How Design Formula One

Finite Elements Analysis FEA FEM


Asumimos que tenemos un diseño en CAD  y/o su mallado.

Biela Statics Dynamics Analysis LS-DYNA.gif

Escribir una leyenda

 

Análisis Dinámico

Es una técnica utilizada para determinar el comportamiento dinámico de una estructura o componente, donde la inercia (efecto masa) y amortiguamiento de la estructura juega un papel importante.

“Comportamiento dinámico” puede ser uno o más de los siguientes:

– Vibraciones características – cómo vibra la estructura y en qué frecuencias.

– Cargas variables en el tiempo  (sobre la estructura desplazamientos y tensiones, por ejemplo).

– Efecto de cargas periódicas (a.k.a. oscilantes o al azar).

Un análisis estático podría asegurar que el diseño soportará condiciones de carga de estado estacionario, pero puede no ser suficiente, sobre todo si la carga varía con el tiempo.

Un análisis dinámico generalmente toma en cuenta uno o más de los siguientes:

-Vibraciones – debido a la rotación de maquinaria, por ejemplo.

-Impacto – accidente de coche, golpe de martillo.

-Alternancia de fuerzas – cigüeñales, otra maquinaria de rotación.

-Cargas sísmicas – sismo, explosión.

– Vibraciones al azar – lanzamiento del cohete, transporte por carretera.

 

Cada situación es manejada por un tipo específico de análisis dinámico:

Análisis Modal para determinar las características de vibración de la estructura.

Análisis Modal: de frecuencias y modos propios de vibración (dependen de la configuración, geometría y materiales de la estructura).

-Una lámina de turbina bajo tensión (fuerzas centrífugas) muestra diferente comportamiento dinámico.

Modal Analysis Cilindro Rigido 30 ' F=50700 N DOF=1 Frecuency 3690 c

Modal Analysis Cilindro Rigido 30 ‘ F=50700 N DOF=1 Frecuency 3690 c

Modal Analysis Cilindro Rigido 30 ' F=50700 N DOF=1 Frecuency 5757 c

Modal Analysis Cilindro Rigido 30 ‘ F=50700 N DOF=1 Frecuency 5757 c

Análisis Dinámico Transitorio para calcular la respuesta de cargas variables con el tiempo de una estructura .

– Un parachoques de automóviles debería ser capaz de resistir el impacto de baja velocidad, pero se deforma bajo impacto de alta velocidad.

– Un marco de raqueta de tenis debe diseñarse para resistir el impacto de una pelota de tenis.

CilindroGroup Transient Dynamics Response Analysis

CilindroGroup Transient Dynamics Response Analysis

Análisis Armónico para determinar la respuesta de la estructura a cargas constantes, armónicas.

– Máquinas de rotación constante, alternando fuerzas en los cojinetes. Estas fuerzas causan distintas desviaciones y tensiones dependiendo de la velocidad de rotación.

Análisis de Espectro para determinar la respuesta de una estructura a la carga sísmica.

– Construcción de estructuras de puente en una región propensa a terremotos y marcos debe diseñarse para resistir los terremotos.

Análisis de Vibración Aleatoria para determinar cómo un componente responde a vibraciones aleatorias.

– Componentes naves espaciales y aviones deben soportar carga aleatoria de frecuencias variables para un período de tiempo sostenido.

La ecuación general del movimiento es

[M] {ẍ(t)} + [C] {ẋ (t)} + [K] {x (t)} = {f (t)}

[M ]            es la matriz de masa,

[C]            es la matriz de amortiguamiento,

[K]            es la matriz de rigidez,

{F (t)}            es el vector de carga.

{ẍ(t)}            aceleración vector conjunto de puntos

{ẋ (t)}            velocidad vector de conjunto de puntos

{x (t)}            posición Vector conjunto de puntos

 

Tipos de análisis diferentes resolver diversas formas de esta ecuación:

– Análisis modal: {F (t)} es cero, y generalmente se desprecia [C].

