结构动力学总结
结构动力学总结 第一篇
关键词：发动机吊架；静力学分析；ANSYS
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一 引言
近年来，随着科技的不断进步，民航飞机有着向大型化、高性能化发展的趋势，飞机承受的载荷越来越复杂，因此，对飞机结构提出了更高的要求。发动机吊架是联接飞机与发动机的关键装置，它在承受发动机重量的同时，还需传递发动机的推力以及各种工况下的复杂载荷，其结构的形式、重量、强度是影响飞机性能的重要因素。所以，合理设计发动机吊架结构并对其进行各种工况下的静力学分析显得尤为重要。
二 发动机吊架结构的等效建模
发动机吊架结构一般用铝合金、钛合金或钢制成，其结构按连接方式的不同可分为：盒式梁式结构、阻力支柱式结构及超静定式结构[一]。本文采用盒式梁式结构，这种结构的前接头和后接头之间力臂较大，吊架各接头所受载荷显著降低，节约了翼盒的重量，并可使下壁板局部区域的疲劳问题得到明显改善。
为了使建立的吊架结构能够反应实际情况并保证计算精度，确保单元质量，控制单元和节点数，减小计算量，所以有必要对模型进行适当的简化。在建立吊架简单力学模型的过程中，应遵守以下原则[二]：
（一）吊架力学模型应与实际形状几何结构相同，并忽略某些次要部位，如螺栓连接等形成的螺纹以通孔代替；（二）忽略吊架内部的电器部件，及相应的安装孔。吊架内部安装的电器部件不是吊架的承力结构，且其重量对吊架影响可忽略不计。（三）模型所受载荷、边界约束条件应与吊架真实结构所受载荷及边界约束条件相一致。
根据上述简化原则，并对发动机吊架结构进行了相关测量，建立了发动机吊架结构的简单力学模型，如图一所示。
三 发动机吊架结构的静力学分析
定义材料属性和网格划分
将建好的模型导入ANSYS软件中的workbench，定义铝合金作为吊架结构材料，其弹性模量为，泊松比为，密度为二八三零。
划分网格时，不仅需要选择划分网格的方法，还需要选择划分网格的形状、类型，同时还要根据分析精度，设定不同的单元格密度。该模型采用的Element Sizing 是二零mm。网格划分后的有限元模型如图二所示。
确定约束条件
在各种工况下，吊架与机翼的连接接头不受弯矩，所以，前接头提供垂直约束，即在前接头螺栓孔圆柱面施加垂直方向的面约束，后接头提供垂直和侧向约束，剪切销柱孔提供航向和侧向约束。
载荷的施加并求解
发动机吊架装置主要承受发动机的推力和发动机惯性力，在不同的飞行状态下，吊架承受载荷的种类和大小也不同。如果将发动机吊架所受惯性载荷转换到吊架前、后安装架上下表面中心，则得到表一和表二所示载荷（力单位为KN，力矩单位为）。
根据表一和表二中所受载荷施加于前、后安装架。施加载荷后，设定应力和变形位移为求解参数，求解，得到应力应变云图和位移变化图，如图三、图四、图五、图六所示。
结果分析
（一）从图三可知，在着陆工况下，发动机吊架变形主要在航向-垂向平面，整体变形很小。吊架整体盒段略有俯仰变形，导致发动机产生俯仰偏转。最大变形处位于前安装架前沿，最大位移为，小于最大允许位移一零mm，安全可靠；（二）从图四可知，在着陆工况下，吊架整体应力分布较均匀，前上梁和底梁部位应力较小，平均应力在左右，远小于最大许用应力。最大应力出现在前、后接头螺栓孔以及剪切销柱孔部位，应力值为，但小于材料屈服极限七八五MPa，安全可靠；（三）从图五可知，在侧移工况下，发动机吊架整体变形不大，吊架结构有侧向和滚转变形，最大位移在前安装架部位，总位移达到，导致发动机产生侧向偏转，但影响不大，安全可靠；（四）从图六可知，在侧移工况下，吊架结构总体应力分布较均匀，前上梁、后上梁和底梁应力较小，平均应力值在左右，远小于最大许用应力，前安装架和底梁连接部位所受应力最大，为，但还是比材料屈服极限七八五MPa小很多，安全可靠。
总结
从上述分析结果可知，在着陆和侧移两种工况下，发动机吊架结构没有产生严重的塑性变形，有足够的强度承受载荷，从而验证了吊架结构设计的合理性，提高了经济性。
