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裝備結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析

裝備結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析

出版社：科學(xué)出版社出版時間：2022-10-01
開本： 其他 頁數(shù)： 284
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裝備結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析 版權(quán)信息

裝備結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析 內(nèi)容簡介

本書主要針對裝備結(jié)構(gòu)，將結(jié)構(gòu)動力學(xué)的理論分析和數(shù)值模擬方法在設(shè)計、試驗過程中的應(yīng)用研究進(jìn)行較為系統(tǒng)性的闡述。全書內(nèi)容分為上下兩篇，上篇主要是結(jié)構(gòu)動力學(xué)的基本理論和分析方法，包括結(jié)構(gòu)動力學(xué)的基本分析方法和以及多種數(shù)值模擬方法的理論及算例演示，并將動力學(xué)試驗與模型修正結(jié)合，展示了數(shù)值模擬與試驗的結(jié)合應(yīng)用。下篇是多種復(fù)雜工程結(jié)構(gòu)動力學(xué)數(shù)值模擬的專題，基于編者動力學(xué)分析方面多年的經(jīng)驗和工作積累，展示了多種特殊的動力學(xué)分析方法的理論分析及數(shù)值模擬算例演示。

裝備結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析 目錄

目錄
第1章　緒論　1
1.1　什么是結(jié)構(gòu)動力學(xué)問題　1
1.2　結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析方法概況　1
1.2.1　結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析的主要內(nèi)容　2
1.2.2　結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析的研究方法　2
1.3　本書概述　4
參考文獻(xiàn)　5
第2章　結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析基本理論　6
2.1　單自由度系統(tǒng)的動力學(xué)響應(yīng)　6
2.1.1　時域響應(yīng)分析　6
2.1.2　頻域響應(yīng)分析　8
2.2　多自由度系統(tǒng)的動力學(xué)響應(yīng)　9
2.3　有限元法的基本理論　9
2.3.1　有限元法分析的基本思想　9
2.3.2　單元剛度矩陣　11
2.3.3　單元質(zhì)量矩陣　13
2.3.4　邊界條件的處理　14
2.3.5　小結(jié)　14
2.4　基于有限元的動力學(xué)數(shù)值模擬基本方法　15
2.4.1　模態(tài)分析基本理論　15
2.4.2　阻尼矩陣　17
2.4.3　動力學(xué)響應(yīng)數(shù)值模擬基本方法　18
參考文獻(xiàn)　19
第3章　復(fù)雜工程結(jié)構(gòu)動力學(xué)建模方法　20
3.1　模型簡化　20
3.1.1　模型幾何處理　20
3.1.2　結(jié)構(gòu)單元簡化　22
3.1.3　部件連接方式　24
3.2　網(wǎng)格劃分　31
3.2.1　網(wǎng)格收斂性　31
3.2.2　網(wǎng)格質(zhì)量　34
3.3　連接結(jié)構(gòu)建！36
3.3.1　虛擬材料法　36
3.3.2　基于等效接觸區(qū)域的螺栓連接動力學(xué)建模方法　42
參考文獻(xiàn)　50
第4章　復(fù)雜工程結(jié)構(gòu)動力學(xué)數(shù)值模擬的分析方法　51
4.1　模態(tài)分析　51
4.1.1　模態(tài)分析理論　51
4.1.2　模態(tài)分析方法　52
4.1.3　預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析　54
