结构动力学知识全解析：附电子书籍下载，助您深入学习

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来源：安世亚太

在现实生活中，绝大多数物体受到的载荷并非一成不变的静载荷，而是随着时间、频率等不断发生变化的动载荷，结构动力学作为结构力学的一个分支，着重研究结构对于动载荷的响应（如位移、应力等的时间历程），以便确定结构的承载能力和动力学特性，或为改善结构的性能提供依据。

从大桥因共振断裂坍塌，建筑物在地震中晃动，再到飞机因不稳定的气流而产生颠簸，结构动力学问题在我们的生活中无处不在。研究结构对于动载荷的响应不仅能避免灾难性破坏的发生，更能减小结构的振动，减少噪声，为我们的生活带来更多的舒适和便利。

结构动力学同结构静力学的主要区别在于，它要考虑结构因振动而产生的惯性力和阻尼力；而同刚体动力学之间的主要区别在于，要考虑结构因变形而产生的弹性力。

在外加动载荷作用下，结构会发生振动，它的任一部分或者任意取出的一个微体，将在外载荷、弹性力、惯性力和阻尼力的共同作用下处于平衡状态，通过位移及其导数来表示这种关系就得到运动方程。运动方程的建立、求解和分析，是结构动力学理论研究的基本内容。

ANSYS Mechanical 针对结构动力学问题提供了多种分析类型，使用户能够确定结构对于动载荷的响应，包括模态分析、谐响应分析、响应谱分析、随机振动分析等。

模态分析用于确定结构的振动特性，即固有频率和振型，它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数。同时，也可以作为其它动力学分析问题的起点，例如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析，其中模态分析也是进行谱分析或模态叠加法谐响应分析，或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程。

谐响应分析：

是用于确定线性结构，在承受随时间按正弦规律变化的载荷时的稳态响应的一种技术。分析的目的是计算出结构在几种频率下的响应，并得到一些响应值对频率的曲线。从这些曲线上可以找到“峰值”响应，并进一步观察峰值频率对应的应力。

谱分析：

是一种将模态分析的结果与一个已知的谱联系起来，计算模型的位移和应力的分析技术。谱分析替代时间－历程分析，主要用于确定结构对随机载荷或随时间变化载荷（如地震、风载、海洋波浪、喷气发动机推力、火箭发动机振动等）的动力响应情况。

随机振动分析：

是一种基于概率和统计上的谱分析技术。由于时间历程的不确定性，不能选择瞬态分析，因此，将统计样本时间历程转变为功率谱密度函数 (PSD) ——一种载荷时间历程的统计响应。随机振动分析与实际产品的随机振动试验相对应。

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