动力学系统建模---载荷的描述问题
(完整版)ansys动力学瞬态分析详解
非零速度是通过对结构中需指定速度的部分加上小时间间隔上的小位移来实现的。比如如果 =0.25，可以通过在时间间隔0.004内加上0.001的位移来实现，命令流如下：
...
TIMINT,OFF! Time integration effects off
注─如果并不想包括任何非线性，应当考虑使用另外两种方法中的一种。这是因为完全法是三种方法中开销最大的一种。
完全法的优点是：
·容易使用，不必关心选择主自由度或振型。
·允许各种类型的非线性特性。
·采用完整矩阵，不涉及质量矩阵近似。
·在一次分析就能得到所有的位移和应力。
·允许施加所有类型的载荷：节点力、外加的（非零）位移（不建议采用）和单元载荷（压力和温度），还允许通过TABLE数组参数指定表边界条件。
·唯一允许的非线性是简单的点—点接触（间隙条件）。
§3.4 完全法瞬态动力学分析
首先，讲述完全法瞬态动力学分析过程，然后分别介绍模态叠加法和缩减法与完全法不相同的计算步骤。完全法瞬态动力分析（在ANSYS/Multiphsics、ANSYS/Mechauioal及ANSYS/Structural中可用）由以下步骤组成：
D,ALL,UY,.001! Small UY displ. (assuming Y-direction velocity)
TIME,.004! Initial velocity = 0.001/0.004 = 0.25
LSWRITE! Write load data to load step file (Jobname.S01)
对于完全法瞬态动力学分析，注意下面两点：
典型飞行状态下的旋翼振动载荷计算与分析
典型飞行状态下的旋翼振动载荷计算与分析孙韬;谭剑锋;王浩文【摘要】建立了基于柔性多体动力学思想的综合气弹分析方法,以SA349/2"小羚羊"直升机为算例,对其典型飞行状态,包括一个小前进比状态,一个大前进比状态以及一个高速稳态转弯状态进行载荷计算.对于两个稳态前飞状态,采用自由尾迹模型计算诱导入流,通过配平迭代获得旋翼载荷;对于稳态转弯状态,将实测配平量作为输入量,采用Glauert线性入流模型计算诱导速度.在与试飞数据以及CAMRADⅡ计算结果的对比中,稳态前飞状态的计算结果与实测数据吻合较好,与CAMRADⅡ精度相当;对于接近飞行极限的高速转弯状态,本文计算值捕捉到了动态失速条件下旋翼载荷变化的主要特征.%This paper presents predictions of both the rotor airloads and structural loads using a comprehensive analysis based on flexible multibody dynamics method.Three typical flight conditions ofSA349/2 helicopter are investigated: transition speed,high speed and steady turn.For two steady forward flight conditions, free wake model and trim procedure are used.Glauert linear inflow and trim data from flight tests are used at steady turn.Calculation results are compared with measured data from flight tests and calculations obtained using CAMRAD Ⅱ.Generally, there are good agreements in forward flight conditions.For steady turn, the calculation result captures the main characteristics of rotor loads caused by dynamic stall.【期刊名称】《南京航空航天大学学报》【年(卷),期】2011(043)003【总页数】6页(P302-307)【关键词】直升机旋翼;综合气弹分析方法;气动载荷;结构载荷【作者】孙韬;谭剑锋;王浩文【作者单位】南京航空航天大学直升机旋翼动力学重点实验室,南京,210016;清华大学航天航空学院,北京,100084;清华大学航天航空学院,北京,100084【正文语种】中文【中图分类】V214.3准确地预估旋翼载荷是直升机设计领域长期面对的难题。
hypermesh静力学位移载荷曲线-概述说明以及解释
hypermesh静力学位移载荷曲线-概述说明以及解释1.引言1.1 概述：在工程设计中，静力学是一种重要的分析方法，用于评估结构在受力情况下的行为和性能。
在静力学分析过程中，我们常常需要关注结构的位移和载荷之间的关系，以便更好地了解结构在承受外部载荷时的行为。
Hypermesh作为一款专业的有限元前后处理软件，提供了丰富的功能和工具，能够帮助工程师进行静力学分析，包括位移载荷曲线的绘制和分析。
本文将通过介绍Hypermesh的基本情况、静力学概念和位移载荷曲线分析等内容，探讨如何利用Hypermesh进行静力学分析，帮助工程师更好地理解和评估结构的性能。
1.2 文章结构本文主要分为三个部分，分别是引言、正文和结论。
在引言部分中，我们将简要介绍文章的背景和意义，明确文章的目的，并概述本文的结构安排。
在正文部分，我们将首先介绍Hypermesh软件的基本情况，然后讨论静力学的相关概念，最后深入探讨位移载荷曲线分析的方法和应用。
在结论部分，我们将对本文进行总结，对所得结果进行分析和讨论，并对未来研究方向进行展望。
通过这样的结构安排，我们旨在全面而系统地探讨hypermesh静力学位移载荷曲线的研究内容，为读者提供清晰的理解和指导。