参考文献：
结构动力学总结 第二篇
关键词：结构动力学；教学实践；教学方法；综合能力
“结构动力学”是一门技术性很强的专业基础课程，涉及数学建模、演绎、计算方法、测试技术和数值模拟等多个研究领域，具有鲜明的工程与应用背景[一]。绝大多数学生对这门课有一个共同的感觉：公式多而冗长、计算难而复杂、求解繁琐、涉及面广、不易理解。不少学生反映看书时经常理不清思路、做习题大多无从下手、复习时往往找不到重点。面对这些问题，提高教学效果，进一步激发学生的学习热情，加强学生分析问题、解决问题能力的培养，显得尤为重要。基于此，笔者结合教学实践，对如何提高“结构动力学”课堂教学效果，谈谈一些教学体会和思考。
一、认真备课，提高教师驾驭教学内容的能力
备好课的前提条件是选择好一本合适的教材。目前，“结构动力学”教材可谓是五花八门，良莠不齐。一些高校选择的“结构动力学”教材，本科生、硕士生共用甚至博士生也在用，教学效果不尽理想。所以，选择一本好的教材非常重要。笔者结合中国矿业大学土木工程专业和学生实际情况，选择了由徐赵东编写、科学出版社出版的“结构动力学”。此教材内容相对较为简单且实用性较强，是一本非常适合本科生使用的教材。
备好课的第二步是应该认真通读教材，并查阅有关参考书及文献资料，优化教学内容，突出授课重点。经过分析，明确本门课程在培养学生中的地位：课程的基本要求是什么，提高要求又是什么，哪些是重点，通过课程培养学生哪些能力，通过什么环节和手段，课程教学提高学生哪些方面的素质等等。此外还要了解先修课程、后续课程及学生情况。如对课程重点的认识，也往往需要对课程内容的反复思考与提炼[二]。笔者在讲解“结构动力学”时，以结构动力学的基本理论体系为主线，避免重复，着重讲概念。采用层次法教学，在不同的阶段突出不同的重点。比如，讲过单自由度系统自由振动和受迫振动的概念后，在讲授多自由度系统和弹性体系的振动分析时，则重点关于后者的振动特点以及与前者的联系和区别。这样既节省了时间，又抓住了主线。
二、丰富教学手段，培养学生学习的兴趣
教与学是矛盾对立统一的双方。教，是教学中的主要矛盾方面；教学设计控制着教学节奏、教学方向、教学过程、决定着教学目标的实现，教师在教学中起主导作用。学，是教学中的次要方面；尤其在课堂教学中学生始终处在被动一方。但教学目标的实现是要通过学生来完成，学生是教学活动的主体。辅助的教学手段可以促进矛盾双方的转化，使学生的被动学习转化为主动求教、主动探索、主动学习。所以好的教师、好的教学设计、应当在促进矛盾转化上下工夫。笔者在“结构动力学”的教学过程中也深刻感受到传统教学手段和多媒体教学相结合是培养学生学习兴趣，促进教与学矛盾双方转化的有效途径。
多媒体教学具有独特的优势，但同时也存在一定的局限性。利用多媒体教学，首先要做好课件。一个好的课件应该是简洁明了，条理清楚，重点突出，同时要图、文、声、像并茂，这样才能吸引学生的兴趣，激发学生的学习热情。同时这也是多媒体教学的优势。在教学过程中要正确认识到多媒体教学只是一种教学手段，不能取代教师，教师仍然是课堂的主导。一些年轻教师由于缺乏教学经验，做好教学课件之后，照本宣科，老师讲着无劲，学生听着无味，教学效果可想而知。因此，教师在利用多媒体教学时，要扔掉课件，要脱稿，围绕教学内容自由发挥，观察学生表情，注意快慢节奏，要和学生互动、交流，真正实现老师“教”与学生“学”的和谐统一。
传统的板书教学过程完全由教师控制，教师可按自己的思路授课，可以自由发挥，能够控制课堂氛围。“结构动力学”涉及诸多原理和典型例题的讲解，即会涉及许多的证明、计算过程。用多媒体方法就很难把证明、计算过程详细地表现出来，这样老师就很难讲得透彻，而且学生也没有足够的思考时间和做笔记的时间。对此，老师应采取传统的黑板板书教学来弥补其局限性。比如，在讲解多自由度体系中的振型正交性的证明时，用板书引领学生将证明过程详细的证明一遍，并启发学生应注意的问题，这样学生就能较轻松掌握这些知识点。因而达到良好的教学效果。