[M] {ẍ(t)} + [C] {(t)} + [K] {x (t)} = {f (t)} = > [[M] {ẍ(t)} + [K] {x (t)} = 0

– Análisis armónico: {F (t)} y {x (t)} ambos se supone que son armónicos en el tiempo, es decir

x = x sin(ωt) , donde x es la amplitud y ω es la frecuencia en radianes/seg

– Análisis dinámico transitorio: se mantiene la forma anterior.

 

Existen dos técnicas principales para resolver la ecuación general del movimiento:

 – Superposición modo

  • Los modos de frecuencia de la estructura son predecibles, multiplicada por coordenadas generalizados y luego se suman para calcular la solución del desplazamiento.
  • Puede usarse para análisis de transitorios y armónicos .

– Integración directa

  • La ecuación del movimiento se resuelve directamente, sin el uso de coordenadas generalizadas.
  • para análisis armónico, ya que las cargas y la respuesta se supone que son armónicos, la ecuación está escrita y resuelta como una función de la frecuencia en lugar del tiempo.
  • para Análisis dinámico transitorio, la ecuación sigue siendo una función del tiempo y puede ser resuelta utilizando  un método implícito o explícito.

Método implícito

  • Inversión de la matriz, se requiere.
  • No linealidades requiere iteraciones de equilibrio (problemas de convergencia )
  • Integración, incremento  del tiempo, Δt  puede ser grande pero puede ser restringido por cuestiones de convergencia

Eficiente para la mayoría de los problemas excepto donde Δt debe ser muy pequeño .

Método explícito

  • No hay inversión de matriz
  • Puede manejar no linealidades fácilmente (no hay problemas de convergencia)
  • Integración,  incremento del tiempo, Δt  debe ser pequeño (1e-6 segundos es típico)
  • Útil para transitorios de corta duración tales como propagación de la onda, carga de choque y problemas altamente no lineales como conformación de metal.
  • ANSYS-LS/DYNA utiliza este método.

Geometría y malla:

Generalmente mismas consideraciones como un análisis estático.

  • Incluir tantos detalles como sea necesario para representar suficientemente la distribución másica de modelo.
  • Una malla fina será necesaria en áreas donde el estrés resultante sea de interés.

Si sólo interesan los resultados de desplazamiento, una malla gruesa puede ser suficiente.

Propiedades de los materiales:

  • Young’s modulus (elasticity constant), E, and density, ρ son necesarios.

No linealidades (desviaciones grandes, contacto, plasticidad, etc.):

  • Permitidas sólo en un Análisis dinámico transitorio.
  • Ignoradas en todos los análisis dinámicos tipos – modal, armónico, espectro y reducido o transitorios de modo superposición.

Es decir, el estado inicial de la no linealidad se mantendrá a lo largo de la solución.

  • Matriz de masa [M] se requiere en un análisis dinámico y se calcula para cada elemento de su densidad.

Matriz de masa consistente

  • Calculada en función de la forma del elemento.
  • Predeterminada para la mayoría de los elementos.
  • Matriz de masa consistente (configuración predeterminada) para la mayoría de las aplicaciones.

 Matriz de masa Reducida

  • Algunos elementos tienen una forma especial llamada la matriz de masa reducida, que tiene términos de rotación puesto a cero.

Matriz de masa concentrada

  • Mass se divide entre los nodos del elemento. Fuera de la diagonal términos son cero.
  • Activado como una opción de análisis (comando LUMPM).
  • Matriz de masa concentrada para los problemas de propagación de la onda.

Matriz de masa Reducida (si está disponible) o concentrada para estructuras que son pequeñas en una dimensión en comparación con las otras dos dimensiones, por ejemplo, vigas esbeltas o cáscaras muy delgadas.

