jié)構(gòu)的損傷進(jìn)行了考察。
圖3,正弦掃描0 – 20Hz數(shù)據(jù)
圖4,正弦掃描 + 振動(dòng)臺(tái)隨機(jī)載荷
采用MSC
Nastran的SOL112進(jìn)行正弦掃描計(jì)算的時(shí)域分析,疲勞計(jì)算利用了Nastran Embedded Fatigue(NEF)并考慮了應(yīng)變 –
壽命的材料特性(Neuber
修正)。頻域振動(dòng)方法(NEVF)的優(yōu)點(diǎn)是快捷而且節(jié)省硬件資源。尤其是因?yàn)榍度胧椒椒ㄔ陬l率基礎(chǔ)上利用應(yīng)力數(shù)據(jù),無需輸出應(yīng)力數(shù)據(jù)存于硬盤的臨時(shí)文件,詳見《頻域振動(dòng)疲勞計(jì)算的最新技術(shù)(一)》。
圖5顯示了時(shí)域分析和頻域分析在危險(xiǎn)位置的應(yīng)力響應(yīng)。時(shí)域分析和頻域分析得到的最危險(xiǎn)位置的損傷比較關(guān)系在表2顯示。頻域分析的損傷計(jì)算結(jié)果偏于保守和安全,是時(shí)域分析結(jié)果的2倍到4倍。
5,時(shí)域和頻域的應(yīng)力響應(yīng)
表2,時(shí)域和頻域分析在危險(xiǎn)位置的損傷比較
研究證明,如果在頻域分析時(shí)提高掃面頻率的間隔數(shù) (從50到4000)能夠縮小與時(shí)域分析結(jié)果的差距(表3)。另外,時(shí)域分析和頻域分析的損傷的差距,一部分是由于在頻域分析中振動(dòng)是假設(shè)為穩(wěn)態(tài)而引起的。這會(huì)導(dǎo)致那些最高應(yīng)力的循環(huán)次數(shù)被高估。
表3,時(shí)域和頻域分析在危險(xiǎn)位置的損傷比較(掃面間隔50,100,250,500,1000,2000,4000)
論文的第二部分考察了正弦掃描與振動(dòng)臺(tái)隨機(jī)載荷的組合(圖4)效應(yīng)。首先對(duì)結(jié)構(gòu)施加了一個(gè)從0 Hz到20Hz持續(xù)600秒的正弦(1G)掃描。計(jì)算得到損傷是4.19。
在1G的振動(dòng)臺(tái)隨機(jī)激勵(lì)(0 Hz – 50 Hz,2.0E6
mm單位)下,計(jì)算得到的損傷為0.12。
展開 MSC Nastran Embedded Vibration Fatigue (NEVF)介紹
概述
疲勞損傷計(jì)算方法主要有準(zhǔn)靜態(tài)方法、時(shí)域振動(dòng)方法和頻域振動(dòng)方法。
本文首先對(duì)這三種方法進(jìn)行了描述和比較,闡述了頻域振動(dòng)疲勞計(jì)算的優(yōu)異性。并在介紹了利用功率普密度進(jìn)行頻域疲勞分析具有足夠精度的研究結(jié)果基礎(chǔ)上,介紹MSC
Nastran最新推出的頻域振動(dòng)疲勞壽命預(yù)測(cè)(NEVF)的功能及技術(shù)突破。在稍后發(fā)布的頻域振動(dòng)疲勞計(jì)算的最新技術(shù)系列文章(二)和(三)里,
我們還將詳細(xì)闡述頻域振動(dòng)的理論以及頻域的FEM振動(dòng)計(jì)算。
疲勞損傷計(jì)算方法
A)準(zhǔn)靜態(tài)分析法
將載荷的時(shí)間歷程進(jìn)行靜態(tài)分析(SOL 101),得出結(jié)構(gòu)的應(yīng)力時(shí)間歷程分布,然后把多通道的載荷線形疊加后進(jìn)行疲勞分析。疲勞損傷主要是來自于局部的應(yīng)力集中。
當(dāng)激勵(lì)載荷的頻率遠(yuǎn)小于所分析結(jié)構(gòu)的固有頻率時(shí),結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)可以忽略,比如,對(duì)于一般車輛疲勞試驗(yàn)路面,波長(zhǎng)和車速已知,來自路面的載荷頻率通常小于6Hz,遠(yuǎn)小于白車身的固有頻率,準(zhǔn)靜態(tài)法適用。
B)時(shí)域振動(dòng)分析法
當(dāng)疲勞路面為激勵(lì)共振路面(如鵝卵石和搓板路面)時(shí),路面波長(zhǎng)比較短,在車輛達(dá)到一定速度時(shí)加載頻率顯著提高,有必要考慮其動(dòng)力響應(yīng)。動(dòng)態(tài)載荷會(huì)引起共振(局部共振,整體共振)。發(fā)生振動(dòng)的結(jié)構(gòu)疲勞損傷,經(jīng)常是局部振動(dòng)和應(yīng)力集中兩種因素的共同作用的結(jié)果,這是只考慮應(yīng)力集中一項(xiàng)因素的準(zhǔn)靜態(tài)法所難以對(duì)應(yīng)的。
在高于結(jié)構(gòu)固有頻率的載荷下進(jìn)行疲勞損傷評(píng)價(jià),為了考慮結(jié)構(gòu)振動(dòng)引起的疲勞破壞,需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)在動(dòng)態(tài)載荷下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析。但是,對(duì)于具有幾十萬個(gè)單元的白車身級(jí)別的時(shí)域疲勞分析(SOL 109, SOL 112),即使只對(duì)線性系統(tǒng)進(jìn)行幾十秒的瞬態(tài)分析也很難完成。
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