4.1.4　旋轉(zhuǎn)軟化　56
4.2　諧響應(yīng)分析　59
4.2.1　諧響應(yīng)分析理論　59
4.2.2　Ansys經(jīng)典界面諧響應(yīng)分析實例　60
4.2.3　Workbench平臺諧響應(yīng)分析實例　64
4.3　瞬態(tài)分析　67
4.3.1　Ansys經(jīng)典界面瞬態(tài)分析實例　67
4.3.2　Workbench平臺瞬態(tài)分析實例　69
4.4　隨機(jī)振動分析　71
4.4.1　隨機(jī)振動基本理論　71
4.4.2　隨機(jī)振動的有限元分析方法　73
4.4.3　隨機(jī)振動數(shù)值仿真算例演示　74
4.5　地震響應(yīng)譜分析　80
4.5.1　響應(yīng)譜分析理論　80
4.5.2　Ansys經(jīng)典界面響應(yīng)譜分析實例　82
4.5.3　Workbench平臺響應(yīng)譜分析實例　84
4.6　多點基礎(chǔ)激勵動力學(xué)響應(yīng)分析　86
4.6.1　多點基礎(chǔ)激勵問題概述　86
4.6.2　多點基礎(chǔ)隨機(jī)激勵數(shù)值模擬方法　88
參考文獻(xiàn)　92
第5章　動力學(xué)模型修正與參數(shù)識別　93
5.1　模型修正方法　94
5.1.1　待修正參數(shù)的選取　94
5.1.2　殘量或誤差量的構(gòu)造　95
5.1.3　采用何種迭代或優(yōu)化算法　96
5.2　算例演示　98
5.2.1　結(jié)構(gòu)簡介　98
5.2.2　有限元建模及初步分析　98
5.2.3　有限元模型修正　100
參考文獻(xiàn)　106
第6章　動力學(xué)試驗方法　107
6.1　振動測試概述　107
6.1.1　振動信號的分類　107
6.1.2　數(shù)據(jù)采樣　108
6.1.3　隨機(jī)振動信號分析常用的統(tǒng)計特征參數(shù)　109
6.2　模態(tài)試驗　111
6.2.1　模態(tài)試驗分析的理論基礎(chǔ)　111
6.2.2　模態(tài)試驗分析的測試技術(shù)　114
6.2.3　模態(tài)試驗分析應(yīng)用實例　116
參考文獻(xiàn)　120
第7章　多軸應(yīng)力評估　121
7.1　隨機(jī)振動條件下的多軸應(yīng)力評估　122
7.1.1　隨機(jī)振動下von Mises應(yīng)力的概率分布　122
7.1.2　隨機(jī)振動下的應(yīng)力校核方法　123
7.1.3　3σ方法的考察　126
7.2　靜力—隨機(jī)振動復(fù)合條件下的多軸應(yīng)力評估　127
7.2.1　靜力—隨機(jī)振動復(fù)合條件下的von Mises應(yīng)力　127
7.2.2　復(fù)合條件下的極限應(yīng)力計算方法　129
7.2.3　工程近似方法及其考察　133
參考文獻(xiàn)　136
第8章　結(jié)構(gòu)疲勞分析　138
8.1　疲勞的基本理論　138
8.1.1　疲勞的基本概念　138
8.1.2　S-N和ε-N曲線　139
8.1.3　疲勞的分類　140
8.2　疲勞的數(shù)值分析方法　142
8.2.1　恒幅循環(huán)應(yīng)力下的疲勞　142
8.2.2　非恒幅循環(huán)應(yīng)力下的疲勞　142
8.2.3　隨機(jī)疲勞　144
8.2.4　多軸疲勞分析　147
8.3　疲勞設(shè)計的新進(jìn)展　149
8.3.1　疲勞設(shè)計方法的選擇　149
8.3.2　損傷容限設(shè)計　150
8.3.3　疲勞可靠性設(shè)計　150
參考文獻(xiàn)　151
第9章　部組件動力學(xué)環(huán)境試驗設(shè)計及數(shù)值模擬　153
9.1　部組件級試驗方法　153
9.2　部組件載荷等效分析　154
9.2.1　載荷等效方法理論分析　154
9.2.2　載荷等效方法數(shù)值模擬驗證　155
9.3　部組件響應(yīng)等效分析　161
9.3.1　單點響應(yīng)等效理論分析　161
9.3.2　多點響應(yīng)等效理論分析　162
9.3.3　部組件響應(yīng)等效數(shù)值模擬　164
參考文獻(xiàn)　172