Amortiguación

  • Es el mecanismo de disipación de energía provocado porque las vibraciones disminuyen con el tiempo y pueden detenerse.
  • La cantidad de amortiguación principalmente depende del material, velocidad de movimiento y la frecuencia de la vibración.
  • Puede ser clasificados como:

-Amortiguamiento viscoso

-Histéresis o amortiguación sólida

-Amortiguación Culomb o seco-fricción

Amortiguamiento viscoso                    amortiguamiento ξ coeficiente                 α constante amortiguamiento de Rayleigh

  • Se produce cuando un cuerpo se mueve a través de un fluido.
  • Se debe considerar en un análisis dinámico ya que la fuerza de amortiguaciónes proporcional a la velocidad.

– La constante de proporcionalidad c se denomina constante de amortiguamiento.

  • Por lo general, cuantificada como factor de amortiguamiento x c (relación de amortiguamiento constante c para amortiguamiento crítico constante  cc*).      * Para un single-DOF sistema masa resorte de solo de masa m y la frecuencia ω,             cc = 2 m ω
  • Amortiguamiento crítico se define como el límite entre el comportamiento oscilatorio y no oscilatoria,   donde coeficiente de amortiguamiento = 1

Histéresis o amortiguación sólida              Β constante amortiguamiento de Rayleigh

  • Inherentemente presente en un material.
  • Se debe considerar en un análisis dinámico.
  • No bien entendido y por lo tanto difícil de cuantificar.

Amortiguación de Coulomb o de fricción en seco

  • Se produce cuando un cuerpo se desliza sobre una superficie seca.
  • La fuerza de amortiguamiento es proporcional a la fuerza normal a la superficie.
  • La constante de proporcionalidad μ es el coeficiente de fricción.
  • Generalmente no se considera en un análisis dinámico.

 

LS-DYNA

Integración de tiempo explícito es más preciso y eficiente para las simulaciones que implican:

  • Propagación de ondas de choque
  • Tensiones y deformaciones grandes
  • Comportamiento material no lineal
  • Complejo contacto
  • Fragmentación
  • Pandeo no lineal

Aplicaciones típicas:

  • Ensayos de caída
  • Penetración e impacto
  • •Todo accidente
  • Análisis de componentes de coche
  • Accidente en todas las industrias de vehículos

Simulación de procesos de fabricación:

  • Embutición profunda
  • Hydro formando
  • Formación superplástica
  • Balanceo
  • Extrusión
  • Sellado
  • Mecanizado
  • Perforación

Dinámica implícita

[M] {ẍ(t)} + [C] {ẋ (t)} + [K] {x (t)} = {f (t)}

  • En un momento dado, t, esta ecuación puede considerarse como un conjunto de ecuaciones de equilibrio “estático” que también tengan en cuenta las fuerzas de inercia y las fuerzas de amortiguación.
  • El Newmark o método HHT se utiliza para resolver estas ecuaciones en puntos de tiempo discretos. El incremento de tiempo entre puntos sucesivos de tiempo se llama el paso del tiempo de integración.

Para problemas lineales:

  • Tiempo implícito de integración es incondicionalmente estable para ciertos parámetros de integración.
  • El paso del tiempo puede variar sólo para satisfacer los requerimientos de precisión.

Para problemas no lineales:

  • La solución se obtiene mediante una serie de aproximaciones lineales (método de Newton-Raphson), por lo que cada paso de tiempo puede tener muchas iteraciones de equilibrio.
  • La solución requiere la inversión de la matriz de rigidez equivalente dinámica no lineal.
  • Pasos de tiempo pequeños, iterativo se requiera para lograr la convergencia.
  • Herramientas de convergencia, pero no se garantiza la convergencia de problemas altamente no lineales.

Dinámica explícita

  • Resolver las ecuaciones básicas de un análisis dinámico explícito expresa la conservación de masa, momentum y energía en coordenadas de Lagrange.

Éstos, junto con un modelo material y un conjunto de condiciones iniciales y límite, definen la solución completa del problema.

