Femap with NX Nastran: Модальный анализ

Определение действительных собственных значений

Обычно первый шаг при выполнении динамического анализа в Siemens Femap – это определение собственных частот и форм колебаний конструкции без учета демпфирования. Частоты и формы колебаний характеризуют основные динамические свойства конструкции и показывают, как будет реагировать конструкция на динамическое воздействие.

Собственные частоты конструкции – это частоты, на которых конструкция сама будет колебаться после отклонения от положения равновесия. Например, каждая из струн фортепиано настроена на колебания с определенной (собственной) частотой. Собственная частота может называться иначе: характеристическая частота, основная частота, резонансная частота, нормальная частота.

Вид деформированной конструкции для собственной частоты колебаний называется нормальной формой колебаний. Нормальная форма колебаний иначе называется: собственная форма колебаний, характеристическая форма, основная форма. Каждая форма колебаний соответствует определенной собственной частоте.

Собственные частоты и формы колебаний являются функциями свойств конструкции и граничных условий. Консольная балка имеет множество собственных частот и соответствующих им форм колебаний. Если свойства конструкции изменяются, то изменяются ее собственные частоты, а формы колебаний при этом могут не измениться. Например, если изменится модуль упругости материала консольной балки, собственные частоты ее изменятся, а формы колебаний останутся прежними. Если изменяются граничные условия, то изменяются и собственные частоты, и формы колебаний. Например, если консольное закрепление балки изменить на опирание по обоим краям, собственные частоты и формы колебаний изменятся.

Зачем необходимо вычислять нормальные формы колебаний?

Существует много причин для расчета собственных частот и форм колебаний. Одна из них состоит в необходимости оценки динамического взаимодействия между рассматриваемой конструкцией и опорой. Например, если машина с вращающимися элементами, такая как вентилятор кондиционера воздуха, устанавливается на крыше здания, необходимо определить, не является ли рабочая частота вращения вентилятора близкой к какой-либо из собственных частот здания. Если частоты близки, то работа вентилятора может привести к разрушению или повреждению конструкции.

Принятие решения о выполнении последующих типов динамического анализа (например, анализа неустановившихся колебаний, гармонического анализа, расчета ударного спектра и т.д.) может основываться на результатах анализа собственных частот. Проанализировав главные собственные формы колебаний, можно выбрать соответствующий шаг решения уравнений движения по времени и частоте. Результаты анализа собственных значений (собственные частоты и формы колебаний) также могут быть использованы при гармоническом анализе и анализе неустановившихся колебаний методом нормальных форм колебаний.

Результаты динамического анализа иногда сопоставляются с результатами экспериментов. Результаты анализа нормальных форм могут быть использованы при проведении эксперимента. На этапах планирования испытаний анализ нормальных форм колебаний может быть использован для определения наилучших мест для установки акселерометров. После проведения испытаний оценивается соответствие результатов эксперимента и результатов расчета.

Целесообразность изменения конструкции также может быть оценено путем использования собственных частот и форм колебаний. Может ли рассматриваемое изменение конструкции вызвать увеличение динамической реакции? Анализ нормальных форм колебаний часто может дать ответ на этот вопрос.

Итак, существует много причин для расчета собственных частот и форм колебаний конструкции. Все они основаны на том, что анализ собственных значении является основой для многих типов динамического анализа. Следовательно, при выполнении любого типа динамического анализа необходимо общее понимание принципов анализа собственных форм и знание собственных форм и частот конкретной конструкции.

Модальный анализ в Siemens Femap

Расчет собственных форм и частот (Normal Modes/Eigenvalue, SOL 103) является первым шагом к анализу динамического поведения конструкции в Siemens Femap. Правильная интерпретация результатов модального анализа и оценка эффективной массы конструкции во многих случаях позволяют значительно сократить время проектирования изделий, подверженных динамическим нагрузкам и определить опасные резонансные частоты.

На  вебинаре будет разобран анализ собственных форм и частот, визуализация результатов и построение графиков суммарной эффективной массы и эффективной массы по модам в программном средстве Simenes Femap. Также будут рассмотрены основные настройки модального  анализа.

Попробуйте Siemens Femap и познакомьтесь с самыми современными возможностями моделирования в пре-/постпроцессоре Femap вместе с вычислительными возможностями ведущего в отрасли решателя Simcenter Nastran.

Посмотрите, как эти комплексные приложения для моделирования и анализа могут помочь Вам сэкономить деньги и сократить время выхода изделия на рынок благодаря оптимизированным проектам, уменьшению числа прототипов и натурных испытаний.

По этой ссылке Вы получите доступ к полной версии Siemens Femap: Base Module с дополнительным модулем Dynamic Response. Нет ограничений по количеству сохранений, размерам моделей или другим факторам, которые ограничивают Вашу способность моделировать и анализировать готовые проекты изделий.