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技术热点 | SOLIDWORKS Simulation对单自由度弹簧振子固有频率的分析

发表时间: 2023-06-19 10:43:20

作者: 广州宇喜资讯科技有限公司

SOLIDWORKS Simulation

单自由度弹簧振子

固有频率的分析

ENJOY READING...


模态分析是动力学分析的基础,其主要目的就是求结构的固有特性,包括频率、振型等。以一个单自由度弹簧振子为例,如果在它自由端加载一个垂直的固定载荷。那么它的变形是固定的,如果换为一个振动力的载荷,力的大小不变,仅改变力的频率,此时它则会出现振幅随着频率变化而变化的现象。出现这个结果的原因就是载荷频率与结构固有频率一致,导致共振。

共振现象非常常见,例如在19世纪的法国,就有一队士兵经过大桥时由于行军步伐频率与大桥固有频率一致,导致大桥剧烈振动,最终倒塌。在我们日常生活当中也会经常遇到,例如洗衣机在启动或者脱水结束前,会有突突的响声和猛烈振动。

模态分析的基本功能就是对模型系统进行动力学分析,了解其固有频率和振动形式。


下面我们来分析一下单自由度弹簧振子固有频率由理论计算出来的固有频率和使用SOLIDWORKS Simulation计算出来的固有频率两者数值之间的区别。



01  理论计算

在进行固有频率计算时,我们首先要知道振子的质量、弹簧的刚度系数、材料的密度。

在此的质量为0.0156kg,k为10000N/m,代入以下公式,得出的结果为180.2075Hz;

单自由度弹簧振子固有频率计算公式:

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02软件实操

看看它是如何计算的?

1、创建固定端

在SOLIDWORKS Simulation当中弹簧固定端必须要有两个作用点,利用分割面分别把两部分的作用点创建出来,下部分创建了固定端,在分析中,这一部分是视为刚体的,忽略不计,上部分就是振子的质量,如下:


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3、【零部件交互】删除

因两个零部件是没有接触在一起的,需要把【零部件交互】删除,点击【零部件交互】-【删除】,如下:


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4、创建一个弹簧

把两部分连接起来,右键单击【连结】-【弹簧】,这里需要勾选“两个位置”,选择两部分的作用点连接起来,输入弹簧胡克系数为10000N/m,相当于10N/mm,如下:


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5、打开刚体模式

(刚体是指在运动中受力作用后,形状和大小不变,而且内部各点的相对位置不变的物体。绝对刚体实际上是不存在的,只是一种理想模型,因为任何物体在受力作用后,都或多或少地变形,如果变形的程度相对于物体本身几何尺寸来说极为微小,在研究物体运动时变形就可以忽略不计。把许多固体视为刚体,所得到的结果在工程上一般已有足够的准确度。)

把下面的一部分视为刚体,可忽略不计,减少计算量,点击【零部件】-【使成刚体】,如下:


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6、施加固定约束

下部分需要施加一个固定约束,点击【夹具】-【固定几何体】,如下:


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上部分为单自由度,可以观察一下坐标轴,z轴和x轴方向是不允许移动的,需要对其施加约束,同样的点击【夹具】-【固定几何体】-激活高级选项(也可点击【夹具】-【高级夹具】),选“在平面上”选项功能,限制垂直于面的一个变形,如下:



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7、频率数设定

因为是单自由度模态分析,只求解一个频率数就可以,点击【算例】-【属性】-频率数改为1,如下:

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8、运行此算例

模态求解,其求解速度也比较快,如下:


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9、查看共振频率

点击【结果】-【列出共振频率】,如下:


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