  • Para las formulaciones de Lagrange, la malla se mueve y distorsiona con el material modelos, por lo que la conservación de la masa es automáticamente satisfecho.
  • La densidad en cualquier momento puede determinarse desde el volumen actual de la zona y su masa inicial:
  • Para cada paso de tiempo, estas ecuaciones se resuelven explícitamente para cada elemento en el modelo, basado en los valores de entrada al final del paso de tiempo anterior
  • Sólo masa y la conservación de momento se aplica. Sin embargo, en las simulaciones explícitas bien planteadas, masas, momento y energía deben conservarse.
  • El solucionador explícita dinámica utiliza un esquema de integración de tiempo de diferencia central. Las semi-discretas ecuaciones de movimiento en el tiempo n son:

M ẍn= Pn – Fn – Hn

M es la matriz diagonal de masa,

n son los componentes de la aceleración nodal,

Pn son las externas y las fuerzas del cuerpo

Fn es el vector de divergencia de estrés,

Hn es el reloj de arena resistencia.

  • Con las aceleraciones en la hora n – ½ determinada, las velocidades en el tiempo n + ½ en dirección i (i = 1,2,3) se encuentran desde

Finalmente se actualizan las posiciones a tiempo n+1 integrando las velocidades

  • Ventajas de utilizar este método para la integración de tiempo para problemas no lineales son:

– Las ecuaciones ser desacopladas y pueden resolverse directamente (explícitamente).

No hay ningún requisito para la iteración durante la integración del tiempo.

– No controles de convergencia son necesarios puesto que las ecuaciones son desacopladas

-No inversión de la matriz de rigidez es necesaria.

Todos no linealidades (incluyendo contacto) están incluidos en el vector de fuerza interna.

Paso del tiempo de estabilidad

  • Para garantizar la estabilidad y exactitud de la solución, el tamaño del paso de tiempo utilizado en la integración de tiempo explícita está limitada por la condición CFL (Courant-Friedrichs-Levy).
  • Esta condición implica que el tiempo paso limitarse tal que una perturbación (onda de tensión) no puede viajar más allá de la dimensión menor del elemento característico en la malla, en una sola vez paso.
  • Por lo tanto los criterios de paso tiempo de estabilidad de la solución es Δt < f (h / c)min

Δt es el incremento del tiempo,

f es el factor de paso de tiempo de estabilidad,

h es la dimensión característica de un elemento

c es la velocidad local de sonido material en un elemento.

Los pasos de tiempo utilizados para la integración explícita de tiempo serán generalmente mucho más pequeños que los utilizados para la integración del tiempo implícito.

– por ejemplo, para una malla con una dimensión característica de 1 mm y una velocidad de sonido material de 5000 m/s. El paso de tiempo de estabilidad resultante sería 0,18 μ segundos. Para resolver esta simulación para un tiempo de terminación de 0,1 segundos requerirá 5,55 e5 pasos del tiempo.

  • El valor mínimo de h/c para todos los elementos de un modelo se utiliza para calcular el paso del tiempo. Esto implica que el número de pasos de tiempo necesarios para resolver la simulación se basa en el elemento más pequeño en el modelo de.

-Tenga cuidado al generar mallas para simulaciones de dinámica explícita asegurar que uno o dos elementos muy pequeños no controlan el paso del tiempo.

Uso del elemento

¿Qué se requiere para endentar aplicaciones explícitas?

  • Tamaño del elemento uniforme (en mejores zonas regiones).

– Menor tamaño elemento controla el paso de tiempo utilizado para avanzar en la solución en el tiempo.

– Explícitos análisis calcular las ondas de tensión dinámica que deben ser modelados con precisión como se propagan a través de la malla entera.

  • Tamaño del elemento controlado por el usuario a través de la malla.

– No automáticamente dependiente en geometría.