1.3 目的本文旨在探讨hypermesh在静力学位移载荷曲线分析中的应用。
通过对hypermesh软件的简介和静力学概念的讲解，结合具体实例，深入探讨位移载荷曲线分析的方法和步骤。
通过本文的阐述，读者可以更加深入地理解hypermesh软件在静力学分析中的应用，掌握位移载荷曲线分析的技巧，从而为工程实践提供参考和借鉴。
同时，本文还将对结果进行分析和展望，为读者提供更为全面的视角和思路。
通过本文的研究，旨在促进工程领域中静力学位移载荷曲线分析技术的进步与发展。
2.正文2.1 Hypermesh简介Hypermesh是一款广泛应用于有限元分析（FEA）领域的专业建模软件，由Altair公司开发。
第一章单自由度机械系统动力学建模解析
静力分析（static） 动态静力分析(kinetio-static) 动力分析(dynamic) 弹性动力分析(elastodynamic)
1 静力分析
对低速机械，运动中产生的惯性可以忽略不计，对机 械的运动过程中的各个位置，可以用静力学方法求出 为平衡载荷而需在驱动构件上施加的驱动力或力矩， 以及各运动副中的约束反力，可用此进行原动机功率 的计算、构件和运动副承载能力的计算。
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程,其维数等于机构的自由度数目; 另一类是含运动副约束反力的代数与微分混合型
方程,其维数大于机构的自由度数目。
机构动力学分析的发展与现状
建立复杂机构动力学模型的常用力学方法有: * 牛顿-欧拉(Newton-Euler)法 * 拉格朗日(Lagrange)法 * 虚功原理法 * 凯恩(Kane)法 * 旋量法和R-W法等。
机械系统动力学
绪论
机械系统动力学是应用力学的基本理论解决 机械系统中动力学问题的一门学科，其核心 问题是建立机械系统的运动状态与其内部参 数、外部条件之间的关系，找到解决问题的 途径
三体机械臂
可伸展卫星太阳能电池板
汽车
五轴并联机床
机械动力学研究内容 ：
机械原理由三部分组成：
机械结构学、机构运动学和机械动力学
4 弹性动力分析
随着机械系统向高速轻质化发展，构件的柔度加大，惯 性力急剧加大，构件的弹性变形可能给机械的运动输出 带来误差。机械系统柔度 系统的固有频率 ，机械 运转速度 激振频率 可能会发生共振，破坏运动精度 ，影响疲劳强度，引发噪声。
独立悬架系统零部件动态载荷计算方法
摘要在车辆行驶过程中，悬架系统各零部件承受并传递来自轮胎及车身的多种动态载荷，这些载荷是进行悬架系统的结构强度、疲劳分析必不可少的边界条件，也是指导悬架以及车身结构优化的重要参数。
本文结合多体动力学相关理论和Udwadia-Kalaba方程的约束处理方法，以轮心六分力为输入，对独立悬架系统各零部件的动态载荷计算方法及其应用展开了研究。
具体研究内容如下：首先以不含衬套连接的前双横臂、后五连杆悬架系统作为研究对象，基于Udwadia-Kalaba方程的基本思想，分别建立了无约束系统动力学模型、系统约束方程以及完整的前后悬架动力学模型；推导了系统总约束力的分解过程从而得到各零部件硬点载荷的解析表达式；在MATLAB中分别建立上述模型进行仿真计算，与ADAMS/Car的仿真结果进行对比，验证了方法的正确性。
②然后考虑含橡胶衬套的连接方式，建立了表征衬套动态特性的数学模型；针对前后悬架在衬套分布位置上的差异，以及与无衬套模型在建模方法上的区别与联系，分别推导了前后悬架动力学建模以及各硬点载荷的计算过程；在MATLAB及ADAMS/Car中进行仿真计算，验证了上述方法的正确性。
③其次以某SUV为对象开展了六分力测试试验，测量了实车在两种路面工况中的轮心六分力，结合前文建立的悬架动力学模型，预测得到了前悬架控制臂各硬点处的动态载荷；以预测载荷及六分力作为边界条件，对控制臂在两种工况下的疲劳寿命进行了分析。
④最后为便于方法的使用，分别完善了麦弗逊、四连杆等其余独立悬架的建模计算过程，在MATLAB/GUI中设计了一种独立悬架系统建模及动态载荷计算的仿真平台，实现了多种悬架的参数化建模。
本文将Udwadia-Kalaba方程应用到汽车独立悬架研究领域，结合多体动力学相关理论，详细地推导了独立悬架动力学建模及零部件动态载荷的计算过程。
研究过程中将理论与实践相结合，可为这一类含约束复杂机械系统的建模计算提供一种新思路。
齿轮故障动力学仿真matlab-概述说明以及解释
齿轮故障动力学仿真matlab-概述说明以及解释1.引言1.1 概述齿轮是机械传动中常用的零部件，其在各种机械设备中起着至关重要的作用。
然而，由于工作环境的恶劣以及长期使用的磨损，齿轮可能出现故障，导致机械设备的性能下降甚至损坏。
为了更好地理解齿轮故障的动力学特性，可以通过仿真技术来模拟和分析齿轮系统的运行状态，并及时发现潜在的故障点。
本文将介绍齿轮故障动力学仿真在MATLAB中的应用，通过分析齿轮系统的动态特性，探讨不同故障模式对系统性能的影响，从而为齿轮故障诊断和预防提供有益的参考。
通过本文的研究，我们希望能够加深对齿轮故障动力学的理解，提高齿轮系统的可靠性和安全性。
1.2 文章结构文章结构部分的内容如下：文章结构包括以下几个部分：1. 引言：介绍文章的背景和研究意义，引出文章的主题和研究内容。
2. 正文：分为两个部分，分别是齿轮故障动力学简介和MATLAB在齿轮故障动力学仿真中的应用。
在齿轮故障动力学简介部分，将介绍齿轮故障动力学的基本概念和原理，为读者提供必要的背景知识。
在MATLAB 在齿轮故障动力学仿真中的应用部分，将详细介绍MATLAB在该领域的具体应用及其优势。
3. 结论：总结文章的主要内容和研究成果，对研究进行评价和展望未来的研究方向。
通过以上部分的内容安排，读者可以清晰地了解整篇文章的主要结构和内容安排，帮助他们更好地理解和阅读文章。
1.3 目的本文的主要目的在于探讨利用MATLAB进行齿轮故障动力学仿真的方法和技术。
