如何利用谐响应分析结果进行材料和结构强度设计？

haijun3091 · 发表于 2012-8-10 10:27

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一仿真条件：

一个零件（如图1所示）在振动台上作正弦扫频振动试验，扫频范围为60~200Hz，Y方向振动加速度为50m/s2。

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二分析步骤：

1.首先作模态分析，选取底部12个孔作固定约束，提取前六阶固有频率，如图2所示。

详细设置和约束条件：

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模态分析结果：

模态	一阶	二阶	三阶	四阶	五阶	六阶
频率/Hz	22.592	27.942	64.008	242.31	551.09	670.76

2.然后作谐响应分析，约束条件同模态分析，同样约束底部12个孔，整体施加Y方向振动加速度50m/s2，扫频范围设定为60~200Hz，solution intervals分别设定为10和140，取图3所示的两个位置（一个为顶点，另一个为曲面）作为频率响应监测点，观察这两种情况下谐响应应力情况和频率响应情况。

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谐响应分析结果:

solution intervals设定为10时（图4，图5和图6）：

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solution intervals设定为140时（图7，图8和图9）：

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请教各位大侠：

一、如何利用谐响应分析结果进行材料强度设计？

二、以Maximun Over Frequency方式提取all bodies的Equivalent Stress，当扫频范围设定为60~200Hz，solution intervals设定为10时最大应力值为285.42MPa（图4所示）；当扫频范围设定为60~200Hz，solution intervals设定为140时最大应力值为3.5552e+005MPa（图7所示），初步分析，当solution intervals设定为10时，并没有捕捉到共振点，所以应力值较小，当设定为140时，由于共振的作用，应力值剧增，但是应力值大的离谱，由此怀疑获得的谱分析应力值是否可靠，若可靠的话，为什么这么大？若不可靠的话，为什么会出现这种情况？那我该如何利用谐分析获得应力结果？
三、谐响应分析时，当Solution Intervals设定为不同值时得到的结果差异很大，那solution intervals到底该如何设置呢？

四、从图6和图9可以看出，当取X Axis的Directional Deformation时，在Frequency约为85Hz时，曲线发生跃变，而此处又不是共振点，这是为什么呢？

五、在图5、图6、图8和图9最右边都有个方框（蓝色圈内），它代表什么呢？

六、比如材料的屈服强度为355Mpa，而谐响应分析求的结构某处的应力为355Mpa，是不是说明材料开始发生屈服啦？
七、比如材料在应力S为100Mpa下的疲劳寿命N为1000次，而谐响应分析求的结构某处的应力为100Mpa，是不是说明在经过1000次循环后，此处发生疲劳破坏和断裂？

谢谢！

haijun3091 · 发表于 2012-8-16 10:29

自己顶一个，千万不要沉啦，急求答案！

dujunmin · 发表于 2012-8-16 23:29

把我能回答的问题回答你
1、关于谐响应的用途，谐响应主要根据结构在不同频率激励下的响应情况，判定结构的固有频率特性，直接用于强度设计的并不是很多，毕竟真实的工况很难碰到完全的简谐激励，当然，如果激励真的就是简谐激励，那么谐响应分析的结果也可以用作强度设计，毕竟谐响应分析的结果就是在某一特定频率激励下结构的最大响应。

dujunmin · 发表于 2012-8-16 23:34

2、你的分析是有道理的，从计算的幅频曲线也可看出，图8、图9出现明显共振峰，且相频曲线相位出现跳变，这都说明确实出现了共振，从相频曲线还可以看出，作谐响应分析时没有阻尼，这就可能导致共振点的振幅、应力都会非常大，说得极端一些，若激振频率恰好与共振点重合，那应力就是无穷大了。

dujunmin · 发表于 2012-8-16 23:36

3、谐响应分析时，当然频率间隔越小越好了。例如：你计算60-200Hz的范围，间隔取10，那么若共振频率为65，可能计算时可能就不好捕捉到共振点了；但间隔取2，则可能会出现明显的共振峰。