  • Análisis implícitos tienen generalmente estática región de concentración de tensión donde la malla se refina (fuertemente dependiente en la geometría).
  • En el análisis explícitos, la situación de las regiones de la alta tensión constantemente cambiar tensión ondas se propagan a través de la malla.

– Refinamiento de malla se utiliza generalmente para mejorar la eficiencia.

  • Malla transiciones deben ser lisas para máxima precisión.
  • Hex mallado recomendado:.

– Más eficiente.

– A veces más exacta para transitorios más lentos

  • Geometría (cuerpos) está endentado en un (gran) número de elementos más pequeños
  • Utilizan todos los elementos en la dinámica explícita tienen formulaciones de Lagrange

– es decir, los elementos siguen la deformación de los cuerpos

  • Formulaciones de elemento de dinámica explícita

– Elementos sólidos

  • Hexaedros

– Integración de Gauss volumen aproximado

  • Tangenciales
  • Tetraédrica

-SCP (Standard presión constante)

– ANP (media presión Nodal)

– Elementos shell

  • Cuadrilátero
  • Triangular

: Elemento viga (línea)

– Análisis modal          

Técnica de •se utilizada para determinar las características de vibración de la estructura:

– Frecuencias naturales

– Formas modo

– Factores de participación mode (un modo cuánto dado participa en una dirección dada)

  • Más fundamental de todos los tipos de análisis dinámico.

Ventajas del análisis modal

  • Permite el diseño para evitar las vibraciones resonantes o a vibrar en una frecuencia especificada (altavoces, por ejemplo).
  • Gives ingenieros una idea de cómo el diseño responderá a diferentes tipos de cargas dinámicas.
  • Ayuda en el cálculo de controles de solución (pasos de tiempo, etc.) para otros análisis dinámicos.

Recomendación: debido a las características de vibración de la estructura determinan cómo responde a cualquier tipo de carga dinámica, siempre realizar un análisis modal primero tratar antes de cualquier otro análisis dinámico.

[M] {ẍ(t)} + [C] {(t)} + [K] {x (t)} = {f (t)} = > [[M] {significado (t)} + [K] {x (t)} = 0

Movimiento armónico  ([K] – ω2 [[M]) {x (t)} = 0 x = x sin(ωt)

  • Las raíces de esta ecuación son Ω me 2 , los valores propios, donde va de 1 al número del DOF. Vectores correspondientes son {x} los vectores propios.
  • Las raíces cuadradas de los valores propios son Ω me , natural de la estructura circulares frecuencias (rd/s). Luego se calculan las frecuencias naturales como f = ω /2π (c/s)
  • El autovectores {x} representan las formas del modo – qué la forma asumida por la estructura al vibrar en la frecuencia fi.
  • El método de Lanczos del bloque se recomienda para la mayoría de las aplicaciones.
  • Damping normalmente es ignorado en un análisis modal, pero si sus efectos son significativos, se utiliza el método amortiguado.
  • Un segundo modo extracción método que considera efectos de amortiguación es la Q R amortiguada método:

– Más rápido y más estable que el solucionador de amortiguación existentes

– Trabajos con modelos mal acondicionados

– Todas las formas de amortiguación permiten incluyendo elementos amortiguadores

– Combina las mejores características del método eigensolution real (Lanczos del bloque) y el método complejo Hessenberg (algoritmo de QR)

– Salidas de valores propios complejos (frecuencia y estabilidad) y coeficiente de amortiguamiento de cada modo de

– Análisis armónico:

  • Es una técnica para determinar la respuesta de estado estacionario de un estructura para cargas sinusoidales (armónicas) de frecuencia conocida.
  • Input:

– Cargas armónicas (fuerzas, presiones y desplazamientos impuestas) de conocer la magnitud y frecuencia.

– Pueden ser múltiples cargas todo en la misma frecuencia.

Las fuerzas y los desplazamientos pueden ser en fase o fuera de fase.

