有限元仿真分析误差来源之边界条件设置-动载荷
责任编辑:王王木木     时间:2021-07-30     来源:作者:青梅煮酒,仿真秀科普作者
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一、认识动载荷系数

图 1拉杆简图

 

要计算杆件X处应力,根据达朗贝尔法可以得到如下方程。
 

这样动应力为
 

而静应力为

因此就会有

图 2  设置

 

大家可能会疑惑为什么要设两个加速度条件?即标准重力加速度和加速度,设一个加速代替两个不行吗?可以,但是要注意方向。workbench中的Acceleration是利用达朗贝尔法将动力学变成静力学,也就是施加一个和加速度方向相反的惯性力。而Standard Earth Gravity施加沿重力加速度方向的重力。

图 3仿真结果

 

和理论计算值相差1%。也就是有加速度动载荷之后,应力变大。

 

但事实却不是这样。我们分析这个问题,其实通过达朗贝尔法已经将动载荷转化为静载荷了,这个时候载荷是不随时间变化。而冲击载荷实际上是随时间变化的外载荷。那随时间变化载荷,计算的应力是变大还是变小呢?
 

 

二、动力学分析

载荷随时间变化,那么就要搬出大家最熟悉的公式了。

省略拉氏变换和反拉氏变换的推导过程,直接得到结论如下。

其中
 

图 4仿真结果

 

可以看出当载荷频率很高,远离受试产品的固有频率时,引起的响应很小。上图是针对单自由度系统,现实中都是多自由度系统,即受试产品具有无穷多阶固有频率。那么高频载荷作用下,就会和高频的固有频率发生共振,对于电子受试产品来说,高频对应的振型一般表现在电路板的局部模态,因此,高频冲击试验一般是对电路板的可靠性评价试验。
 

 

三、我的总结

1、workbench中加速度载荷,实际上是利用达朗贝尔动静法,将动载荷转化为静载荷。这种动载荷可以看作是跟时间无关的静载荷。但这种载荷一般用来分析匀加速运动情况下的结构受力。

 

2、冲击载荷对受试产品的影响,和以下几个方面的因素有关,即冲击载荷的频率以及受试产品的固有频率,还有冲击载荷的方向和受试产品模态振型的方向。当冲击载荷的频率和受试产品的固有频率接近,且冲击载荷方向和受试产品模态振型方向一致时,冲击载荷对受试产品的影响较大。

 

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