第10章　旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析——以離心機(jī)為例　173
10.1　非軸對稱轉(zhuǎn)子動力學(xué)理論　174
10.1.1　轉(zhuǎn)子動力學(xué)理論　174
10.1.2　離心機(jī)轉(zhuǎn)子動力學(xué)模型　175
10.1.3　圓盤與轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)子模型的差異　177
10.2　離心機(jī)主機(jī)動力學(xué)建模　178
10.2.1　主機(jī)有限元模型　178
10.2.2　軸承綜合支承剛度及邊界約束　179
10.3　離心機(jī)臨界轉(zhuǎn)速及穩(wěn)定性數(shù)值模擬　181
10.3.1　離心機(jī)在不平衡力作用下的動力學(xué)穩(wěn)定性　182
10.3.2　離心機(jī)動態(tài)試驗　183
參考文獻(xiàn)　184
第11章　自由狀態(tài)下結(jié)構(gòu)的隨機(jī)振動響應(yīng)分析　186
11.1　某彈頭殼體自由狀態(tài)隨機(jī)振動響應(yīng)數(shù)值模擬演示　186
11.1.1　分析模型及脈動壓力載荷　186
11.1.2　數(shù)值模擬演示　187
11.2　某結(jié)構(gòu)橫向隨機(jī)振動試驗中轉(zhuǎn)動現(xiàn)象的數(shù)值模擬分析　195
11.2.1　試驗結(jié)構(gòu)模型　195
11.2.2　非對稱載荷分析　197
11.2.3　非對稱載荷識別方法　198
11.2.4　扭矩響應(yīng)數(shù)值模擬　199
第12章　面向試驗的沖擊響應(yīng)譜數(shù)值模擬方法　204
12.1　基本理論　205
12.2　沖擊響應(yīng)譜的時域波形轉(zhuǎn)換　206
12.2.1　沖擊響應(yīng)譜的計算方法　206
12.2.2　沖擊響應(yīng)譜的時域波形轉(zhuǎn)換方法　206
12.2.3　沖擊響應(yīng)譜的時域波形轉(zhuǎn)換實例　207
12.3　基于時域載荷識別的沖擊響應(yīng)譜數(shù)值模擬　209
12.3.1　時域載荷識別方法　209
12.3.2　基于時域載荷識別的數(shù)值仿真算例演示　211
參考文獻(xiàn)　216
第13章　隨機(jī)振動條件下的螺栓強(qiáng)度校核　217
13.1　螺栓的性能等級　217
13.2　預(yù)緊載荷下的螺栓受力狀態(tài)理論分析　218
13.3　外載荷作用下螺栓的受力分析　219
13.4　靜態(tài)外載荷作用下螺栓的受力分析算例　220
13.5　隨機(jī)載荷作用下螺栓的強(qiáng)度校核算例　223
參考文獻(xiàn)　227
第14章　隨機(jī)振動下的結(jié)構(gòu)相對位移分析　228
14.1　隨機(jī)振動下結(jié)構(gòu)相對位移分析方法　228
14.2　諧波載荷作用下的結(jié)構(gòu)相對位移分析方法　229
14.3　算例演示　229
14.3.1　分析模型　229
14.3.2　采用隨機(jī)振動分析的角位移仿真　231
14.3.3　采用諧波響應(yīng)分析的角位移仿真　234
第15章　傾斜搖擺載荷下的結(jié)構(gòu)動態(tài)響應(yīng)分析方法　237
15.1　傾斜搖擺結(jié)構(gòu)動態(tài)響應(yīng)分析方法　238
15.1.1　運動學(xué)分析方法　239
15.1.2　動力學(xué)分析方法　239
15.1.3　剛?cè)狁詈戏治龇椒ā?39
15.2　典型結(jié)構(gòu)仿真方法及對比　240
15.2.1　運動學(xué)分析仿真　240
15.2.2　動力學(xué)分析仿真　242
15.2.3　剛?cè)狁詈戏治龇抡妗?44
15.2.4　計算結(jié)果對比分析　246
15.3　某岸橋結(jié)構(gòu)傾斜搖擺算例仿真　249
第16章　隨機(jī)振動下鏡面轉(zhuǎn)角響應(yīng)分析　251
16.1　反射鏡模型　251
16.2　地脈動載荷　252
16.3　仿真演示　252
展望　257
附錄A　258
附錄B　268
展開全部

裝備結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析 節(jié)選

