Pro/MECHANICA: Structure and Thermal Analysis
Version 2001
Глава 11 - Динамический Анализ
Упражнение 11а - Динамический Анализ
Цель
После выполнения этого упражнение Вы будете способны:
Настраивать и выполнять динамический временной анализ
Настраивать и выполнять динамический частотный анализ
Настраивать и выполнять динамический анализ случайных колебаний
Настраивать и выполнять динамический анализ ударной нагрузки
В этом упражнении Вы настроите и запускаете следующие анализы на FEA модели, показанной на рисунке 11-4:
• Dynamic Time Analysis - В этом анализе Вы вычислите напряжения для модели в различных интервалах в ответ на изменяющуюся по времени нагрузку. Вы допустите, что модель подвергается базисному возбуждению.
• Dynamic Frequency Analysis - В этом анализе, Вы подвергнете модель периодической нагрузке, которая применяется большое количество циклов.
• Dynamic Random Analysis - В этом анализе, Вы предположите, что модель испытывает случайную вибрацию, где Энергетическая Спектральная Плотность (PSD) - синусоида между 0 и 4000Hz.
• Dynamic Shock Analysis - В этом анализе Вы предположите, что модель находится под воздействием землетрясения, чтобы определить реакцию модели.
Рисунок 11-4
Динамический Временной Анализ
Лучший пример непериодической нагрузки - удар предмета, падающего на твердую поверхность.
В этом анализе Вы подвергнете модель непериодической нагрузке, чтобы определить, может ли модель противостоять ей.
Задание 1: Открытие детали beam_modal in Pro/ENGINEER и запуск Pro/MECHANICA.
1. Откройте файл beam_modal.prt. Деталь в не закрашенном состоянии показана на рисунке 11-5.
Рисунок 11-5
2. Уберитесь, что система единиц установлена на mmNs.
3. Запустите Pro/MECHANICA. Модель теперь выглядит как показано на рисунке 11-6.
Рисунок 11-6
Задание 2: Настройка анализа.
1. Выберите Analyses из меню MEC STRUCT. Открывается диалоговое окно Analyses, как показано на рисунке 11–7.
Рисунок 11-7
2. Выберите Dynamic Time из раскрывающегося меню. Нажмите кнопку 
. Открывается диалоговое окно
Dynamic Time Analysis Definition, как показано на рисунке 11–8.
Рисунок 11-8
3. Введите [d_t] в поле Name и напечатайте описание анализа в поле Description (не обязательно).
Результаты сообщены относительно земли или опор.
4. Выберите Base Excitation из раскрывающегося меню Loading. Секция Time Dependence выглядит как показано на рисунке 11-9.
Рисунок 11-9
5. Нажмите кнопку 
. Открывается диалоговое окно
Functions, как показано на рисунке 11-10.
Рисунок 11-10
6. Нажмите кнопку 
. Открывается диалоговое окно
Function Definition, как показано на рисунке 11-11.
Рисунок 11-11
7. Напечатайте [time] в поле Name.
8. Выберите Table из раскрывающегося меню Type. Открывается диалоговое окно Function Definition, как показано на рисунке 11-12.
Рисунок 11-12
9. Нажмите кнопку 
. Открывается диалоговое окно
Enter Rows, как показано на рисунке 11-13.
Рисунок 11-13
10. Введите 1 в поле Start.
11. Введите 3 в поле Num Rows.
12. Нажмите кнопку 
. Открывается диалоговое окно
Function Definition, как показано на рисунке 11-14.
Рисунок 11-14
1, 2 и 3 - величины времени (секунды), а 100, 200 и 300 - значения функции, которые будут умножены на нагрузку, приложенную к модели, в течение каждого временного шага.
13. В первой колонке в 1-е поле таблицы в секции Type введите 1, введите 2 в первую колонку во 2-е поле и введите 3 в первую колонку в 3-е поле.
14. Во второй колонке в 1-е поле таблицы в секции Type введите 100, введите 200 во вторую колонку во 2-е поле и введите 300 во вторую колонку в 3-е поле.
15. Нажмите кнопку 
. Открывается диалоговое окно
Graph Function, как показано на рисунке 11-15.
