摘要：目前结构的动态特性分析的发展突飞猛进。而且对于机械结构动态设计水平来说，起到了关键性的作用。在实际进行设计及应用时，需要对其基本的内涵以及重要性有充分的认识。这样可以推动提升机械结构的综合性能，也推动了结构的动态分析方法的快速发展。本文笔者根据工作实践经验对机械结构动态设计及应用进行了分析探讨。
关键词：机械结构；动态设计；应用
前言：
机械动态设计属于一项新技术，目前还在发展阶段。其涉及到多个学科范围，有现代动态分析，产品结构动力学理论，设计方法学以及计算机技术等。完整的动态设计理论，方法以及体系目前还没有形成。仍然有许多的问题，需要研究人员进行不断的研究。
1结构动态分析的研究对象
在现代，对于结构动态分析设计领域的研究较为活跃的地区都在国外。尤其是西欧，美国等一部分发达国家对结构动态分析设计问题的研究尤为重视。并且，结构设计领域已经被列为其国家内重点的发展方向之一。结构动态设计的内容主要由以下两个方面组成：①需要一个切合实际的结构动力学模型被建立。②结构动态设计方法要科学合理的进行选择。通常情况下，机械结构动态设计的过程为：初步设计那些能够满足工作性能要求的产品图样。然后，以工程的实际情况为基础，将其动态特性的具体要求以及预定动态特性的目标进行给出。再依据结构动力学逆问题的方法，对结构设计参数进行直接求解。或者利用结构动力学正问题分析方法，修改其结构，并对修改后的结构的动态特性进行预测。而且，需要反复的对结构进行修改以及预测，每一项设计要求被满足才能够停止，这样一来，有良好的动，静态特性的产品设计方案才能够实现。
2结构振动系统的建模
2.1有限单元法
结构动态设计的基础问题，就是结构振动系统的建模。而有限元法是现代建模中，较为常用的一种方式。这种方法，会将连续的弹性体首先进行离散化。然后将能量原理作为出发点，建立可以控制整体的方程，并在求解时使用数值方法，并同时可以得到结构的相关参数。这种方法所具有的优势在于，可以最初设计结构时，依据设计的图纸，对产品的动态性能进行预知，并对振动，噪声的强度以及其他一些动态问题进行预估。在图纸阶段，可以对结构形状进行改变，这样可以有效的对这些问题进行抑制或者消除。这种方法属于一种近似解法，从计算结果的精准度进行评价，这种方法可以对使用者的要求进行基本的满足。对于较为复杂的结构来说，这也不失为一种效果很好的分析方法。随着计算机技术的不断更新与发展，以有限元原理为基础的结构分析软件已经非常成熟。比如，IDEAS，SAP，ADINA等等。在航空，航天，船舶，汽车，机床等工程结构的动态分析中，这些软件已经得到了广泛的应用，也取得了较为卓越的成绩。但是，就大型复杂结构来说，因为材料的物理参数具有一定的不确定性，而且边界条件的近似处理，接头还有连接处的连接参数不能准确的进行估计，同时存在阻尼参数的缺乏等一些原因。因此，直接以图样资料为基础，能够对结构动态特性进行准确反映的有限元模型的建立还存在着较多困难。而且难以对计算的精度进行保证。
2.2试验模态分析法
在最近十年中，一些技术得到了迅速的发展，比如动态测试，信号处理以及计算机辅助实验等等。以此为基础，试验建模技术也得到了迅速的发展。所以，试验模态分析法是结构动力学分析有效的第二种方法。这种方法会在结构上进行有限个试验点的选取，激励某一点或多个点，而系统的输出响应对于所有点而言都需要进行测量。并通过分析与处理测量数据，进行结构系统离散的数学模型的建立。这种模型对于实际系统能够进行较为准确的描述，同时其分析结构也具有可靠性。但是这种方法，客观上需要现实中有一个标准的模型。所以对于建模成本而言是一种增加。并且实测信息也具有一定的不完整性，因此模型通常具有缺陷。通常情况下，只能对真实系统的低阶模态特性进行反映，对于大型复杂的结构难以进行适应。
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2.3基于试验数据的有限元模型修正法
通过对以上两种方法进行分析后不难看出，二者的优劣势都非常明显。而将有限元方法以及试验模态分析技术有机的结合是现代结构动态分析技术的发展趋势。先验模型的建立需要有限元方法的参与。然后需要利用不同的方法，在实测的动态数据的基础上，修正先验模型。通过修正后的有限元模型，对结构的动态特性以及响应进行计算。并对结构进行优化设计。如今，一部分复杂程度较高的结构系统的实验模态分析以及动态特性有限元分析，都已经在国内外取得了令人满意的研究成果。用实验模态分析结构对机体有限元模型进行修正的方法，已经在机体有限元建模上取得了非常广泛的应用。这也为计算机体动力响应打下了良好的基础。
3结构动态分析的可视化方法
3.1可视化流程分析
科学计算可视化，是按照一定的规律把数值计算或者实验获得的庞大数据进行结合。以图像的方式将数据所表现的内容以及相互之间的关系进行展示。想要实现科学计算可视化，第一步是将获取的抽象数据用图元表示，它们构成了可视化模型.其次是实现可视化的绘制，就是对图元进行参数化。
3.2关键技术
在实现科学计算可视化的过程中，有几项技术起到了至关重要的影响，图像变形技术，动画技术，曲线拟合技术以及体绘制技术。
4结构动态分析
在工程领域的应用目前在运用动态分析结构的时候，有限元的方法是目前应用最为广泛的，在模型被建立后，以对结构的静态分析为基础，进行对模态的进一步分析以及在冲击载荷作用下的结构分析等等。当下，在航空，航天，船舶，汽车以及机床等工程结构的动态分析中，都在使用这种方法。
5机械结构动态设计
5.1ANSYS软件应用下的有限元动力学分析
动力学分析的目的在于研究系统动力的特性。而线性与非线性动力是这种特性表现的两个方面。以线性分析来说，引入ANSYS软件，其在分析动力学特性时起到的作用非常明显。在建模，连接条件以及边界条件都合理的前提下，对有限元模态的分析过程与具体的机械结构进行结合。在实际建模的过程中，需要考虑板壳结果以及实体结构，因此可以引入混合建模技术。
5.2基于结构动力学的结构动态设计分析
在对机械结构进行动态设计时，主要的问题表现如何对结构层面实现动态的优化。包含的内容如下：①固有频率。又可以理解为带频率约束，广义特征值等。要求在求解中，引入优化准则，数学规划以及矩阵摄动法等。②振型问题。解决的方式为惩罚函数法。③振幅问题。在大多数情况下，激振力在扰动时，如果结构参数出现不合理的情况，动力响应振幅值很容易受到影响。对结构参数的调整要持续进行。这样优化的目的才能够实现。
6结语
机械结构动态设计的应用中依旧存在部分问题，需进一步开展优化设计，通过对动力、电子等多学科知识的应用对机械结构动态设计方式进行改变，确保其符合当代行业发展及需求，实现动态设计应用价值。
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论文作者:倪啸天
论文发表刊物:《基层建设》2017年第31期
论文发表时间:2018/1/22
标签：结构论文; 动态论文; 方法论文; 机械论文; 有限元论文; 建模论文; 模型论文; 《基层建设》2017年第31期论文;