Cargas de superficie y el cuerpo sólo se pueden especificar con un ángulo de fase de cero.

  • Salida:

– Desplazamientos armónicas en cada DP, generalmente fuera de fase con las cargas aplicadas.

– Otras cantidades derivadas, como el estrés y las tensiones.

Análisis de armónicos se utiliza en el diseño de:

  • Soporta, accesorios y componentes de rotación de equipos como compresores, motores, bombas y turbomáquinas.
  • Structures sometidos a vórtice vertimiento (movimiento de remolino de líquidos) como las láminas de turbina, alas de avión, puentes y Torres.

¿Por qué debe hacer un análisis armónico?

  • Para asegurarse de que un diseño dado puede soportar cargas sinusoidales a frecuencias diferentes (por ejemplo, un motor en marcha a diferentes velocidades).
  • Para detectar respuesta resonante y evitarlo si es necesario (mediante el uso de amortiguadores, por ejemplo).

Tres métodos para resolver la ecuación del movimiento armónica:

Método • Full

– Método por defecto, más fácil de todos.

– Usos completo matrices de la estructura. Se admiten matrices no simétricas (por ejemplo, acústica).

  • Reducción método (generalmente no se recomienda)

– Usos reducen matrices, más rápido que el método completo.

– Requiere selección de DOF master, que se traduce en aproximada [M] y [C].

Superposición de •MODE **

– Sumas incluyen formas de modo de un anterior análisis modal.

-Más rápido de todos los métodos.

Especificar cargas armónicas requiere:

Ángulo de fase y •amplitude

  • Ciclo de la frecuencia
  • Stepped vs especificación rampa

Ángulo de amplitud y fase

  • El valor de la carga (magnitud) representa la amplitud Fmax.

Ángulo de •Phase Y es el desplazamiento de fase entre dos o más cargas armónicas. No es necesario si sólo hay una carga. Distinto de cero Y sólo válido para cargas armónicas fuerza y desplazamiento.

– Análisis dinámico transitorio

  • Es una técnica para determinar la respuesta de una estructura a las cargas variables en el tiempo arbitrarias como una explosión.
  • Input  – Cargas en función del tiempo.
  • Salida   – Tiempo-diferentes desplazamientos y otros derivan cantidades tales como tensiones.

Análisis dinámico transitorio se utiliza en el diseño de:

  • Structures sometido al choque de las cargas, como automóviles puertas y parachoques, marcos de edificio y sistemas de suspensión.
  • Structures sometidos a cargas variables en el tiempo, tales como puentes, movimiento de equipos y otros componentes de la máquina de tierra.

Equipos de oficina sometida a “golpes y contusiones,” tales como teléfonos celulares, computadoras portátiles y aspiradores.

  • Equation de movimiento para un análisis dinámico transitorio es la misma que la ecuación general del movimiento.
  • [[M] {ẍ(t)} + [C] {ẋ (t)} + [K] {x (t)} = {f (t)}
  • Esta es la forma más general de análisis dinámico. Carga puede ser cualquier función arbitraria de tiempo.
  • Dependiendo en el método de solución, ANSYS permite a todos los tipos de no linealidades para ser incluidos en un análisis dinámico transitorio – grandes deformaciones, contacto, plasticidad, etc..

Métodos de solución

Resolver la ecuación de movimiento

-Integración directa

-Implícito: Completo / reducido

-Explícito

-Modo superposición: Completo / reducido

Dos métodos para resolver la ecuación de movimiento:

Superposición •Mode

Integración directa

-Ecuación de movimiento está directamente integrado con paso a paso con el tiempo. En cada punto del tiempo (tiempo = 0, Δt, 2Δt, 3Δt,…) un conjunto de ecuaciones de equilibrio simultáneo, estática (F = ma) se soluciona.