通过对齿轮系统中可能出现的不同故障情况进行建模和仿真，我们可以更好地理解齿轮系统的运行机理，并且能够快速有效地诊断和解决齿轮故障问题。
同时，本文也旨在为工程师和研究人员提供一个基于MATLAB的齿轮故障动力学仿真平台，帮助他们更好地分析和优化齿轮系统的性能，推动齿轮传动技术的发展和应用。
通过本文的研究，我们希望能够为齿轮系统的设计、运行和维护提供更加有效的工程解决方案，提高齿轮系统的可靠性和稳定性。
simpack动力学建模、计算手册簿
建模、计算记录1创建文件主窗口>>File>>Open File，弹出文件选择窗口。
选择合适的文件目录，点击New，输入文件名，OK。
主菜单>>Model Setup，弹出建模窗口，同时创建了基本模型，该基本模型包括一个坐标参考系（Isys），一个刚体（Body）和一个运动副（joint）。
2设置环境2.1设置重力建模窗口>>Globals>>Gravity，弹出重力设置窗口。
将重力设置为Z方向+9.81，OK。
2.2设置视图建模窗口>>View>>View Setup，弹出视图设置窗口。
选择【Standard Views】中的【wheel/Rail: Perspective view】，OK。
3创建第1个轮对3.1创建轮对刚体建模窗口>>Element>>Bodies，弹出刚体元件窗口。
将Body1重命名为Wheelset1。
双击Wheelset1，弹出刚体参数设置窗口。
设置轮对的参数：轮对的质量为1654kg，轮对的摇头转动惯量为726 kg.m.m。
3.2创建轮对的外形选择【3D Geometry】，弹出刚体外形设置窗口。
双击$P_Wheelset1_Cuboid，出现设置外形参数窗口。
设置车轴外形参数，见上图，OK。
回到刚体外形设置窗口，OK。
回到刚体设置窗口，OK。
4创建轮对的运动副和轮轨接触4.1创建轮对的运动副>>Elements>>Joints，出现运动副窗口，双击$J_Wheelset1，出现运动副设置窗口。
选择07号运动副，设置初始状态。
4.2创建轮轨接触选择【Generate/Update Wheel-Rail Elements of Joint】，出现轮轨接触窗口。
选择OK，回到运动副设置窗口。
点击【Assemble System】，OK，完成车轮及轮轨接触运动副设置。
多体系统动力学简介20081202
多体系统动力学简介多体系统动力学研究对象——机构工程中的对象是由大量零部件构成的系统。
在对它们进行设计优化与性态分析时可以分成两大类一类为结构——正常工况下构件间没有相对运动（房屋建筑，桥梁等）——关心的是这些结构在受到载荷时的强度、刚度与稳定一类为机构——系统在运动过程中这些部件间存在相对运动（汽车，飞机起落架。
机器人等）——力学模型为多个物体通过运动副连接的系统，称为多体系统多体系统动力学俄研究的对象——机构（复杂机械系统）不考虑系统运动起因的情况下研究各部件的位置与姿态及其变化速度和加速度的关系典型案例：平面和空间机构的运动分析系统各部件间通过运动副与驱动装置连接在一起数学模型：各部件的位置与姿态坐标的非线性代数方程，以及速度与加速度的线性代数方程当系统受到静载荷时，确定在运动副制约下的系统平衡位置以及运动副静反力典型案例：机车或汽车中安装有大量的弹簧阻尼器，整车设计中必须考虑系统在静止状态下车身的位置与姿态，为平稳性与操纵稳定性的研究打下基础数学模型：非线性微分代数方程组讨论载荷和系统运动的关系研究复杂机械系统在载荷作用下各部件的动力学响应是工程设计中的重要问题动力学正问题——已知外力求系统运动的问题动力学逆问题——已知系统运动确定运动副的动反力，是系统各部件强度分析的基础动力学正逆混合问题——系统的某部分构件受控，当它们按照某已知规律运动时，讨论在外载荷作用下系统其他构件如何运动数学模型：非线性微分代数方程组机械系统的多体系统力学模型在对复杂机械系统进行运动学与动力学分析前需要建立它的多体系统力学模型。
对系统如下四要素进行定义：•物体•铰链•外力（偶）•力元实际工程中的机械系统多体系统力学模型的定义取决于研究的目的模型定义的要点是以能揭示系统运动学与动力学性态的最简模型为优性态分析的求解规模与力学模型的物体与铰的个数有关物体——定义多体系统中的构件定义为物体多体系统力学模型中物体的定义并不一定与具体工程对象的零部件一一对应。
大挠度空间梁的静、动力学建模、分析与计算
综合以上文献的研究埘以看出，建模是基于Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理或者牛顿第二运动定 律，在考虑到电子大变形掰雩｛超稿位移一应变韵鞯线镶菸盛保留撵瞧粱在弯曲变形 黠熬夸熬辫率瓣嚣绞篷磺翡肇疆上接导爨寒豹粱懿丈挠度运动凌力学徽分方程。～ 系列实验和实践表明，保留到二阶或者量阶非线性项的影响所建立的梁的大挠度送 嬲微分方程是瀵怒工程或麓装求豹。
１．２．１静力学方程的求解方法概述
对于大挠度梁结构来说，位移和应变之间的已经不再表示为线性关系。而且由 于梁结构的大挠度变形，位移和应变之间呈非线性关系，刚度矩阵也不再是常数矩 阵，而是单元位移的矩阵函数。几何非线性有限元是在传统方法的基础上，引入了
大挠度空间梁的静、动力学建模、分析与计算
应变与位移之间的几何非线性关系，然后再将系统动力学方程中的非线性项作’近 似变换，非线性项就可以表示为与节点位移有关的几何刚度矩阵㈣㈣，即
ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｙ ｉｓ ｏｂｖｉｏｕｓ，ｔｈｅ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ ｄｒａｗｎ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ
ｓａｍｅ ｔｈｅ
ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ ｏｆｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｖｅ ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅｓ。
车辆动力学-传动系统动力学讲义【北京理工大学】
传动系统动力学讲义2009-2010学年前言一、传动系统简介传动装置的功用是把发动机的功率传递到主动轮驱动车辆行驶，实现减速增矩；实现车辆变速；实现车辆的倒挡行驶、车辆制动、停车和必要时切断发动机动力；利用发动机制动、拖车起动发动机等。
除上述的基本功用外，传动装置还可以有一些辅助的功用：输出功率带动压气机、风扇、喷水式推进器、泵等等。
为车辆辅助系统、工程车辆和水陆两栖车辆提供动力输出。
（1（2）液力传动以液体动能来传递或交换能量，优点是无级变速、变矩能力，动力性好；具有自动适应性，提高了操纵方便性和车辆在坏路面上的通过性；充分发挥发动机性能，有利于减少排气污染；减振、吸振、减缓冲击，提高传动、动力寿命和乘坐舒适性。
缺点是效率低，结构复杂，成本高。
（3）定轴传动由于结构简单，制造成熟，成本低而被广泛应用。
行星传动结构紧凑、寿命长、噪音小，工艺要求高，成本高。
二、传动系统载荷车辆在使用中传动装置可能发生的故障，分为两类：1． 当作用在零件上的应力超过材料的强度极限时，产生的突然破坏；2． 在使用期间内，在零件上由于逐渐累积的损坏而产生的破坏，例如：疲劳损坏、磨损、塑性变形不可恢复的累积等。
车辆传动装置的零部件承受的载荷性质主要是发动机和道路激励以及传动系内部的冲击等交变载荷，在这种随时间变化的载荷的作用下，其破坏形式一般是疲劳破坏。
统计资料表明，零件的破坏50%~90%为疲劳破坏。
随着车辆传动装置向高转速、高功率密度方向发展，其零部件的应力越来越高，使用条件越来越恶劣，发生疲劳破坏的现象越来越多。
因此，在车辆传动装置的设计中，仅进行静强度计算，是远远不够的，必须计算零件的疲劳寿命。
传动装置稳态工况是车辆以等速在不变路面条件下行驶的工况，在这种工况下传动装置各构件的转矩和转速是保持不变的。
严格说来，这种车辆行驶工况很少能遇到，从实际应用来说，认为转矩和转速对其自身的最大值在%10±的范围内变化的工况是稳态工况。
apdl 曲面均布载荷-概述说明以及解释
apdl 曲面均布载荷-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容可以根据以下思路进行编写：概述部分主要是对文章主题进行概括性介绍，简要说明曲面均布载荷的背景和重要性，引起读者对该话题的兴趣。
可以从以下几个方面展开：首先，可以介绍曲面均布载荷在工程设计和分析中的重要性。
强调曲面均布载荷在各种工程领域中的应用，例如飞机机翼的设计、汽车车身的强度分析等。
指出曲面均布载荷是工程设计中不可或缺的一部分，对于确保结构的安全性和可靠性起到至关重要的作用。
其次，可以简要介绍曲面均布载荷的定义和特点。
解释曲面均布载荷是指在曲面上分布均匀的载荷，其大小和方向在整个曲面上是一致的。
这种载荷分布的均匀性使得曲面具有更好的承载能力和抗压能力，能够有效地避免结构破坏和失效的风险。
最后，可以强调本文将重点研究曲面均布载荷的计算方法和模型。
简要说明本文的研究内容和目标，概括性地介绍将要介绍的计算方法和模型，为接下来的内容做好铺垫。
结合以上几点，概述部分的内容可以如下所示：概述曲面均布载荷是工程设计和分析中不可或缺的一部分。
在各种工程领域中，如飞机机翼的设计、汽车车身的强度分析等，曲面均布载荷扮演着至关重要的角色。
它能够保证结构的安全性和可靠性，确保结构在承受外部力或压力时不会出现过大的应力集中，避免结构的破坏和失效。
曲面均布载荷的定义和特点是指在曲面上分布均匀的载荷。
这意味着载荷的大小和方向在整个曲面上是一致的，这种均匀的分布使曲面具有更好的承载能力和抗压能力。
相比于不均匀的载荷分布，曲面均布载荷能够更有效地分散载荷，减少结构的应力集中，提高结构的承载能力和稳定性。
本文的重点将是研究曲面均布载荷的计算方法和模型。
通过分析和建立合适的数学模型，我们将探索如何计算曲面上的均布载荷及其影响，以提供工程设计和分析的参考依据。
在接下来的内容中，我们将详细介绍曲面均布载荷的计算方法和模型，以及其在实际工程中的应用。
通过上述内容的安排，读者能够对本文的主要内容和研究方向有一个初步的了解，为接下来的阅读打下基础。
动力学分析方法
1动力学分析方法结构动力学的研究方法可分为分析方法（结构动力分析）和试验方法（结构动力试验）两大类。
［7-10]分析方法的主要任务是建模（modeling）,建模的过程是对问题的去粗取精、去伪存真的过程.在结构动力学中，着重研究力学模型（物理模型)和数学模型。
建模方法很多，一般可分为正问题建模方法和反问题建模方法。
正问题建模方法所建立的模型称为分析模型（或机理模型）。
因为在正问题中,对所研究的结构（系统）有足够的了解,这种系统成为白箱系统。
我们可以把一个实际系统分为若干个元素或元件（element）,对每个元素或元件直接应用力学原理建立方程（如平衡方程、本构方程、汉密尔顿原理等）,再考虑几何约束条件综合建立系统的数学模型。
如果所取的元素是一无限小的单元，则建立的是连续模型;如果是有限的单元或元件，则建立的是离散模型。
这是传统的建模方法，也称为理论建模方法。
反问题建模方法适用于对系统了解（称黑箱系统black box SyStem) 或不完全了解（称灰箱系统----------------------------- g rey box SyStem）的情况，它必须对系统进行动力学实验,利用系统的输入(载荷）和输出（响应—- response数据，然后根据一定的准则建立系统的数学模型，这种方法称为试验建模方法,所建立的模型称为统计模型。
