振動頻率分析

為什麼要做振動分析?
  • 產品的使用環境,可能面臨外在或內在的振源,使得產品預期表現受影響。
    因此透過振動分析,可以有效地瞭解振動發生的原因,進而分析結構體在外在振源影響下的反應,作為設計的參考依據,是機構設計必要的能力之一。
振動造成何種問題? LS-DYNA可以進行振動分析對策?
  • 系統穩定性降低
  • 舒適性降低
  • 1、模態分析(Eigen Value, Vibration Mode Analysis)
  • 2、頻率響應函數分析(Frequency Response Function (FRF) )
  • 3、穩態振動 (Steady State Dynamics (SSD))
結構強度破壞
  • 1、模態分析(Eigen Value, Vibration Mode Analysis)
  • 2、隨機振動(Random Vibration )
  • 3、疲勞分析(Random Vibration and Fatigue)
  • 4、反應譜分析 (Response Spectrum Analysis)
噪音及異音
  • 1、聲學邊界元方法 (Boundary Element Method for Acoustics)
  • 2、聲學有限元方法(Finite Element Method for Acoustics)
  • 簡單地說,LS-DYNA可以解決NVH(Noise, Vibration, Harshness)等常見問題。
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更多振動分析的說明

穩態振動 (Steady State Dynamics (SSD))

  • 作為強迫振動的一種,SSD定義為週期性荷載下的穩態振動,故其回應與施振頻率有關。荷載包括集中節點力、均布壓力、地面加速度、強迫運動等。使用者可通過多種方式輸入阻尼。計算結果存儲在2進制圖形檔d3ssd中。SSD計算可得到結構在不同頻率激勵下的動力回應分佈,包括幅值和相位差。

隨機振動與疲勞(Random Vibration and Fatigue)

  • 隨機振動分析提供結構在隨機荷載激勵下的回應功率譜密度函數(PSD)和均方根(RMS)。LS-DYNA可考慮多種隨機荷載,包括地面加速度、集中力、均布壓力及各種流場等(如plane wave,random progressive wave, reverberant wave, turbulent boundary layer),也可以考慮各荷載之間的相關性(correlation)。荷載可以採用PSD的方式輸入,也可以採用時間歷程的方式輸入。LS-DYNA的隨機振動分析可以考慮由機械荷載或溫度變化引起的預應力效應。
  • 隨機疲勞分析是在隨機振動分析的基礎上,根據材料的SN疲勞曲線及 振動時間,計算結構的累積疲勞損傷係數及預期壽命,進而判斷結構在給定荷載條件下的安全性。LS-DYNA中隨機疲勞分析可採用三應力法、Dirlik方法、Narrow Band方法、Wirsching方法、Chaudhury & Dover方法、Tunna方法、Hancock方法等不同方法進行。各種方法基於不同的理論和假設計算各應力水準的概率密度函數(Probability Density Function或PDF)。
  • 隨機振動和隨機疲勞分析在汽車、電子、土木、機械、航空航太和海洋工程等行業有廣泛的應用。

反應譜分析 (Response Spectrum Analysis)

LS-DYNA資料創建、編輯、檢查和視覺化 (Data Management)
  • 反應譜分析用於計算結構在地震或其他激勵條件下可能出現的最大反應。反應譜理論考慮了結構動力特性(自振週期、振型和阻尼)與地震動特性之間的動力關係,通過反應譜來計算由於結構動力特性所產生的共振效應。由於反應譜分析把地震慣性力作為靜力對待,它是一種准靜力方法。LS-DYNA提供了一系列的模態綜合方法,如SRSS方法、CQC方法、NRC Grouping方法、Double Sum方法等,以考慮不同條件下的模態藕合。反應譜輸入可採用單點激勵,也可以採用多點激勵。
  • 反應譜分析在大型結構如橋樑、高層建築、核反應爐等的抗震設計和安全評估方面有重要應用。

聲學邊界元方法 (Boundary Element Method for Acoustics)

  • LS-DYNA提供了一系列的邊界元方法及簡化的邊界積分方法供用戶進行聲學計算。這些方法包括:節點邊界元法、基於變分原理的非直接邊界元法、Rayleigh方法、Kirchhoff方法和基於Burton-Miller公式的Dual邊界元法。 在邊界元方法中,LS-DYNA採用了基於子域劃分的快速 計算方法,並提供了聲學面板貢獻分析、聲學轉換向量(Acoustic Transfer Vector)等分析功能。LS-DYNA的聲學邊界元方法可很方便地與結構的時域有限元分析、頻域有限元分析相結合,計算結構的振動雜訊。此方法也可以使用使用者提供的振動資料如節點速度作為聲學計算的邊界條件。對於結構表面與流體表面單元不一致的情況,此方法可通過插值將結構表面的振動邊界條件映射到流體表面。通過採用特殊的半空間基本解,LS-DYNA的聲學邊界元方法可以自動考慮聲波在半無限固體表面的反射效應。
  • 在汽車NVH領域,邊界元方法可用於計算汽車由於振動產生的輻射雜訊。

聲學有限元方法(Finite Element Method for Acoustics)

  • 頻域聲學有限元方法,是基於聲學Helmholtz微分公式和Galerkin方法的有限元計算方法。該方法特別適用於內部聲學問題。使用者可選擇使用立方體單元(Hexahedron)、四面體單元(Tetrahedron)或者五面體單元(Pentahedron)及其組合來類比各種複雜流體域如汽車車腔。LS-DYNA的聲學有限元方法可很方便地與結構的時域有限元分析、頻域有限元分析相結合,計算結構的振動雜訊。此方法也可以採用使用者直接輸入的速度邊界條件。

模態分析與頻率響應函數分析(Frequency Response Function (FRF) )

    模態分析
  •  為結構上固有振動特性。每一個結構體都具有特定的固有頻率及振動形態。透過模態的計算,可得知結構體在特定頻率時振動的形態。
    FRF頻率響應函數
  •  為穩態振動條件下結構回應與激勵之間隨頻率的轉換函數。它是結構動力回應的屬性,反映結構本身的特性。根據激勵和回應類型的不同,FRF可稱為加速性(或慣性)、有效品質、流動性、動力剛度等。在LS-DYNA中,FRF通過模態疊加的方法計算。其結果可以表達為幅值、相位(或實部、虛部)隨頻率變化的曲線。使用者可通過多種方式輸入阻尼,如常阻尼、模態阻尼曲線和瑞利阻尼。在LS-DYNA中,FRF的計算可採用一點輸入、多點輸出的方式進行,並可通過對參與模態的選擇,分析模態貢獻。
  •  FRF對於汽車NVH分析如能量傳遞路徑等有重要作用。模態分析會呈現結構體在特定的邊界條件下,受到外力振動後,可能反應的行為。但一般模態分析並沒有辦法告知其對於不同頻率反應的結果如何。例如:您做了模態分析,你可能瞭解到這結構體有幾個振動模態或振動值的大小,以上圖車子而言,您知道在14Hz,25Hz,41Hz可能有模態產生,但無法知道這台車的特定位置,到底它的振動大小(振動響應) 是多少。透過LS-DYNA分析,您可以看到特定位置的反應狀況。進而得知相關的對策。若您想進一步的瞭解,請聯絡鑫威資訊。