Рисунок 11-15
16. Нажмите кнопку 
. Появляется график, как показано на рисунке 11-16.
В Динамическом Временном анализе нагрузка кратковременна (например, кузов грузовика, в который зерно сыпалось в течении 3-х секунд).
Рисунок 11-16
17. Выберите File > Exit Graphing.
18. Нажмите кнопку 
для закрытия диалогового окна
Graph Function.
19. Нажмите кнопку 
для закрытия диалогового окна
Function Definition.
20. Нажмите кнопку 
для закрытия диалогового окна
Functions. Появляется диалоговое окно Dynamic Time Analysis Definition.
21. Введите [1] в поле Y секции Direction.
22. Перейдите на закладку 
и поставьте галочку рядом с
Use modes from previous design study.
23. Нажмите кнопку 
поставьте галочку рядом со
Stresses and Mass Participation Factors.
24. Нажмите кнопку 
для закрытия диалогового окна
Dynamic Time Analysis Definition.
25. Нажмите кнопку 
для закрытия диалогового окна
Analyses.
Задание 3: Проверка достоверности модели и запуск анализа.
Шаги с 1 по 4 задания 3 требуют очистки памяти Pro/MECHANICA. Вы должны выполнить эти шаги всякий раз, когда проверяете достоверность модели для динамического анализа.
1. Сохраните модель Pro/ENGINEER.
2. Удалите модель из памяти используя опцию Current.
3. Откройте модель в Pro/ENGINEER.
4. Запустите Pro/MECHANICA.
5. Запустите выполнение анализа.
Динамические анализы не используют опции сходимости.
Эффективные массовые коэффициенты участия в в диалоговом окне Summary для проекта d_t показаны на рисунке 11-17. Обратите внимание на эффективный массовый коэффициент участия для моды номер 6.
Если полная эффективная масса - меньше чем 90%, большинство мод должно быть включено, чтобы собрать данные о колебательном отклике модели.
Рисунок 11-17
Задание 4: Отображение результатов.
1. Создайте и отобразите диаграмму максимального напряжения Мизеса по модели для каждого шага. Диаграмма выглядит как показано на рисунке 11-18.
Рисунок 11-18
2. Выберите Utilities > Seg Graph и выберите точки, показанные на рисунке 11–18. Диаграмма показана на рисунке 11-19.
Рисунок 11-19
Пик напряжения Мизеса наблюдается при 0.00412с.
3. Создайте и отобразите диаграмму смещений по модели для каждого шага. Диаграмма выглядит как показано на рисунке 11-20.
Рисунок 11-20
4. Повторите шаг 2 задачи 4 для диаграммы смещения. Пик смещения на 0.004795сек.
5. Создайте и отобразите диаграмму максимального напряжения Мизеса в PNT2 для каждого шага. Диаграмма выглядит как показано на рисунке 11-21.
Рисунок 11-21
6. Повторите шаг 2 задачи 4 для диаграммы напряжения Мизеса в PNT2 и обратите внимание на пик напряжения Мизеса в PNT2 при 0.00321сек.
Базируясь на вышеупомянутых результатах, временной интервал, в котором наблюдаются пики смещения и напряжения, находится между 0.0032 и 0.005сек. Окончательный анализ для данного интервала времени может быть сделан так, чтобы могли быть рассчитаны полные результаты.
7. Выберите Done\Return.
8.
Нажмите кнопку 
.
Динамический Частотный Анализ
Периодическая нагрузка - это когда модель подвергнута постоянному колебанию в течении длительного периода времени.
В этом анализе, Вы подвергнете модель периодической нагрузке, которая применяется большое количество циклов.
Задание 5: Настройка анализа.
1. Выберите Analyses из меню MEC STRUCT. Открывается диалоговое окно Analyses. Выберите Dynamic Frequency из раскрывающегося меню New Analysis.
2. Нажмите кнопку 
. Открывается диалоговое окно
Dynamic Frequency Analysis, как показано на рисунке 11-22.
Рисунок 11-22
3. Введите [d_f] в поле Name и напечатайте описание анализа в поле Description (не обязательно).