第1章　緒論 1.1　什么是結(jié)構(gòu)動力學(xué)問題 服役環(huán)境下的裝備結(jié)構(gòu)都處于承載環(huán)境中，從結(jié)構(gòu)力學(xué)的角度來看，大體上結(jié)構(gòu)所受到的載荷可分為靜力載荷和動力載荷兩類。靜力載荷的大小、方向及作用點等不隨時間變化，結(jié)構(gòu)上也不產(chǎn)生加速度及慣性力，主要是考慮結(jié)構(gòu)的剛度效應(yīng)，如重力載荷就是*常見的靜力載荷。需要說明的是，靜與動本身也是相對的概念，當(dāng)載荷從零開始到*大值出現(xiàn)時刻所經(jīng)歷時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于結(jié)構(gòu)的自振周期時，說明加載過程是非常緩慢的，此時往往可以作為靜力載荷考慮[1]。 動力載荷則與時間歷程變化密切相關(guān)，結(jié)構(gòu)質(zhì)量引起的慣性力不可忽略。廣義上來講動力載荷包括沖擊載荷和振動載荷，沖擊載荷的特點可以用“短暫而強(qiáng)烈”來描述，“短暫”說明加載時間非常短，實際工程結(jié)構(gòu)受到的沖擊載荷往往在微秒到毫秒量級，“強(qiáng)烈”則說明載荷的幅值很大，屬于強(qiáng)動載荷，往往會引起結(jié)構(gòu)的塑性變形，以及結(jié)構(gòu)的材料性質(zhì)發(fā)生變化等[2]。例如，汽車、飛機(jī)等在事故中的撞擊，以及彈體著靶和穿甲、釘釘子、手機(jī)跌落、機(jī)械加工中的高速沖壓等都是典型的沖擊載荷。 振動載荷則會造成結(jié)構(gòu)在平衡位置附近產(chǎn)生往復(fù)交替的運動，與沖擊載荷相比，振動載荷的時間歷程較長，對于某些服役中的裝備而言，時間跨度可以長達(dá)數(shù)月甚至更長，但其載荷幅值一般相對較低，結(jié)構(gòu)響應(yīng)多體現(xiàn)為彈性變形。例如，汽車正常行駛過程中路面載荷就是一種典型的隨機(jī)振動載荷，我們能說話和聽到聲音正是聲帶與耳朵鼓膜振動的結(jié)果，汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)組運行過程中所發(fā)出的噪聲也是機(jī)械振動所導(dǎo)致的。 狹義上而言，一般業(yè)內(nèi)所討論的動力載荷往往針對的是振動載荷，本書所討論的結(jié)構(gòu)動力學(xué)研究的也是振動載荷下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)行為及其性能評估，主要通過對結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性和動力學(xué)響應(yīng)分析，評估結(jié)構(gòu)或裝備在動力載荷下的環(huán)境適應(yīng)性，如材料的強(qiáng)度是否能夠滿足設(shè)計指標(biāo)要求、長期服役過程中結(jié)構(gòu)材料是否會發(fā)生疲勞失效、加速度過大是否會導(dǎo)致某些電子部件的功能無法正常工作、間隙過小的裝配部件是否會發(fā)生碰撞干涉、振動響應(yīng)過大是否會導(dǎo)致噪聲超標(biāo)等。 1.2　結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析方法概況 結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析在數(shù)學(xué)上是對通過動力學(xué)方程描述的結(jié)構(gòu)動態(tài)行為進(jìn)行求解，結(jié)構(gòu)動力學(xué)方程描述了結(jié)構(gòu)在振動載荷下的力學(xué)狀態(tài)，是慣性力、阻尼力、恢復(fù)力和外載荷之間的平衡。 對于只考慮線性行為的結(jié)構(gòu)而言，其動態(tài)特性描述、響應(yīng)求解等動力學(xué)分析的理論體系和模擬技術(shù)都比較成熟。對于結(jié)構(gòu)中不同程度存在的非線性現(xiàn)象，如部件之間的摩擦接觸（螺栓預(yù)緊連接等）、軟材料的幾何大變形（部分橡膠、泡沫等有機(jī)材料等）、材料參數(shù)的非線性（炸藥、混凝土等非金屬材料的拉壓不對稱行為）等，其動力學(xué)分析方法離實際工程應(yīng)用尚有較大差距，目前仍處于理論研究階段，研究對象多為簡單部件，通常采用等效線性化方法進(jìn)行處理。 