三、注重启发，培养学生分析问题的能力
启发式教学是指教师根据教学目标，遵循教学规律，在教学过程中依据学习过程的客观规律，通过引导、指导、开导、启示、激发学生的学习兴趣，使学生主动地、自觉地、积极地学习和思考，并主动实践的一种教学方法[三]。启发式教学的对立面是灌输式、填鸭式教学。课堂教学是师生的双边活动，教师要调动学生参与，促使他们主动积极地思考，并在此过程中培养推理、综合、创新等正确的思维能力。
实施启发式教学的一种方法是实例启发教学法。“结构动力学”课程涉及的学科、专业面广，学习过程中用到了结构力学、弹性力学、材料力学、复变函数、矩阵论、数理方程、有限元法等多门相关课程，因此，在教学过程中如何处理相关课程与教学内容之间的关系是一个难题。在教学过程中，笔者通过工程实践案例进行启发式教学。比如，在讲授弦的振动时，举例斜拉桥拉索、悬索桥吊杆张拉力的工程测试。实例启发教学法在教学过程中起到了意想不到的效果。
实施启发式教学的另一种方法是问题式教学法，即提出问题，解决问题。提出问题后可以让学生回答，开展讨论，也可以在学生思考的基础上教师自己解答。一堂成功的启发式讲课应该就像教师带领学生共同完成一个科研课题一样引人入胜。这里，关键在于所设计的问题。问题应该符合学生的实际，又能引起兴趣，可以来源于日常生活、工程实际或学科发展。学生对这些问题都饶有兴趣，并能热烈讨论，最后经过教师的总结讲解，学生对问题的认识自然地上了一个台阶。由于经过积极的思考后解决了问题，所以学生感到收获很大。
实施启发式教学的再一种方法是演示启发式教学法。实践证明，感性知识有助于提高学生学习的兴趣和积极性，可以促进学生对某一概念的深入理解，没有感性知识，则理性知识就缺乏基础，难以形成。演示启发式教学可以为学生提供必要的感性材料，启发学生空间想象力。例如，在进行弦的振动动画演示时，可以帮助学生理解振型特点，教学效果明显提高。
四、结合工程，培养学生解决实际问题的能力
结构动力学总结 第三篇
关键词：中巴车架；ANSYS；静力学分析
一.引言
当前，汽车安全可靠性已成为人们日常交流讨论的焦点话题，如何生产出性能好、结构强度高、安全性强的汽车，也是汽车研发部门关注的核心。因此，汽车研发前对其结构刚度、强度以及可靠性评估就显得尤为关键。目前大量运用现代优化设计方法， 通过有限元法对车架进行分析可以得到较为准确的应力和变形等强度、刚度安全指标，进而评估汽车结构强度的可靠性。
二.基于ANSYS中巴模型建立
中巴模型关于
根据中巴车实体建立三维立体模型，模型由很多零件和子装配组成，整个车身由铝梁和钢梁组成，车身三维由不同截面和尺寸的铝梁通过榫卯方式形成骨架，车身下部由钢梁和铝梁交替形成。最大的底盘特点是三层结构特性，加强了整个车身的结构稳定性[一]。车架三维模型如图一所示。
图 一 中巴车架三维模型
ANSYS建模程序编写
此中巴车架结构复杂，杆件种类繁多。节点（point）数共计五九零个，杆件（line）数三八八个，截面种类一三种，材料有铝和钢。
记录整个车架数据，给所有节点编号，从point 一到point 三八八，在pro/e中生成相应point，批量导出point坐标；然后记录每个杆件相应的连接点，同时记录它的方向节点（用来确立杆件的截面方向）；最后加上每个杆件的截面类型和材料类型。其中材料属性设置时，取弹性模量：铝为六九零零零MPa，钢为二一零零零零MPa，泊松比取。根据这些数据编写ANSYS建模程序。
输入程序建立中巴车架模型
基于以上所编写程序，先输入节点坐标生成车架节点点云图；接着输入杆件line连接关系和材料截面属性以及截面方向程序，同时划分网格，形成中巴车架模型[二]。流程如图二所示。
图二 中巴车架模型建立过程
三.添加载荷和约束条件并仿真
载荷及约束点统计
该款中巴车为某公司研发试验车型，依据车身配重和满载乘客人数统计载荷。当中巴在高速行驶时，路面存在不平整，将会出现路面冲击载荷，垂直载荷除了考虑整车满载时静载荷外，还应考虑垂直动载荷。这里取三倍极限静载荷[三]。则最大垂直载荷为式中δ为动载荷系数，取值三；为满载时重力。实际电动中巴上较重物件有电机、电池包以及乘客座位，这里分别将主要载荷均匀施加在相应受力节点。约束条件根据车身悬挂点确立。