4. Одобрите опцию по умолчанию в поле Loading.
5. Нажмите кнопку 
под
Amplitude. Открывается диалоговое окно Functions, как показано на рисунке 11-23.
Рисунок 11-23
6. Нажмите кнопку 
. Открывается диалоговое окно
Function Definition, как показано на рисунке 11-24.
Рисунок 11-24
7. Напечатайте [freq] в поле Name.
8. Выберите Table из раскрывающегося меню Type.
9. Нажмите кнопку 
. Открывается диалоговое окно
Enter Rows.
10. Введите 1 в поле Start.
11. Введите 14 в поле Num Rows.
12. Нажмите кнопку 
.
13. Введите значения, показанные в таблице 11–3, в таблицу диалогового окна Function Definition, показанного на рисунке 11–25.
Таблица 11-3
|
|
Амплитуда |
Частота |
|
|
|
10 |
0.05 |
|
|
|
150 |
0.3 |
|
|
|
300 |
6 |
|
|
|
500 |
2 |
|
|
|
600 |
20 |
|
|
|
650 |
2.5 |
|
|
|
780 |
8 |
|
|
|
1000 |
1.5 |
|
|
|
1500 |
1.5 |
|
|
|
2000 |
4 |
|
|
|
2250 |
2 |
|
|
|
2500 |
0.4 |
|
|
|
3000 |
0.2 |
|
|
|
4000 |
.1 |
|
Рисунок 11-25
14. Нажмите кнопку 
. Открывается диалоговое окно
Graph Function, как показано на рисунке 11-26.
Рисунок 11-26
15. Введите [0] в поле Lower Limit.
16. Введите [4000] в поле Upper Limit.
17. Нажмите кнопку 
. Появляется график, как показано на рисунке 11-27.
Рисунок 11-27
18. Выберите File > Exit Graphing.
19. Нажмите кнопку 
для закрытия диалогового окна
Graph Function.
20. Нажмите кнопку 
для закрытия диалогового окна
Function Function.
21. Нажмите кнопку для закрытия диалогового окна
Functions. Появляется диалоговое окно Dynamic Frequency Analysis.
22. Перейдите на закладку Previous Analysis и поставьте галочку рядом с Use modes from previous design study.
23. Перейдите на закладку Output и выберите Stresses в секции Calculate.
24. Нажмите кнопку для закрытия диалогового окна
Dynamic Frequency Analysis.
Помните, что Вы должны выполнить шаги с 1 по 4 задания 3 для очистки памяти Pro/MECHANICA.
25. Нажмите кнопку 
для закрытия диалогового окна
Analyses.
26. Проверьте обоснованность модели.
Динамические анализы не имеют опции сходимости. На выполнение потребуется 15-20 минут.
27. Запустите анализ.
Задание 6: Отображение результатов
1. Создайте и отобразите диаграмму максимального напряжения Мизеса по модели для каждого шага. Диаграмма выглядит как показано на рисунке 11-18.
Рисунок 11-28
2. Выберите Utilities > Seg Graph и выберите точки, показанные на рисунке 11-28. Диаграмма показана на рисунке 11-29.
Рисунок 11-29
Резонансная частота для I_beam в mode4 равна 1045Hz.
Пики напряжения Мизеса наблюдаются около моды 4 на I_beam при резонансной частоте и заданном наборе ограничений.
3. Создайте и отобразите диаграмму Y- смещений по модели для каждого шага. Диаграмма выглядит как показано на рисунке 11-30.
Рисунок 11-30
Резонансная частота для I_beam в mode4 равна 1045Hz.
4. Повторите шаг 2 задания 6 для диаграммы смещений и обратите, что пик смещения вблизи моды 4 на I_beam наступает при резонансной частоте и заданном наборе ограничений.
5. Выберите Done\Return.
6. Нажмите кнопку 
.
Динамический Анализ Случайных Колебаний
PSD - амплитуда частот (спектр), который применяется к модели в течение времени и не является зависящим от времени.
В этом анализе, Вы предположите, что модель испытывает случайную вибрацию, где Энергетическая Спектральная Плотность (PSD) - синусоида между 0 и 4000Hz.