需要說明的是，非線性行為將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的響應(yīng)分析復(fù)雜、不確定性大、試驗控制困難，往往意味著對結(jié)構(gòu)的可靠性和穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。但實際裝備結(jié)構(gòu)的動力學(xué)行為多呈弱非線性，這樣使得基于線性理論的動力學(xué)分析方法在裝備工程中得到了廣泛應(yīng)用。本書在編寫過程中，也主要是在線性理論范圍內(nèi)，對結(jié)構(gòu)動力學(xué)的理論、數(shù)值模擬和試驗等相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行闡述與討論。 1.2.1　結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析的主要內(nèi)容 結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析主要包括結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性分析和動力學(xué)響應(yīng)分析兩部分內(nèi)容，其中，動態(tài)特性分析主要采用模態(tài)分析方法，獲得結(jié)構(gòu)的固有頻率和模態(tài)振型，其目的在于評估結(jié)構(gòu)的模態(tài)特性，指導(dǎo)方案設(shè)計，如盡可能地將結(jié)構(gòu)的固有頻率，尤其是基頻偏離工作環(huán)境下的載荷特征頻率，避免結(jié)構(gòu)發(fā)生共振。 動力學(xué)響應(yīng)分析則是分析結(jié)構(gòu)在振動載荷下的動態(tài)響應(yīng)，包括位移、速度、加速度、應(yīng)變、應(yīng)力等，然后根據(jù)這些響應(yīng)進(jìn)行動力學(xué)性能評估。 1.2.2　結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析的研究方法 結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析根據(jù)不同的對象及工程需求，存在多種不同的分析方法。總的來說可分為分析方法和試驗方法。分析方法通過建立結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型，通過理論或數(shù)值的手段進(jìn)行研究；試驗方法則針對裝備結(jié)構(gòu)進(jìn)行動態(tài)特性和動力學(xué)響應(yīng)的測試，是*直接的研究手段，可以避免分析方法中由于對裝備結(jié)構(gòu)、材料和連接的認(rèn)知不充分或過度簡化導(dǎo)致的結(jié)果可信度不高的問題，測試結(jié)果一般可以作為分析方法的參考。但試驗方法通常只能獲得有限的測點數(shù)據(jù)，無法充分地反映系統(tǒng)的全局狀態(tài)，同時還存在試驗結(jié)果分散性的問題，且試驗往往所耗費的時間及人力、物力成本較高。 裝備結(jié)構(gòu)的一個重要特點在于其復(fù)雜性，單純依賴數(shù)值方法可能導(dǎo)致結(jié)果偏離實際，而單純依賴試驗方法只能獲得片面的認(rèn)識，因此在工程實踐中，必須將二者結(jié)合起來，以獲得全面的、可靠的結(jié)果[3]。 結(jié)構(gòu)動力學(xué)的分析方法在針對不同的結(jié)構(gòu)時可采用不同的研究手段，可采取兩種劃分方式，一種是根據(jù)振動信號的特點（時程信號或是頻譜信號）將其分為時域法和頻域法；另一種則根據(jù)所分析模型的不同（連續(xù)模型或是離散模型）將其分為解析方法和數(shù)值方法。 1）時域法和頻域法 （1）時域法。振動載荷與時間歷程密切相關(guān)，在給定的時程載荷下，直接計算得到結(jié)構(gòu)響應(yīng)的時間歷程，結(jié)果*為直觀。但由于振動載荷往往持續(xù)時間較長，采用時域法進(jìn)行分析時，存在計算量大、效率低、規(guī)模過大及結(jié)果收斂性等問題導(dǎo)致計算難以進(jìn)行。