HyperWorks入门进阶实战系列课

导读：结构动力学指的是研究结构在动态载荷作用下的响应。常见的动力学响应包括：位移、速度、加速度，以及应力应变等。在工程应用中，可通过研究结构响应的模态或频率响应等特性，来确定结构的承载能力或动力学性能。

动力学分析根据其刚度阵是否为位移的函数，阻尼阵是否为速度的函数，可分为线性动力学及非线性动力学。采用线性定的结构动力学分析，可以在大多数工程应用中满足工程需求。

一、线性动力学与非线性动力学

线性动力学中，由于系统是线性的，适用于叠加原理，多采用模态叠加法对方程进行求解，也可以采用直接积分法进行求解。

线性结构动力学主要的应用即结构振动，按照振动过程中是否受到外激励作用，可分为自由振动和强迫振动。按照分析对象的自由度不同，又可分为单自由度、多自由度或连续系统。工程中许多问题都可以简化为单自由度系统振动问题，研究单自由度系统的振动对解决工程问题有着实际意义。而对于多自由度系统，则可以转换至模态坐标，这样便具有与单自由度系统类似的动态特性。

对于非线性动力学问题，模态叠加法就不再适用，只能采用直接积分法。根据对时间积分采用的插值算法的不同，又分为显式积分方法和隐式积分方法。其中显式积分方法以中心差分法为代表，其特点是条件稳定，时间步长小，适用于高速碰撞，Altair产品中的Radioss即是一款专业的显式动力学求解软件。隐式积分方法无条件稳定，时间步长根据精度要求决定，求解过程需要对方程组进行迭代，适用于低速碰撞。而OptiStruct提供了隐式动力学求解方法。下面给出几个具体的应用场景。

二、OptiStruct隐式动力学求解方法应用

应用1：白车身的模态分析

白车身是指焊接车身的本体部分，一般指不包括通过螺栓装配连接在车身本体上的部分（车门、发动机罩板、行李箱盖以及需要螺栓连接的翼子板等）。白车身模态是车身局部刚度和动态性能的重要指标，在车型开发的过程中，白车身刚度的优劣直接影响到车辆的NVH性能、可靠性、安全性、动力响应特性等关键性能指标。

使用OptiStruct可求解白车身模态，在Hyperworks平台中，用HyperMesh划分白车身网格，并设置材料参数、边界条件以及特征值求解方法即可，最后用HyperView查看白车身的模态振型及模态频率。

白车身的模态分析结果

应用2：声振耦合复模态分析

车辆在行驶过程中会由于路面激励导致车辆结构振动，而结构振动将带动车内空气的振动引发噪声。车内噪声问题是典型的声振耦合问题，可以使用复模态分析来处理这类问题。OptiStruct求解该问题主要分为三个过程：结构模态计算、声腔模态计算以及声振耦合复模态计算。OptiStruct求解以后可以分别得到单独结构模态、单独声腔模态以及声振耦合复模态的计算结果。

在HyperWorks平台中，用HyperMesh划分网格，并设置材料信息。在此基础上，需要进一步设置固体与流体域的实特征值分析卡片、固体与流体域的阻尼特性、复模态特征值分析卡片。在HyperView中可显示结构模态振型的云图。需要注意，声压压强保留在位移分量X中，声压的数量级一般远小于结构振动位移的数量级。在查看声压压强时，需要在HyperView中将声腔单独显示出来。

车辆及声腔有限元模型

声振耦合分析的.out文件

应用3：铁塔的地震激励响应（瞬态）

铁塔在架设完毕后，除承受自重和输电线等附件静态荷载外，还会承受风荷以及地震等动态荷载。可以计算铁塔在地震加速度作用下的动力响应，通过强迫位移激励以及输入曲线描述可能的地震载荷，在OptiStruct中求解铁塔在地震冲击瞬间的动态响应。

在HyperWorks平台中，用HyperMesh划分网格，并设置材料信息、定义载荷曲线。还需要进行的设置包括：定义四个支座的强制位移；设置瞬态载荷将强制位移与载荷曲线进行关联；设置瞬态分析时间步，设置SDAMPING阻尼，设置输出集（减小文件大小）。为了进一步求取结构本身的振动，可以使用HyperGraph中的曲线数值计算功能，得到塔顶相对基础激励的振动曲线。可以查看冲击激励下结构相对振动的大相对振幅及其发生时刻、横向激励的大峰值等信息。

限于篇幅，这里只列举上述的3个应用场景，无法给出详尽的操作步骤。不过这些应用的操作步骤和设置要点均在澳汰尔新编写的《OptiStruct结构分析与工程应用》一书中，并且都有详细的操作视频。本书包含：

• 50多个工程实例，涉及多个行业，配套近700分钟的视频（包括操作讲解及内容拓展）

• 静力学+动力学+非线性+疲劳+热/流体/声场分析，类型

• 夯实的基础理论+经典的算法模型+详细的卡片（参数/选项）详解+真实的实例

具体可以查看图书详情页的前言介绍和全部目录。