Задание 7: Настройка анализа.
1. Выберите Model из меню MEC STRUCT.
2. Выберите Loads > Edit из меню STRC MODEL и выберите один из векторов нагрузки, как показано на рисунке 11–31. Появляется диалоговое окно Force/Moment.
Рисунок 11-31
3. Измените [-1500] в поле Y секции Force на [-1].
4. Нажмите кнопку 
.
5. Выберите Done\Return.
6. Выберите Analyses из меню MEC STRUCT. Открывается диалоговое окно Analyses.
Используйте динамический анализ случайных колебаний, чтобы определить реакцию модели на случайные колебания.
7. Выберите Dynamic Random из раскрывающегося меню New Analysis.
8. Нажмите кнопку 
. Открывается диалоговое окно
Dynamic Random Analysis, как показано на рисунке 11-32.
Используйте Динамический Анализ Случайных Колебаний, когда динамическое возбуждение Вашей модели не соответствует простому примеру (возбуждение не зависит от частоты или времени).
Рисунок 11-32
9. Введите [d_r] в поле Name и напечатайте описание анализа в поле Description (не обязательно).
10. Одобрите опцию по умолчанию в поле Loading.
11. Нажмите кнопку 
. Открывается диалоговое окно
Functions, как показано на рисунке 11-33.
Рисунок 11-33
12. Нажмите кнопку 
. Открывается диалоговое окно
Function Definition, как показано на рисунке 11-34.
Рисунок 11-34
13. Напечатайте [random] в поле Name.
14. Одобрите опцию по умолчанию в поле Type.
PSD введена как функция синуса.
15. Введите [sin((frequency-5)/3995*pi)] в поле функции, показанное на рисунке 11–34.
16. Нажмите кнопку 
. Открывается диалоговое окно
Graph Function, как показано на рисунке 11-35.
Рисунок 11-35
17. Введите [10] в поле Lower Limit и [4000] в поле Upper Limit.
18. Нажмите кнопку 
. Появляется график, как показано на рисунке 11-36.
Рисунок 11-36
19. Выберите File > Exit Graphing.
20. Нажмите кнопку 
для закрытия диалогового окна
Graph Function.
21. Нажмите кнопку 
для закрытия диалогового окна
Function Function.
22. Нажмите кнопку 
для закрытия диалогового окна
Functions. Появляется диалоговое окно Dynamic Random Analysis.
23. Перейдите на закладку 
и отметьте галочкой
Full RMS Results for Displacement and Stresses в секции Calculate.
24. Примите опцию по умолчанию в раскрывающемся меню Output Intervals.
25. Введите [5] в поле Minimum Frequency.
26. Поставьте галочку рядом с User-defined в секции Maximum Frequency и введите [4000] в поле ниже User-defined.
27. Перейдите на закладку 
и выберите
All.
28. Перейдите на закладку 
и выберите
Use mode from previous study.
29. Нажмите кнопку 
для закрытия диалогового окна
Shock Function Function.
30. Нажмите кнопку 
для закрытия диалогового окна
Analyses.
Помните, что Вы должны выполнить шаги с 1 по 4 задания 3 для очистки памяти Pro/MECHANICA.
31. Проверьте обоснованность модели.
32. Запустите анализ.
Задание 8: Отображение результатов
1. Создайте и отобразите диаграмму интерференционной полосы смещения (X, Y, Z комбинации компонентов), как показано на рисунке 11-37.
Рисунок 11-37
Максимальное смещение - 3.42мм, начиная с набора (случайный отклик нагрузки) условий (sin((frequency-5)/3995*pi)) не является зависящим от частоты или времени. Эта диаграмма показывает средний отклик на набор условий. Спектр отклика мог бы быть любыми внешними условиями. Например, отклик мог бы быть определен как стандартный дорожный шум для структуры крепления автомобильной выхлопной трубы.
2. Выберите Done\Return.
3. Нажмите кнопку 
.
Динамический Анализ Ударной нагрузки
Не используйте анализ динамической ударной нагрузки для импульсной нагрузки, когда нагрузки изменяются ровно по времени.