在动力平衡方程中,为了方便起见一般将惯性力一项隔离出来，单独列出，因此通常表达式为：Mu T -P=O (2)其中M为质量矩阵，通常是一个不随时间改变的产量；I和P是与位移和速度有关的向量，而与对时间的更高阶导数无关。
因此系统是一个关于时间二级导数的平衡系统，而阻尼和耗能的影响将在I和P中体现.可以定义：I=KU Cu (3)如果其中的刚度矩阵K和阻尼矩阵C为常数，系统的求解将是一个线性的问题；否则将需要求解非线性系统。
可见线性动力问题的前提是假设I是与节点位移和速度是线性相关的。
基于整车动力学模型的虚拟迭代技术分析
基于整车动力学模型的虚拟迭代技术分析李鹏宇;尹辉俊;官勇健;柳泽田【摘要】以Adams/Car建立的整车多体动力学模型为载体,并以在试验场测试得到的轮心加速度、悬架弹簧位移和轮心力作为整车虚拟迭代的实测信号.在b软件中建立实测信号和轮心位移响应信号间的传递函数.通过传递函数反求出轮心位移,并作为输入载荷,仿真分解得到车身与底盘连接点动态载荷,作为后期虚拟疲劳试验的必要条件.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2019(000)008【总页数】4页(P70-73)【关键词】多体动力学;虚拟迭代;传递函数;载荷谱【作者】李鹏宇;尹辉俊;官勇健;柳泽田【作者单位】广西科技大学机械与交通工程学院,广西柳州545006;广西科技大学机械与交通工程学院,广西柳州545006;广西科技大学机械与交通工程学院,广西柳州545006;广西科技大学机械与交通工程学院,广西柳州545006【正文语种】中文【中图分类】U467疲劳耐久性分析是汽车安全的重要组成部分，越来越受到车企的重视。
传统的汽车疲劳耐久性分析是实车在试验场上进行的，这种方法虽然准确直接，但用时冗长，耗费过多人力物力，影响研发周期。
随着CAE技术的发展和成熟，通过虚拟仿真技术来研究疲劳耐久性问题得到广泛应用[1]。
而车身疲劳耐久性分析的关键在于车身与底盘连接点的真实载荷谱，但这些在道路测试中很难直接测得。
一种方法是建立整车多体动力学模型，在虚拟路面中仿真直接提取出车身连接点的载荷谱[2]，该方法用时短，效率高，但准确的虚拟路面的建立难度大不易获得。
另一种方法通过六分力传感器测量系统测量车辆行驶过程中轮心轴头处X、Y、Z 三个方向的力和力矩，约束车身，然后加载到多体模型上，从而提取出车身连接点处的受力载荷[3]。
该方法忽略了车身惯性的影响，对整车模型的要求高，各种参数不够准确都会对车身连接点处的载荷有很大的影响。
本研究是通过传感器和六分力传感器测量系统获得实车轮心加速度、悬架弹簧位移和轮心力，在Adams/Car建立整车模型，通过软件b采用虚拟迭代法仿真得到轮心垂向位移，并以此作为整车驱动载荷，获得车身连接点处载荷。
基于现代控制理论的动力学建模与控制
基于现代控制理论的动力学建模与控制近年来，随着科技的飞速发展和社会需求的不断增加，对于现代控制理论的研究也越来越受到了人们的重视。
在众多控制理论中，动力学建模与控制是一个重要的分支，其应用范围广泛，涉及到多种领域，包括航天、机械、化工、自动化等等。
本文将会从机械的角度出发，探讨基于现代控制理论的动力学建模与控制。
一、动力学建模动力学建模是动力学研究的基础，通过对系统的动力学特性进行建模分析，可以深入理解系统的运动规律和行为变化。
在机械领域，通常采用欧拉-拉格朗日方程对系统进行建模。
欧拉-拉格朗日方程是表达系统运动的基本定律，它在描述机械运动时，可以大大简化运动方程的形式，使得模型更加直观、简洁。
动力学建模的过程主要包括以下几个步骤：1.系统分析系统分析是建模的第一步，其目的在于确定需要进行建模的系统，并明确研究的目标与要求。
对于机械系统而言，需要对其结构与运动特性进行分析，确定系统的自由度、限制条件、输入与输出等参数。
2.系统建模系统建模是动力学研究的核心，其目的在于用数学语言描述系统的运动行为。
在机械领域，通常采用欧拉-拉格朗日方程对系统进行建模。
3.参数辨识如果系统的参数不完全确定，需要对其进行辨识。
参数辨识是指根据已知的系统输入输出数据，对系统的参数进行求解的过程。
4.模型验证模型验证是验证动力学模型是否符合实际系统动态特性的过程。
模型验证通常采用实验与仿真两种方法，通过比较实验数据与仿真数据的一致性，来评估模型的有效性。
二、动力学控制动力学控制是动力学研究的另一个主要分支，其主要研究如何运用控制理论的方法，对机械系统进行动态控制。
动力学控制主要涉及到以下几个方面：1.控制器设计控制器设计是动力学控制的核心，其目的在于设计一个合理的控制器，使得系统的输出能够满足规定的性能指标。
控制器设计通常采用PID控制器、模糊控制器、神经网络控制器等多种方法。
2.动态模型反馈动态模型反馈是一种常见的动力学控制方法，其基本思想是根据系统的动态特性，将其建模成一个微分方程，然后用控制器对该方程进行反馈控制，从而实现对系统的动态控制。
abaqus中c3d8r单元
Abaqus中C3D8R单元介绍1. 简介Abaqus是由达索系统公司开发的一种用于有限元分析的专业软件，广泛应用于工程、建筑、航空航天等领域。
在Abaqus中，C3D8R单元是一种常用的有限元单元，主要用于三维网格建模和结构分析。
2. C3D8R单元的特点C3D8R单元是一种三维八节点六面体单元，具有以下特点：- 具有较好的形变能力和应力解析能力，适用于多种分析场合；- 节点数较多，能够更准确地刻画复杂结构的变形和应力；- 具有较好的收敛性能和计算稳定性，能够提供准确的分析结果。
3. C3D8R单元的应用范围C3D8R单元广泛应用于各种结构分析中，包括但不限于以下几个方面：- 弹性力学分析：用于分析结构在受力情况下的变形和应力分布；- 载荷分析：用于分析结构在受外部载荷作用时的响应和稳定性；- 疲劳分析：用于评估结构在长期交变载荷下的疲劳寿命；- 热力学分析：用于分析结构在高温、低温等环境下的热应力和热变形等。