此外，對于實際工況中較常見的隨機(jī)振動載荷而言，需要經(jīng)過多個樣本的分析才能反映響應(yīng)的統(tǒng)計規(guī)律。因此，在動力學(xué)分析的實際應(yīng)用中，除一些特殊分析工況外（如基于時程法的地震響應(yīng)分析、結(jié)構(gòu)中不可忽略的非線性行為等），時域法的應(yīng)用限制較多。 （2）頻域法。根據(jù)實際工程中振動載荷的特點，可以將振動載荷時間歷程進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將其變換為頻域載荷，如將發(fā)動機(jī)的工作載荷轉(zhuǎn)換為諧波載荷（幅值譜），將汽車路面激勵轉(zhuǎn)換為隨機(jī)載荷（功率譜密度），可采用諧響應(yīng)分析和隨機(jī)振動分析方法進(jìn)行研究，這樣使得分析過程與時間無關(guān)，各個頻率點的分析也相互獨立，結(jié)合模態(tài)疊加法，計算量大為減少，尤其是對隨機(jī)載荷，頻域內(nèi)的譜分析方法能夠得到響應(yīng)的統(tǒng)計特性，更具有實際工程意義。 2）解析方法和數(shù)值方法 （1）解析方法。工程中的裝備結(jié)構(gòu)往往可分解為梁、桿、板、殼等基本部件的裝配組合，對于這些典型部件的分析是結(jié)構(gòu)動力學(xué)研究和發(fā)展的基礎(chǔ)，其動力學(xué)方程往往可以用解析方程進(jìn)行顯式表達(dá)，是單個典型部件動力學(xué)行為的連續(xù)模型描述，一些形狀規(guī)則、邊界條件簡單結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性和動力學(xué)響應(yīng)可以獲得其解析表達(dá)式。例如，Grimes等[4]針對土星Ⅴ火箭，分別建立了4種不同的數(shù)學(xué)模型——梁-桿模型、梁-桿-1/4殼模型、1/4殼模型和三維模型，如圖1.1所示。 圖1.1　土星Ⅴ火箭的4種模型 解析法具有求解簡單的特點，在結(jié)構(gòu)動力學(xué)發(fā)展早期起到了關(guān)鍵的作用，但是往往只能適用于較簡單的結(jié)構(gòu)，且往往求解精度不高，無法充分地反映結(jié)構(gòu)局部運動特征。隨著工程科學(xué)的快速發(fā)展，設(shè)計要求及分析精度越來越高，解析法難以適用精度要求高的場合[5]。 （2）數(shù)值方法。與基于連續(xù)模型的解析方法不同，數(shù)值方法則主要針對離散模型，例如，早期在分析阿麗亞娜（Ariane）火箭的縱向振動時，就將箭體描述為一系列彈簧和集中質(zhì)量[6]。后來所建立的有限單元法（finite element method，F(xiàn)EM）既可以處理任意形狀的區(qū)域，也可以處理包含解的導(dǎo)數(shù)的邊界條件（如Neumann邊界），并且具有良好的收斂性，可以通過增加網(wǎng)格密度得到更加精確的數(shù)值解[7]。 伴隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，半個多世紀(jì)以來，已經(jīng)有多款成熟的商業(yè)有限元軟件在裝備行業(yè)中發(fā)揮了重大作用，結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析的各個方面在軟件中都有相應(yīng)的功能模塊進(jìn)行數(shù)值模擬，如國外開發(fā)的Ansys、Nastran、Abaqus、Hyperworks等。國產(chǎn)有限元軟件也取得了長足進(jìn)步，例如，中國飛機(jī)強(qiáng)度研究所牽頭的HAJIF（航空結(jié)構(gòu)分析）軟件[8]，已應(yīng)用于多個飛機(jī)型號的結(jié)構(gòu)分析中；中國工程物理研究院開發(fā)了大規(guī)模并行有限元分析框架PANDA[9]及基于該框架下的結(jié)構(gòu)靜力學(xué)和動力學(xué)分析軟件PANDA-Stavib[10]，可實現(xiàn)“上億自由度、上萬核”水平的計算，萬核并行效率高達(dá)50%以上。 有限元目前已經(jīng)成為包括結(jié)構(gòu)動力學(xué)在內(nèi)的諸多工程分析的主流方法，當(dāng)前，在計算機(jī)硬件能力不斷提升、軟件功能日趨完善的背景下，數(shù)值方法已經(jīng)能夠逐漸取代某些試驗方法，有效地提高裝備研制的效率，降低研制成本。 