  • Un Asunción (esquema de integración) se hace con respecto a como desplazamiento, velocidad y aceleración variará sobre Δt
  • Varios sistemas de integración están disponibles en la literatura como diferencia Central, promedio de aceleración, Houbolt, WilsonQ, etc. de Newmark.
  • Solución puede utilizar ya sea matrices de estructura reducida o completa.
  • Reducción matrices

– Usado para acelerar la solución.

– No linealidades (excepto espacio) permitidos.

– [K], [C] y [M] se escriben en términos de maestro DP, que forman un subconjunto del conjunto completo de DOF.

– Reducida [K] es exacto, pero reducido [C] y [M] son aproximados. Hay otras desventajas también.

Matrices Full

– Ninguna reducción. Usos completo [K], [C] y [M].

No linealidades:  todo permitido.

-Todas las discusiones en este seminario de asuman este enfoque.

Integración tiempo paso

  • Un concepto importante en las técnicas de integración de tiempo es el paso del tiempo de integración (también su o Δt).

– ITS=Integration Time Step tiempo incremento Δt de un momento a otro.

– Determina la precisión de la solución, por lo que su valor debe ser elegido cuidadosamente.

  • La integración tiempo paso (ITS) tamaño debe ser lo suficientemente pequeño para capturar lo siguiente:

– la frecuencia de respuesta

– la frecuencia de contacto (si corresponde)

– efectos de propagación de la onda (si corresponde)

-Respuesta no lineal (plasticidad, fluencia, estado del contacto)

Frecuencia de respuesta

  • Se la frecuencia es el promedio ponderado de todas las frecuencias excitados por una carga determinada.

– Durante la solución, el método completo transitorio imprime la frecuencia de respuesta y el número de puntos por ciclo en cada momento.

– El objetivo es mantener unos 20 puntos por ciclo.

Respuesta no lineal

  • Un análisis completo transitorio pueden incluir cualquier tipo de no linealidad.
  • Nonlinearities se pueden clasificar en 3 tipos:

– No linealidad material (plasticidad, fluencia, hyperelasticity…)

– No linealidad geométrica (gran tensión, gran rotación, deformación)

– No linealidad elemento (contacto, cable)

  • Nonlinearities requieren una solución iterativa en cada momento.
  • Estos iteraciones son llamadas iteraciones de equilibrio.
  • Menos sus tamaños generalmente ayudan a las iteraciones para converger rápidamente equilibrio.
  • Nonlinearities tales como plasticidad, fluencia y fricción son no conservador en la naturaleza y la historia de carga para ser seguido con precisión. SU pequeño tamaño ayuda a siguiendo con precisión la historia de carga.

SU pequeña •un también es necesaria para capturar cambios en la situación de contacto.

Análisis de espectro (terremotos)

  • Es una técnica de cálculo ante de una estructura excitaciones transitorias que contiene muchas frecuencias.
  • Excitations podría ser de fuentes tales como los terremotos, el ruido de los aviones / historia, lanzamientos de misiles de vuelo.
  • Un espectro es una representación de la historia del tiempo de la carga en el dominio de la frecuencia.
  • Esta también se conoce como espectro de respuesta.
  • Spectrum análisis sigue un análisis modal.
  • Computes la respuesta máxima de la estructura para un determinado espectro en cada frecuencia natural. Esta respuesta máxima se computa como factor de escala * forma del modo.
  • Estos respuestas máximas se combinan para dar una respuesta total de la estructura.

Una alternativa es realizar un análisis transitorio.

Análisis de •Transient es generalmente más lentos, sobre todo cuando un número de componentes y condiciones de carga tienen que ser considerados.

  • However, análisis transitorio es más preciso.
  • En el análisis de espectro el foco es obtener la máxima respuesta rápidamente, y se pierde alguna información (fase de).
  • Se utiliza en el diseño de:

– Centrales nucleares (edificios y componentes)

– Equipos electrónicos aerotransportados (avión / misil)

– Componentes de naves espaciales

– Componentes aviones

– Cualquier estructura o componente que está sometido a cargas sísmicas u otras erráticas

-Construcción de puentes y marcos

  • Definición de un espectro
  • Cómo un espectro de respuesta se utiliza para calcular la respuesta de una estructura a la excitación

– Factor participación

– Coeficiente de modo

– Combinación modo

¿Qué es un espectro?