4. C3D8R单元的使用方法在Abaqus中使用C3D8R单元进行结构分析，通常需要按照以下步骤进行：- 网格划分：首先对待分析的结构进行网格划分，将其划分为八节点六面体单元；- 材料属性定义：定义结构所使用的材料属性，包括材料的弹性模量、泊松比等参数；- 载荷和边界条件：设定结构受到的外部载荷和约束条件，以及任何其他影响结构响应的因素；- 分析设置：设定分析类型、求解器选项、收敛准则等参数；- 结果显示：进行分析计算并查看分析结果，包括结构变形、应力分布、位移等数据。
5. C3D8R单元的优缺点C3D8R单元作为一种常用的有限元单元，具有以下优点和缺点：优点：- 较好的形变和应力解析能力；- 准确的分析结果和收敛性能。
缺点：- 计算复杂度较高，对计算机硬件有一定要求；- 对刚性体系的分析可能存在收敛困难等问题。
6. 结语C3D8R单元作为Abaqus中常用的有限元单元，在结构分析中具有较好的适用性和准确性。
ABAQUS在多体动力学仿真计算中的应用
（2）
前者表示内部位移和载荷的关系，后者表示外在位移函数的内部位移。矩阵 B 表述内部位 移和外在位移的关系。研究中主要关心结构振动模态相应的内部自由度。 设定外在位移为零，以及内部位移的运动为简单谐运动，即
i = ∅eiωt Xi
i −1 = K ii Fi 设Xi
−1 e ， Xi = K ii ie X e = BXe
内部位移可以通过相应自由度的特征模态表示。设子结构中 n 为 p 个外在自由度的激活自 由度，缩减系统的位移可以表示为外在自由度和广义自由度 y，即
i Xi = � ∅k yk = Φy k=1
（7）式中的特征矢量矩阵有维数 s(n-p)缩减系统的位移可以表示为外在自由度和新的广义 自由度 y 之间的公式 X=� Xe I �=� Xi B X 0 Xe � � � = H � e� y y Φ (8)
从上述的一系列公式，可以说明 ABAQUS 子结构缩减暨 GUYAN 缩减算法的基本过程，即用 一些缩减的节点和单元来准确的描述整体结构。这些节点和单元分别称为超节点（Super Node） 和超单元（Super Element） 。如果希望得到一个更为合理的节点分布，目前的 ABAQUS 版只能手 工添加自己关心的节点。
ABAQUS 在多体动力学仿真计算中的应用
王永冠，卜继玲，李心
株洲时代新材料科技股份有限公司 技术中心
摘要:通过三体耦合物理摆为例， 介绍了 ABAQUS 在刚柔耦合多体动力学仿真分析中的应用。 简单 介绍了 ABAQUS 的 GUYAN 单元缩减算法，强调了刚柔耦合动力学仿真技术的重要性。 关键字：ABAQUS；多体动力学；GUYAN；刚柔耦合
质量体有限元模型结构有限元模型文件结构有限元模型文件有限元子结构分析输出结果cadinpsuperelementodb定义超单元读入子结构文件进行特征值计算abaqus结构处理fembs处理simpack柔体文件选择marker选择特征模态选择频响模态结构阻尼特性的定义等多体软件前处理线弹簧质量体1质量体2质量体3刚体质质量体的有限元模型如图5所示共计19088个实体单元共计114528个自由度
部件模态综合分析法
部件模态综合法随着科学和生产的发展，特别是航空、航天事业的发展，越来越多的大型复杂结构被采用，这使得建模和求解都比较困难。
一方面，一个复杂结构势必引入较多的自由度，形成高维的动力学方程，使一般的计算机在内存和求解速度方面都难以胜任，更何况一般的工程问题主要关心的是较低阶的模态。
仅为了获取少数的几个模态，必须为求解高维方程付出巨大的代价也是不合适的。
另一方面，正是由于结构的庞大和复杂，一个完整的结构往往不是在同一地区生产完成的，可能一个结构的各个主要零部件不得不由不同的地区、不同的厂家生产。
而且由于试验条件的限制只能进行部件的模态实验，而无法对整体结构进行模态实验。
针对这些主要的问题，为了获得大型、复杂结构的整体模态参数，于是发展了部件模态综合法。
部件模态综合法又叫子结构耦合法。
它的基本思想是按工程观点或结构的几何轮廓，并遵循某些原则要求，把完整的结构进行人为抽象肢解成若干个子结构（或部件）；首先对子结构（或部件）进行模态分析，然后经由各种方案，把它们的主要模态信息（常为低阶主模态信息）予以保留，并借以综合完整结构的主要模态特征。
它的主要有点是，可以通过求解若干小尺寸结构的特征问题来代替直接求解大型特征值问题。
同时对各个子结构可分别使用各种适宜的数学模型和计算程序，也可以借助试验的方法来获得他们的主要模态信息。
对于自由振动方程在数学上讲就是固有（特征）值方程。
特征值方程的解不仅给出了特征值，即结构的自振频率和特征矢量——振兴或模态，而且还能使结构在动力载荷作用下的运动方程解耦，即所谓的振型分解法或叫振型叠加法。
因此，特征值问题的求解技术，对于解决结构振动问题来说吧，是非常重要的。
考虑阻尼的振型叠加法振型叠加法的定义：将结构各阶振型作为广义坐标系，求出对应于各阶振动的结构内力和位移，经叠加后确定结构总响应的方法。
振型叠加法的使用条件：∙（1）系统应该是线性的：线性材料特性，无接触条件，无非线性几何效应。
基于动力学仿真分析的磁悬浮列车悬浮架载荷特征研究
对象.
关 键 词 :磁 悬 浮 车 辆 ;悬 浮 架 ;动 力 学 ;模 态 ;载 荷 时 间 历 程
中 图 分 类 号 :U237;U292.91
文 献 标 志 码 :A
Studyonloadcharacteristicsofmaglevtrainsuspensionframe basedondynamicssimulationanalysis
以 悬 浮 架 为 例 ,其 沉 浮 运 动 的 振 动 方 程 为
MZ″+ ∑CiZ'+ i=L,R
∑ KiZ = ∑Fi +Mg
i=L,R
i=L,R
(1)
式中:M 为悬浮架质量;Z 为悬浮架垂向位移; 为 车 体 作 用 在 悬 浮 架
上的垂向力;L 和 R 分别代表左和右.