仿真求解及结果分析
完成以上步骤后，进行仿真求解，观察有限元模型应力和变形如图三所示。
图三 应力分布图和应力变形图
说明在极限三倍载荷下，最大应力发生在车身中部蓝色区域，发生在车身底部，钢结构上，最大形变量，该车身设计总长，设计允许极限变形范围二零mm，可见三倍载荷下形变量符合设计时形变允许范围。由应力变形图看出，最大应力为。根据四五号刚材料的屈服强度δ=三五五最大许用拉应力六零零 ，考虑到安全系数取，可以满足不超过许用拉应力，说明整车车架设计基本合理[四]。
四.结论
综上所述，根据对该款电动中巴车架经理学分析可知，整车车架变形基本符合材料力学简支梁变形规律，最大变形发生在车架中部，且满足原先设计的变形范围，同时和最大应力小于材料的屈服极限，满足车架强度要求。通过使用铝结构达到了整车的轻量化，车架结构设计基本合理。同时该分析方法有一定创新性，整车有限元仿真模型复杂、数据量巨大，是目前的一大难题，本文通过巧妙的简化和分步，同时运用程序建模的方式，避免了复杂模型导入引起的各种问题，可以在很多有限元分析领域得到应用，具有较大的理论和实践价值。
参考文献：
[一]黄金陵等.汽车车身结构设计（第一版）[M].北京：机械工业出版社，一九九六
[二]邓凡平.ANSYS一二. 零 有限元分析自学手册[M].北京： 人民邮电出版社， 二零一一： 一九三- 二零三.
[三]徐建平，尚刚，梁乃兴.路面不平度引起的汽车动载荷计算分析.重庆交通学院学报，二零零五，二零（一）
[四]王霄锋.汽车可靠性工程基础[M]. 北京：清华大学出版社，
结构动力学总结 第四篇
关键词：高层建筑；动消防炮；结构；动力学
The high-rise building pneumatic gun is in order to be able to fire better solution of high buildings and the latest problem of building fire fighting the fire control technology solutions proposed. This paper will fire the structure of pneumatic gun launched research, from the dynamics of the calculation analysis, and to verify the pneumatic gun fire for feasibility of fire.
Keywords: high building; Move the fire guns; Structure; dynamics
中图分类号：[] 文献标识码：A 文章编号
引言：伴随着我国建筑事业的快速发展，城市化进程的加剧，高层建筑物层出不穷，楼层高度也是越来越高，对于高层建筑的消防问题也随之产生，普通的消防登高车最多只能达到五十米的高度，对于超过这个高度的楼层束手无策；如果由人工进入建筑进行内部火情的控制，不仅进入建筑时费时费力，而且近距离的灭火会有很大的人身危险；对于采用直升机对建筑物进行上部喷洒的灭火方式，又常常会受到条件的约束。因此，针对以上的灭火难题，我们进行了气动消防炮的研究方案。
高层建筑消防炮的总体结构研究
消防炮主要是由部分组成，分别为：转盘、俯仰机构、炮管、气室、击发机构、推弹机构、消防弹和上弹装置。把灭火弹放入上弹装置，消防炮在工作时，灭火弹会由上弹装置直接送入推弹机构里，推弹机构再将灭火弹推至炮膛，当灭火弹进入炮膛之后，炮膛会由密封盖自动密封。
