如何简单的区分ANSYS Workbench有限元分析中的静力学与动力学问题

如何简单的区分ANSYS Workbench 有限元分析中的静力学与动力

学问题

四川 曹文强

“力”是一个很神秘的字，是个象形字，形体极像古代的犁形，上部为犁把，下部为耕地的犁头，也形象的解释“力”含义 ，将无形不可见，不可描述的现象充分的表达了出来。

从初中物理我们就学习过，力是物体之间的相互作用，是使物体获得加速度和发生形变的外因，单独就力而言，有三个要素力的大小、方向和作用点。力学是研究物体的机械运动和平衡规律及其应用的，力学可分为静力学、运动学和动力学三部分。而今天主要是简单介绍一个静力学与动力学。

首先，静力学与动力学区别是什么？

答案很简单，一个是“静”，一个是“动”，动静的含义就是时间的问题。故，静力学实际是在研究工程结构在静载荷作用下的弹塑性变形和应力状态，以及结构优化问题，其中的静载荷是指不随时间变化的外加载荷，变化较慢的载荷，也可近似地看作静载荷。当然

“静”动力学

静力学

实际上只是相对而言，严格地说，物体相对于惯性参照系处于静止或作匀速直线运动的状态，即加速度为零的状态，也就是平衡的状态。

对于平衡的状态阐述，牛顿第一运动定律（牛顿第一定律，又称惯性定律、惰性定律）就有一个完整表述：任何物体都要保持匀速直线运动或静止状态，直到外力迫使它改变运动状态为止。

此外，静力学的有五大公理

公理一

力的平行四边形法则：作用在物体上同一点的两个力，可合成一个合力，合力的作用点仍在该点，其大小和方向由以此两力为边构成的平行四边形的对角线确定，即合力等于分力的矢量和。

公理二

二力平衡公理：作用在物体上的两个力，使物体平衡的必要和充分条件是：两个力的大小相等，方向相反，作用线沿同一直线。

公理三

加减平衡力系公理：在已知力系上加或减去任意平衡力系，并不改变原力系对刚体的作用。

公理四

牛顿第三定律：两物体间的相互作用力，大小相等，方向相反，作用线沿同一直线。

此公理概括了物体间相互作用的关系，表明作用力与反作用力成对出现，并分别作用在不同的物体上。

公理五

刚化公理：变形体在某一力系作用下处于平衡时，如将其刚化为刚体，其平衡状态保持不变。

在有限元结构仿真里面，可简化为下流程图。

静荷载

大小、方向、作用点

输入

刚度、约束、尺寸、材料输出

位移、内力、应力

在ansys workbench 有限元分析中，有以下两个模块用于静力学分析，分别是稳态静力学分析、屈曲分析。

而动力学是研究工程结构在动载荷作用下的响应和性能的分支学科。动载荷是指随时间而改变的载荷。在动载荷作用下，结构内部的应力、应变及位移也必然是时间的函数。

对于动力学，牛顿第二运动定律进行了完美的阐述：物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，且与物体质量的倒数成正比；加速度的方向跟作用力的方向相同。这个定律指出了力、加速度、质量三者间的关系。

动力学普遍定理为动量定理、动量矩定理、动能定理。

在有限元结构仿真里面，可简化为下流程图：

动载荷类型

简谐载荷：载荷随时间周期性性变化，并可以用简谐函数来表示。

动荷载

大小、方向、作用点、时间 输入 质量、刚度、约束、尺寸、阻尼、频率、振型 输出 动位移、加速度、速度、动应力、动力系数

分析模块推荐harmonic response

一般周期性载荷：载荷随时间周期性变化，是时间的周期函数，但不能用简单的用简谐函数表示。

分析模块推荐harmonic response

冲击载荷：载荷的幅值大小在很短时间内急剧增加或急剧的减小。

分析模块推荐瞬态动力学（transient structural（隐式解法）

显示动力学explicit dynamics（显式解法）

随机载荷：荷载的幅值大小变化复杂，难以用解析函数解析表示的载荷。

分析模块推荐random vibriation response spectrum

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