基于动力学仿真分析的磁悬浮列车 悬浮架载荷特征研究
李 岑1,姚毓瑾2,虞大联3,袁雨青3,孙守光2
(1.中国铁道科学院集团有限公司 机车车辆研究所,北京 100081; 2.北京交通大学 机械与电子控制工程学院,北京 100044;
3.中车青岛四方机车车辆股份有限公司,山东 青岛 266111)
摘 要:针对中低速磁悬浮列车建立动力学模型,计算磁悬浮 车 模 态,根 据 频 率 和 振 型 得 出 磁 悬 浮
第3期
李 岑等:基于动力学仿真分析的磁悬浮列车悬浮架载荷特征研究
119
methodtocalculatethelife.Theresultsshowthatalltheparametersofthethreesuspension modulesincreasewiththeincreaseofoperatingspeed.Thefirstandsecondsuspension modules and moresevereloadingthanthethirdsuspension module.Therefore,thefirstorsecondsuspensionframecanbeselectedastheobjectoffatigueassessment. Keywords:maglevvehicle;suspensionframe;dynamics;modalanalysis;loadtimehistory
ansys动力学瞬态动力分析
6
瞬态分析- 术语和概念
求解措施
求解运动方程
直接积分法
模态叠加法
隐式积分
显式积分
完整矩阵法 缩减矩阵法
完整矩阵法 缩减矩阵法
7
瞬态分析 – 术语和概念
求解措施 （接上页）
运动方程旳两种求解法： • 模态叠加法（在第六章中讨论） • 直接积分法：
– 运动方程能够直接对时间按步积分。在每个时间点， 需求解一组联立旳静态平衡方程（F=ma）；
33
瞬态分析环节
要求边界条件和初始条件（接上页）
实例 - 高尔夫球棒端头旳初速度
• 假定只对高尔夫球棒端头建模，而且整个端头运动 ，这时有初始条件v00。 同步又假定 u0 = a0 = 0；
• 在这种情况下使用IC 命令法是以便旳 1 选择球棒上旳全部节点； 2 用 IC 命令施加初始速度或； – 选择 Solution > Apply > Initial Condit’n > Define + – 选用全部节点 – 选择方向并输入速度值 3 激活全部节点； 4 要求终止时间，施加其他载荷条件（假如存在 旳话），然后求解。
c elastic wave speed E
E Young's modulus
mass density
14
瞬态分析
第三节：环节
• 在此节中只讨论完整矩阵 • 五个主要环节：
– 建模 – 选择分析类型和选项 – 要求边界条件和初始条件 – 施加时间历程载荷并求解 – 查看成果
15
瞬态分析环节
31
瞬态分析环节
要求边界条件和初始条件（接上页）
• 载荷步2： – 打开瞬态效应； – 删除强加位移； – 指定终止时间，连续进行瞬态分析。
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j
N
H jk fl ：它是由互谱密度矩阵 S f
S f
按照Cholesky分解法得到，即
H f H f
T
•
空间相干函数
工程结构的风载荷
n | z z | n | x x | zz ( z , z , n) exp Cz , xx ( x, x , n) exp Cx v v z x
R
为相关函数
工程结构的风载荷
• Davenport风速谱：A.G.Davenport根据不同地点、不同高度处测 得的90次强风记录，认为水平脉动风速谱中，紊流尺度随高度不 变化，并提出了如下经验公式：
Sv
• 式中
2 f 4kv10
x2 f 1 x
2
4 3
Lv f x v10
• 通常对于风敏感复杂结构的风振响应分析和风振系数的求 解主要有四种方法：即频域分析法、时域分析法、风洞试 验法和数值风洞技术。 • 时域分析法可以考虑自然风的时间相关性和结构的非线性 影响，更精确地反映结构的耦合风振情况； • 由于缺乏实测风速时程及应用的局限性，通常采用综合考 虑结构的几何特性和现场风谱模拟生成的脉动风速时程； • 将作用于结构节点上离散的随机脉动风速时程进行模拟就 称之为风场模拟，风场模拟可以为结构动力分析提供激励， 选择风场模拟方法，主要考虑结构的体型特征和动力分析 方法。
1 2 2 2 2 2 n[C z ( z z ) C x ( x x) ] ( z , z , x, x , n) exp vz 互谱密度矩阵中的元素可以通过下式求得：
•
Sij f Sij f e
i f
Sii f S jj f coh f e
• 其中,Rij(mΔt)是M×M阶矩阵，i=1,…，p+1；j=1，… ，p+1； m=1，… ，p。可由功率谱密度通过维纳-辛钦公式求出：
Rij ( ) Sij ( f )cos( 2 f )df , i, k 1,
,M
地震载荷
谢谢大家！
数值风场的验证
• 采用AR法推广到模拟多维风速过程的技术,生成M个点空间相关 脉动风速时程 V(X,Y,Z,t) 随机列向量的AR模型可表示为
V ( X,Y,Z,t )
k p k 1
V ( X,Y,Z,t k t ) N (t )
k
• 式中,X、Y、Z均为坐标向量矩阵,(xi, yi, zi)为空间第i点 的坐标。i=1，…，M；p为AR模型阶数；∆t 是模拟风速 时程的时间步长；φk为AR模型自回归系数矩阵，为 M×M阶方阵，k=1，…，p；N(t)为独立随机过程向量。
v z lg z lg z0 v zs lg zs lg z0
•
•
式中
– z0 为风速等于0的高度，随地面粗糙度而变化，亦称为地面粗糙 度(对数规律)。一般取值略大于地面有效障碍物高度的1/10。
工程结构的风载荷
• 脉动风 • 将脉动风假定为是具有零均值的高斯平稳过程的随机风，具有明显的各 态历经性；
工程结构的风载荷
