技術熱點 | SOLIDWORKS Simulation對單自由度彈簧振子固有頻率的分析

SOLIDWORKS Simulation

單自由度彈簧振子

固有頻率的分析

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模態分析是動力學分析的基礎，其主要目的就是求結構的固有特性，包括頻率、振型等。以一個單自由度彈簧振子為例，如果在它自由端加載一個垂直的固定載荷。那麼它的變形是固定的，如果換為一個振動力的載荷，力的大小不變，僅改變力的頻率，此時它則會出現振幅隨著頻率變化而變化的現象。出現這個結果的原因就是載荷頻率與結構固有頻率一緻，導緻共振。

共振現象非常常見，例如在19世紀的法國，就有一隊士兵經過大橋時由於行軍步伐頻率與大橋固有頻率一緻，導緻大橋劇烈振動，最終倒塌。在我們日常生活當中也會經常遇到，例如洗衣機在啟動或者脫水結束前，會有突突的響聲和猛烈振動。

模態分析的基本功能就是對模型系統進行動力學分析，了解其固有頻率和振動形式。

下面我們來分析一下單自由度彈簧振子固有頻率由理論計算出來的固有頻率和使用SOLIDWORKS Simulation計算出來的固有頻率兩者數值之間的區別。

01  理論計算

在進行固有頻率計算時，我們首先要知道振子的質量、彈簧的剛度系數、材料的密度。

在此的質量為0.0156kg,k為10000N/m,代入以下公式，得出的結果為180.2075Hz;

單自由度彈簧振子固有頻率計算公式：

02軟件實操

看看它是如何計算的？

1、創建固定端

在SOLIDWORKS Simulation當中彈簧固定端必須要有兩個作用點，利用分割面分別把兩部分的作用點創建出來，下部分創建了固定端，在分析中，這一部分是視為剛體的，忽略不計，上部分就是振子的質量，如下：

3、【零部件交互】刪除

因兩個零部件是沒有接觸在一起的，需要把【零部件交互】刪除，點擊【零部件交互】-【刪除】，如下：

4、創建一個彈簧

把兩部分連接起來，右鍵單擊【連結】-【彈簧】，這裏需要勾選“兩個位置”，選擇兩部分的作用點連接起來，輸入彈簧胡克系數為10000N/m,相當於10N/mm,如下：

5、打開剛體模式

（剛體是指在運動中受力作用後，形狀和大小不變，而且內部各點的相對位置不變的物體。絕對剛體實際上是不存在的，隻是一種理想模型，因為任何物體在受力作用後，都或多或少地變形，如果變形的程度相對於物體本身幾何尺寸來說極為微小，在研究物體運動時變形就可以忽略不計。把許多固體視為剛體，所得到的結果在工程上一般已有足夠的準確度。）

把下面的一部分視為剛體，可忽略不計，減少計算量，點擊【零部件】-【使成剛體】，如下：

7、頻率數設定

因為是單自由度模態分析，隻求解一個頻率數就可以，點擊【算例】-【屬性】-頻率數改為1，如下：

8、運行此算例

模態求解，其求解速度也比較快，如下：