击发机构主要是由伴随管、击发销、击发气路和滑道构成，击发机构的作用就是使灭火弹在击发的一瞬间达到全压发射，其工作原理就是在击发前，炮膛内的伴随管把高压气室同常压的炮膛进行隔离，当打开击发机构里的气动阀时，其内部的高压气体会进入炮膛，从而常温炮膛的气压瞬间升高将灭火弹向前推动，因为击发销还处在伸出状态，因此阻止灭火弹走出伴随管，于是灭火弹推动伴随管一起向前移动，这时高压气就进入了炮膛，当伴随管到达炮膛和气室相互连接的位置时，击发销便自动收回，消除了对灭火弹的阻碍，此时灭火弹就会在高压气室内的全压作用力下火速运动，达到瞬间发射。
灭火弹发射完毕之后，炮膛内的气压会自动经炮口泄压而降至常压，这时从高压气室的另一端加载气压，推动活塞进行回程运动，直至将推弹机构回位，伴随管也随之恢复到原位，击发销再次伸出，保证为下次的发射各就各位。
二、高层建筑消防炮的动力学分析
高层建筑消防炮的动力学原理分为两个阶段一个是击发过程中，另一个是炮膛加速过程中，下面分别进行探讨分析：
击发过程中动力学分析
在击发过程中，灭火弹和伴随管在高压的环境作用下往前运动，这时击发销有两种受力情况：一种是当灭火弹在推动力下所引发的加速度小于伴随管所引发的加速度，击发销将不受灭火弹的推力作用；当灭火弹在推动力下所引发的加速度大于伴随管所引发的加速度，击发销就会被灭火弹的推理所作用，进而通过击发销推动伴随管向前运动。
下面将通过计算分析一下后者的可能性，首先对于两个加速度进行计算对比分析，伴随管在推动力下所引发的加速度为
式中：是伴随管质量， 是炮膛气压，是伴随管的横截面积。
灭火弹在推动力下所引发的加速度为
式中：是伴随管质量，是伴随管的横截面积。
通过（一）（二）式的对比可得，击发销的运动主要受灭火弹的推力影响，击发过程就是灭火弹带动击发销运动，再由击发销发销推动伴随管向前运动的过程。
下面图一为击发销受力图
图一击发销受力图
由于摩擦系数和压力角较小，在进行计算时，通常可以忽略掉他们的影响,因此建立灭火弹的运动方程式如下：
式中：是伴随管的横截面积，f是材料的摩擦系数，是压力角，是炮管与伴随管间的摩擦力。
以上方程式（三）化解为：
气体状态的方程式为：
式中是气室的体积，是气体的绝热指数，是击发前气室的气压。
通过化简得出
把（四）、（五）代入（六）会得出：
（七）
上面的式中：是气体的绝热指数，是灭火弹离开伴随管所发生的行程，是灭火弹在离开伴随管时的速度。
炮膛加速过程中动力学分析
图二是灭火弹在炮膛加速的示意图，其中膛压的加速开始气压是上一段结束时的Pt,在这个膛压下灭火弹开始以初速度vo进行脱离伴随管的控制开始膛压加速，这时会有气室的气体陆续进入灭火弹后面的炮膛，从而不断地推动灭火弹进行加速运动，当灭火弹到达炮口时会获得一个初速度vL.由此可知，灭火弹在炮膛的加速过程就是灭火弹后面的压缩气体膨胀，从而推动灭火弹进行运动的过程。
下面表一是在不同发射气压下，膛内灭火弹的出炮速度vL，激发速度vt和最大射高h通过计算得出的相关数据。在进行计算时，消防炮的口径是一二零mm,击发的行程l取四零mm,气室的体积是，炮管的摩擦力是Fc=一零零N,伴随管的质量是六kg,炮膛的加速行程是L取,炮弹的质量是三kg, =,灭火弹的推动气压=。由于不考虑弹道的外部特性，因而在计算时空气的阻力忽略不计，通过计算结果可以得出，灭火弹在未达到六M帕最大额定发射压力时，它的射高已经达到了一六二三米，完全超出了当今无论是国际还是国内的最高建筑的高度。
表一 在不同的气压下灭火弹的出口速度、击发速度和最大射高
三、结束语：本文对气动消防炮的工作原理及结构动力学进行了详细的研究，通过对击发过程中动力学分析和炮膛加速过程中动力学分析，运用方程式的数学模型的解算，验证了高层气动消防炮方案的可行性，供工程设计人员进行参考。
参考文献：
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［三］ 金志明. 枪炮内弹道学［M］. 北京: 北京理工大学出版社, 二零零七（零三）
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