1.3　本書概述 目前市面上的結(jié)構(gòu)動力學(xué)方面的專業(yè)書籍大體可分為兩類，一類主要面向高校，屬于教材類，側(cè)重理論；另一類則主要面向工程技術(shù)人員，屬于教程類，多基于某種計算機(jī)輔助工程（computer aided engineering，CAE）仿真軟件，結(jié)合一些算例，對動力學(xué)的各個分析功能模塊進(jìn)行演示，介紹通用性的數(shù)值模擬方法。 本書兼顧教材和教程的特點，由淺入深，以工程化的語言描述，將結(jié)構(gòu)動力學(xué)的基本理論與實際工程應(yīng)用緊密結(jié)合，幫助讀者對結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析技術(shù)進(jìn)行快速掌握，適合于具有一定結(jié)構(gòu)動力學(xué)基礎(chǔ)知識的工程和研究人員。 在內(nèi)容安排上，第1章為緒論，第2～8章主要介紹結(jié)構(gòu)動力學(xué)的基本理論和分析方法，包括結(jié)構(gòu)動力學(xué)的基本分析理論、動力學(xué)有限元建模方法、動力學(xué)分析模塊的標(biāo)準(zhǔn)流程及結(jié)構(gòu)疲勞等內(nèi)容，并將動力學(xué)試驗與模型修正結(jié)合，展示數(shù)值模擬與試驗的綜合應(yīng)用；第9～16章主要介紹多種復(fù)雜工程結(jié)構(gòu)動力學(xué)數(shù)值模擬，基于編者所在團(tuán)隊動力學(xué)分析方面多年的成果和經(jīng)驗積累，針對裝備結(jié)構(gòu)中一些存在迫切需求背景的問題開展詳細(xì)的分析，進(jìn)行多種特殊的動力學(xué)分析方法的數(shù)值模擬演示，包括一些理論推導(dǎo)和仿真技巧，突出深度，具有較強(qiáng)的參考性和實用性。 全書在編寫過程的實例演示中，主要是基于Ansys經(jīng)典界面平臺和Workbench平臺，其中，Workbench平臺相比傳統(tǒng)的Ansys經(jīng)典界面平臺在前后處理上具有更大的優(yōu)勢，目前已經(jīng)成為主流的CAE分析工具之一，但Ansys經(jīng)典界面平臺在二次開發(fā)及APDL 的編程上更為靈活，在實際裝備結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用中兩個平臺配合使用會相得益彰，因此本書在算例演示時會兼顧在這兩個平臺中的應(yīng)用。 第2章　結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析基本理論 本章主要對結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析的基本理論體系的內(nèi)容和框架進(jìn)行簡明扼要的梳理，目的在于使讀者能夠從整體上了解結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析的基本體系和框架，也為本書后續(xù)章節(jié)的閱讀和理解提供必需的知識儲備。 2.1　單自由度系統(tǒng)的動力學(xué)響應(yīng) 一個系統(tǒng)的自由度數(shù)是指完全描述該系統(tǒng)一切部位在任何瞬時的位置所需要的獨立坐標(biāo)的數(shù)目[1]。與一般科學(xué)問題的研究類似，從*簡單的單自由度情況開始分析，如圖2.1所示。 圖2.1　單自由度系統(tǒng)示意圖 圖2.1描述了含阻尼特性（實際結(jié)構(gòu)不同程度地存在阻尼特性）的質(zhì)量彈簧系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)動力學(xué)方程為 （2.1） 式中，m、c和k分別為單自由度系統(tǒng)的質(zhì)量、阻尼和剛度參數(shù)；f為外載荷。 2.1.1　時域響應(yīng)分析 在自然界中，振動載荷*原始的信號記錄以時間歷程形式描述，即外載荷f是時間的函數(shù)，為便于分析，假設(shè)f為諧波形式，并考慮其初始狀態(tài)（初始位移和初始速度），則式（2.1）變?yōu)?（2.2） 式中，fe為諧波載荷的幅值；ωe為諧波載荷的圓頻率，單位為rad/s。

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