dujunmin · 发表于 2012-8-16 23:49

回复 1 # haijun3091 的帖子

5、回答不了，
6、理论上是的，但如果计算仅仅是局部产生了355MPa的应力，那么应当深入分析，应为这个应力可能是结构的应力集中，也可能是计算误差，如果结构材料的塑形较好，一般是没有问题的。
7、理论上讲也是对的，振动导致的结构失效可能有两种形式，一是振动应力幅值超过结构材料的许用应力导致破坏；二是疲劳破坏。但实际上，疲劳破坏是一个非常复杂的问题，绝不是简单算一个次数那么简单，若你感兴趣，我们可以深入探讨。

dujunmin · 发表于 2012-8-16 23:50

本帖最后由 dujunmin 于 2012-8-16 23:51 编辑

回复 1 # haijun3091 的帖子

4、看不清楚85Hz在什么地方，是那个反方向的峰值吗？应当是反——共振点（没有连字符）

haijun3091 · 发表于 2012-8-17 10:28

非常感谢dujunmin 的精彩回答，增长了我关于振动方面的知识，非常感谢！

haijun3091 · 发表于 2012-8-17 11:15

本帖最后由 haijun3091 于 2012-8-17 11:37 编辑

dujunmin 发表于 2012-8-16 23:29

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把我能回答的问题回答你
1、关于谐响应的用途，谐响应主要根据结构在不同频率激励下的响应情况，判定结构的 ...

大侠，本人刚接触振动分析，请大侠多多指教！
1.这个零件其实是产品在振动台上作正弦扫频振动测试的固定支架，所以它受到的激励就是简谐激励。通过模拟来观察振动下固定支架的强度是否满足要求。谐响应分析时若激振频率与共振点重合，应力值无穷大，岂不是振动一次就破坏啦，那该怎么根据谐响应分析结果进行强度设计呢？
2.固有频率特性不是模态分析来做得吗？做谐响应分析对产品设计能起到什么作用？
3.如何从相频曲线判断谐响应分析是否设置阻尼？是根据相频曲线是水平线来判断的吗？
4.谐响应分析时频率间隔该怎么取呢？间隔大了，捕捉不到共振点；间隔小了，应力值非常大。

haijun3091 · 发表于 2012-8-17 11:17

本帖最后由 haijun3091 于 2012-8-17 11:34 编辑

如何删除不想要的“回复”，没有找到相关命令！

haijun3091 · 发表于 2012-8-17 11:18

本帖最后由 haijun3091 于 2012-8-17 11:36 编辑

5.反方向峰值是怎么回事呢？

haijun3091 · 发表于 2012-8-17 11:18

dujunmin 发表于 2012-8-16 23:49

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回复 1 # haijun3091 的帖子

5、回答不了，

6.“如果结构材料的塑形较好，一般是没有问题的。”请大侠具体讲解下！

dujunmin · 发表于 2012-8-17 12:57

回复 9 # haijun3091 的帖子

1、应力值无穷大是在没有阻尼的情况下，有阻尼存在时，共振时产生的振幅会大大下降；此外，共振时振幅的增加是一个逐步积累的过程，若仅仅是穿越固有频率，振动并不会增大很多，但若在固有频率处作长时间振动实验，当然结构会承受很严重的应力；
2、模态分析当然可以看出结构的固有频率，但谐响应更能显示出“一定幅值的、不同频率作用在结构上，结构上的响应情况”；也就是模态分析只告诉你固有频率在哪里，而谐响应能反映结构对不同幅值、不同频率激励的响应；
3、若有阻尼，相频曲线从0°到180°是一个逐步变化的过程，若无阻尼，结构从固有频率穿过时，会出现从0到180的突变；
4、当然取小一点好，应力值非常大，那是真实情况，可以设置一些阻尼。

dujunmin · 发表于 2012-8-17 12:58

回复 11 # haijun3091 的帖子

看看多自由度系统的幅频特性曲线即可明白，是一个共振峰、一个反－－共振峰、一个共振峰相互交替的过程。

dujunmin · 发表于 2012-8-17 13:03

回复 12 # haijun3091 的帖子

是这样的，当结构在一定载荷作用下，出现局部应力超过屈服极限时，这部分的载荷不会马上继续增加，而会由于塑形变形引起周边应力的重新分配，因此若材料的屈强比较低，而对结构刚度要求又不是特别高，局部超过屈服极限时，不会影响使用，这是我自己的看法，供参考。

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