В этом анализе Вы предположите, что модель находится под воздействием землетрясения, чтобы определить реакцию модели к землетрясениям.
Задание 9: Настройка анализа.
1. Выберите Analyses из меню MEC STRUCT. Открывается диалоговое окно Analyses.
2. Выберите Dynamic Shock из раскрывающегося меню New Analysis.
3. Нажмите кнопку 
. Открывается диалоговое окно
Shock Analysis Definition, как показано на рисунке 11-38.
Рисунок 11-38
4. Напечатайте [d_s] в поле Name.
5. Введите в поле Description описание анализа (не обязательно).
6. Введите [1] в поле Y секции Direction of Base Excitation.
7. Перейдите на закладку 
и выберите
Use mode from previous design study.
8. Нажмите кнопку 
поставьте галочку рядом со
Stresses and Mass Participation Factors.
9. Перейдите на закладку 
.
10. Нажмите кнопку 
. Открывается диалоговое окно
Functions, как показано на рисунке 11-39.
Рисунок 11-39
11. Нажмите кнопку 
. Открывается диалоговое окно
Function Definition, как показано на рисунке 11-40.
Рисунок 11-40
12. Напечатайте [shock] в поле Name.
13. Выберите Table из раскрывающегося меню Type.
14. Нажмите кнопку 
. Открывается диалоговое окно
Enter Rows.
15. Выберите 1 в поле Start.
16. Выберите 14 в поле Num Rows.
17. Нажмите кнопку 
.
18. Введите значения из таблицы 11–4 в таблицу диалогового окна Function Definition.
Таблица 11-4
|
|
Частота |
Значение |
|
|
|
0 |
0 |
|
|
|
150 |
0.3 |
|
|
|
300 |
6 |
|
|
|
500 |
2 |
|
|
|
600 |
11 |
|
|
|
650 |
2.5 |
|
|
|
780 |
8 |
|
|
|
1000 |
1.5 |
|
|
|
1500 |
1.5 |
|
|
|
2000 |
4 |
|
|
|
2250 |
5 |
|
|
|
2500 |
0.4 |
|
|
|
3000 |
0.2 |
|
|
|
4000 |
.1 |
|
19. Нажмите кнопку 
. Появляется диалоговое окно
Graph Function.
20. Нажмите кнопку 
. Появляется график, как показано на рисунке 11-41.
Рисунок 11-41
22. Нажмите кнопку 
для закрытия диалогового окна
Graph Function.
23. Нажмите кнопку 
для закрытия диалогового окна
Function Definition.
24. Нажмите кнопку для закрытия диалогового окна
Functions. Открывается диалоговое окно Shock Analysis Definition.
Спектр - графическое представление амплитуд относительно частот.
25. Отметьте галочкой Displacement в секции Spectrum.
26. Отметьте галочкой SRSS (Square Root of the Sum of the Squares - Среднеквадратическое значение суммы) в секции Modal Combination Method.
27. Нажмите кнопку для закрытия диалогового окна
Shock Function Function.
28. Нажмите кнопку 
для закрытия диалогового окна
Analyses.
Помните, что Вы должны выполнить шаги с 1 по 4 задания 3 для очистки памяти Pro/MECHANICA.
29. Проверьте обоснованность модели.
30. Запустите анализ.
31. Обратите внимание на эффективные массовые коэффициенты участия в Summary dialog box for Design "d_s", показанном на рисунке 11–17.
Если полная эффективное массовое участие меньше 90%, должно быть включено большинство мод, чтобы собрать данные о колебательном отклике модели.
Рисунок 11-42
Эффективный массовый коэффициент участия для моды номер 6 показан на рисунке 11-43. Обратите внимание на максимум напряжения Мизеса и на максимальное смещение.
Рисунок 11-43
Задание 10: Отображение результатов
1. Создайте и отобразите диаграмму интерференционной полосы смещения (X, Y, Z комбинации компонентов), как показано на рисунке 11-44.
Рисунок 11-44
Обратите внимание, максимальное смещение равно 3.1мм.
2. Сохраните модель и закройте окно.