Curva •un que representa la respuesta máxima de un sistema idealizado a una excitación. La respuesta puede ser aceleración, velocidad, desplazamiento o fuerza.

  • Para que cada modo de la estructura, una participación factor γ se calcula en la dirección de la excitación.
  • La participación factor es una función de la forma modo y la dirección de la excitación.
  • Esta es una medida de cuánto un modo será contribuir a las desviaciones (y por lo tanto, subraya) en la dirección de la excitación.
  • El coeficiente de modo es el “factor de escala”, utilizado para multiplicar las formas de modo a obtener la respuesta máxima.
  • El modo coeficiente Ai para cada modo es un S γ =

(se usa una fórmula diferente para espectros de aceleración, velocidad y fuerza)

S es el valor del espectro de respuesta en frecuencia ω

Γ es el factor de participación de modo

  • La respuesta modal máxima se calcula entonces como {U} max = Ai {ϕ} i
  • Una vez que la respuesta máxima en cada fase se caracteriza por un espectro de respuesta dado, estas necesidad de combinarse de alguna manera para obtener la respuesta total.
  • La combinación más simple es añadir todas las respuestas modales máximas. Sin embargo, es altamente improbable que todas las respuestas modales máximas se producen al mismo tiempo.
  • Varias métodos de combinación estándar son publicados en la literatura. Generalmente la autoridad reguladora de la industria recomienda o aplica una técnica más adecuada para esa industria.
  • Seis combinación diferentes métodos están disponibles en el programa ANSYS:

– Completar el método de combinación cuadrática (CQC)

– Método de agrupación (GRP)

– Doble método de suma (DSUM)

-Raíz cuadrada de la suma del método de los cuadrados (SRSS)

Método de suma de laboratorio de investigación (NRL) naval (DDAM)

– Método de la densidad espectral de potencia

  • Podemos discutirá el procedimiento para un análisis de espectro de respuesta de un solo punto.
  • En la siguiente discusión, utilizaremos el término “espectro de respuesta” al espectro de respuesta de un solo punto.
  • Para conocer el espectro de respuesta de múltiples puntos y DDAM, por favor consulte la guía de análisis estructurales de ANSYS.

Superposición de modo

Técnica de solución de •un análisis transitorios o armónicos. Sumas factorizado modo formas de un análisis modal para calcular la respuesta dinámica.

  • Un rápido y eficaz método que puede utilizarse para problemas de dinámica lineal.
  • La alternativa es utilizar el método de integración directa que puede ser desperdiciador de tiempo. A continuación se comparan los dos métodos.

 Superposición de modo

Solución rápida independientemente de las ecuaciones de movimiento son desacoplados (proporcional de amortiguación sólo) o acoplamiento (amortiguación no proporcional).

+ Eficaz cuando sólo unos pocos modos son necesarios para describir la respuesta.

±Requires vectores propios de una solución modal.

– Linear, no linealidades.

– Cuántos modos de usar pueden ser difíciles decidir. Modos muy pocos pueden dar desplazamientos buenas pero pobres tensiones

La integración directa

– Completamente acoplada ecuación de movimiento. Solución puede ser desperdiciador de tiempo.

+ Eficaz para la mayoría de los problemas.

Vectores propios ±no requerida. Sin embargo, análisis más dinámicos comienzan con una solución modal.

+ No linealidades en análisis transitorio.

+ Fáciles de determinar Δt, el paso de tiempo de integración, que el número de modos.

Responder

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión / Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión / Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión / Cambiar )

Google+ photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google+. Cerrar sesión / Cambiar )

Conectando a %s