• 时域模拟的主要方法有：线性滤波法、谐波叠加法、逆傅立叶变换法和 小波分析。 • 时域法之一——谐波叠加法
• 谐波叠加法是一种基于三角级数求和的谱表示法，同时也是以离散谱逼 近目标的随机过程模型的一种离散数值模拟方法。该方法优点是简单直 观，理论基础严密，适用范围广，适用于任意指定谱特征的平稳高斯随 机过程；缺点是当模拟的点数增多时，计算量大，计算时间较长，但是 随着计算机的发展以及此方法的不断改进，此限制已不是问题；
• 风场的运动实际上是关于时间和空间的非均匀的随机过程；
• 将风场假定为具有零均值的多维多变量的高斯随机过程。在给定 的时间间隔内，如果风力大小、方向等不随时间而改变，那么这 部分称为平均风，其对于结构的作用相当于静力作用；如果风力 随时间按照随机规律变化，称之为脉动风，其作用相当于动力作 用。
ห้องสมุดไป่ตู้
工程结构的风载荷
• 通常采用风功率谱密度函数和相关函数来描述脉动风。脉动风的功率谱 主要反映脉动风中各种频率成分对应的能量分布规律，相关函数则反映 各点脉动风速之间在时间或空间的相互影响关系。
• 功率谱与相关函数之间可进行变换（维纳－辛钦公式）： 1 i S R e j d R S e d 2 • 式中， S 为功率谱密度函数
动力学系统建模
---载荷的描述问题
西安交通大学 航天学院 张新华 xhzhang@
参考文献
动力学模型的形式
• 结构动力学方程
工程结构的风载荷
• 风力在不同空间和时间的分布及强度是有差异的，风对结构的作 用非常复杂和多样，不同地区地面条件的差异，结构本身条件的 变化，同一建筑物不同区域内形状、表面粗糙度等的不同都会导 致结构上风荷载的改变。 • 由于地球表面不同区域的大气层所吸收的太阳能量不同，同一高 度处的大气压就会不平衡，空气从高气压区域流向低气压区域， 这样就形成了风。 • 通常认为风的运动形式表现为平均风和脉动风（湍流，波动）两 部分，风场的运动实际上是关于时间和空间的非均匀的随机过程。 • 为了更好的掌握其运动特性，将风场假定为具有零均值的多维多 变量的高斯随机过程。在给定的时间间隔内，如果风力大小、方 向等不随时间而改变，那么这部分称为平均风，其对于结构的作 用相当于静力作用；如果风力随时间按照随机规律变化，称之为 脉动风，其作用相当于动力。
f
频率/Hz；
Lv 湍流整体尺寸，Davenport取为1200； k 表面粗糙度系数。
风场的数值模拟
• 为了使结构能够得到较精确的计算结果，载荷的设计必须 尽可能地符合实际情况，模拟接近于自然风特性的风使研 究结果具有实用性和可靠性；
• 风通常包含平均风和脉动风两部分。平均风在给定时间间 隔内，风力大小和方向等不随时间改变；脉动风则随时间 按随机规律变化，因此风的模拟主要是针对脉动风而言的；
i f
2 2 2 2 2 2 2 f C x xi x j C y yi y j C z zi z j coh f exp v zi v z j
Cx , Cy , Cz 为衰减系数
工程结构的风载荷
• 谐波叠加法就是通过离散傅立叶分析变换将随机信号分解为一系列具 有不同频率和幅值的正弦或其他谐波，谱密度就等于由带宽划分的谐 波幅值的平方，将脉动风假定为具有零均值的平稳高斯随机过程，则 脉动风速可表示成如下形式；
v j t H jk fl 2f cos 2πfl t jk fl kl
k 1 p
• 式中,R为(p+1)M×(p+1)M阶自相关Toeplitz矩阵。
数值风场的验证
• R的表达式
R12 ( t ) R13 ( 2t ) R11 (0) R22 (0) R23 ( t ) R21 ( t ) R R31 ( 2t ) R32 (0) R33 (0) R( p 1)1 ( pt ) R( p 1)2 [( p 1)t ] R( p 1)3 [( p 2)t ] R2( p 1) [( p 1)t ] R3( p 1) [( p 2)t ] R( p 1)( p 1) (0) R1( p 1) ( pt )
v( z , t ) v ( z ) v ( z , t )
式中： • v z —— 高度处的平均风速/m· s-1 • v z, t —— 高度处时刻的脉动风速/m· s-1
工程结构的风载荷
• 平均风的大小和方向不随时间改变，但是不同高度处的平 均风速是不相等的，根据实测资料，最常用的模拟规律有 两种，指数规律和对数规律。 指数律（Davenport等提出）：
工程结构的风载荷
风速的时间历程图（10min，依赖于平均风速）
数值风场的验证
• 数值风速谱的验证方法有两种： • 谱密度的检验和相关函数的检验。脉动风是一个随机过程，对于 其正确性的检验只能是统计意义上的。
数值风场的验证
• 时域法之二——线性滤波法模拟 • 线性滤波方法即白噪声滤波法(white noise filtration method)。 • 白噪声滤波模拟的基本思想是：将随机过程抽象为满足一定条件的白 噪声，然后经某一假定系统进行适当变换而拟合出该过程的时域模型。 • 线性滤波法中的自回归(Auto-Regressive，AR)模型因其计算量小、 速度快，广泛用于随机振动和时间序列分析中。
工程结构的风载荷
• 风速与风压的关系 • Bernoulli方程： • p+1/2ρ v^2+ρgh=常量（其中，p为压强，ρ为流体 密度，v为流体速度，g为重力加速度,h为高度。） • 问题转化为如何对风速进行描述
工程结构的风载荷
• 在任意点、任意高度的风速度可表达为平均风速和 脉动风速之和：
数值风场的验证
• 求解回归系数矩阵ψ • 随机风过程的协方差矩阵R与回归系数ψ之间的关系可 写成以下形式:
R N R 0p
• 其中,φ=[I,φ1,… φp]T ，为(p+1)M×M阶矩阵,I为M阶单位 矩阵。
R N R 0 k R[( j k )t ]
v z z v zs z s
•
•
式中 v (z ) ：任意高度处的平均风速 v (z ：标准高度处的平均风速 s) ：地面粗糙度（指数律用） z：离地面的任意高度 z：离地面标准高度，通常取为 10m s