常见CAE分析类型.doc

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常用CAE分析类型
冒小萍
审校：顾伯达
适用版本：所有CAE软件
CAE分析时根据结构实际工况准确判断分析类型至关重要,根失稳而压瘪．屈曲分析就是一种用于确定结构失去稳定性的临界载荷和屈曲模态形状的技术。广泛应用于细薄结构的设计分析中．
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非线性结构分析
固体力学从本质上讲是非线性的,线性假设是实际问题的一种简化,在分析线弹性体系时,假设节点位移无限小,材料的应力和应变关系满足虎克定律,加载时边界条件保持不变,若不满足上述条件之一就会形成非线性问题；
结构非线性问题主要有：
几何非线性：如果结构的变形比较大,使应力和应变之间不能再用线性关系来表示,很大的位移也可能使外力之间的平衡关系改变,以致不能继续采用线性分析,这种非线性问题称为几何非线性,比如大位移小应变,大位移大应变。
材料非线性：由于载荷过大等因素的影响,当结构中的应力达到或超过材料的屈服应力时,材料的应力应变关系不再符合虎克定律,也可能一些材料的应力应变关系本来就不服从虎克定理,这种问题统称为材料非线性问题,如弹塑性问题,超弹性问题和蠕变问题等。
边界非线性：接触问题,系统的刚度由于系统状态的改变在不同值之间突然变化；接触是一种很普遍的非线性行为,需要较大的计算资源,为了进行有效的计算理解问题的特性和建立合理的模型是很重要的。接触问题有两大难点：a〕在求解问题之前,不知道接触区域表面之间是接触的、分开的还是突然变化的,这随着载荷、材料、边界条件等因素而定；b〕接触问题常需要计算摩擦,各种摩擦模型是非线性的,这使得问题得收敛变得困难；
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动力响应分析
在动载荷〔载荷大小、方向和作用点随时间变化〕作用下,结构上相应的位移、应力和应变不仅随空间位置变化,而且随时间变化。
结构动力学解决两个问题：一是寻求结构的固有频率和主振型,了解振动特性；另一个就是分析结构的动力响应特性,计算结构受到动载荷时的动位移,动应力和动应变的大小与其变化规律。根据动载荷的不同,动力响应计算主要分以下几类
频率响应分析：主要用于计算结构在简激励作用下的稳态动力响应。频率响应分析中,载荷是时间的谐函数,需要指定它的大小,频率和相位．频率响应分析限于线弹性结构．
a>.直接频率响应分析
直接频率响应通过求解整个模型的阻尼耦合方程, 得出各频率对于外载荷的响应。该类分析在频域中主要求解二类问题。 第一类问题是求结构在一个稳定的周期性正弦外力谱的作用下的响应。结构可以具有粘性阻尼和结构阻尼,分析得到复位移、 速度、加速度、约束力、单元力和单元应力。这些量可以进行正则化以获得传递函数。第二类问题是求解结构在一个稳态随机载荷作用下的响应。此载荷由它的互功率谱密度所定义。而结构载荷由上面所提到的传递函数来表征,分析得出位移、加速度
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、约束力或单元应力的自相关系数。该分析也对自功率谱进行积分而获得响应的均方根值。b> 模态频率响应
模态频率响应分析和随机响应分析在频域中解决的二类问题与直接频率响应分析解决相同的问题。用模态频率响应方法计算结构动力响应时,先进行结构的模态分析,根据所计算的模态个数,得到截断了的低阶模态矩阵,在考虑粘性阻尼的情况下用这个