结构分析,静态分析,动态分析,

在固体力学领域，结构分析是对结构在一定载荷条件下的响应及其行为的分析。结构或组件可以由多个子组件组成。结构工程师的目标是分析所有子组件，但也分析整个结构.这可以通过通常尝试回答以下问题来实现：

应力、应变和材料行为

在结构分析方面，应力和应变是两个非常重要的量。

在实体中，应力（σ）定义为材料内反对任何外部载荷并穿过任何给定横截面（A）的内力（F）：
σ=F/一个

任何受力的固体都会发生变形。应变（ε）是一个无量纲量，用于量化材料在应力下的相对变形。应变表示为：

ε=dL/L

其中L是实体单元的未变形长度，dL是其相对变形。

推导给定构件的应力和应变是结构分析的主要目标。但是，还有其他同样重要的数量和分析类型。典型的例子是固有频率和振型、振动响应、屈曲、断裂/裂纹扩展和材料疲劳。

应力和应变之间的关系是：ε=σ/E

其中 E 是一个特征材料常数，称为弹性模量、弹性模量或简称杨氏模量。

它是线弹性固体材料的机械性能，用于量化材料的刚性/刚度。杨氏模量通常以压力/应力单位（Pa 或 psi）表示。

说到材料，值得一提的是应力-应变曲线。在工程结构分析中，最常见的材料是延展性材料。由延展性材料制成的零件能够在失效前承受过多的应变。图1显示了延展性材料的典型应力-应变曲线。

求解方法

在一个简单的静态确定问题的情况下，对结构分析很重要的反作用力和内力是使用简单的静力学计算的。这种情况非常简单，因为未知数的数量通常等于保持平衡的方程数量。这是结构分析的最简单示例。

但是，在某些情况下，未知数的数量超过了平衡方程的数量。例如，支撑悬臂梁可能就是这种情况。这现在是一个静态不确定的问题，我们应该使用替代方法来解决它。

虚拟功、能量和矩阵方法

结构分析主要有三种方法：

功法和能量方法通常可以手工解决，通常适用于更小、更简单的组件。矩阵方法在需要分析较大组件（即飞机）的现代结构工程中非常有用。一个子类别，或者换句话说，矩阵方法的演变，是有限元方法（FEM）。

FEM 特别适用于表示现实生活模型的连续体结构。请务必阅读我们关于有限元分析的文章。这将帮助您了解 FEM 在实际工程问题中的工作原理。

结构分析类型

结构分析是一个广泛的领域，涵盖了各种类型的分析方法和技术，用于研究和理解不同类型的结构。以下是一些常见的结构分析类型：

静态分析

静态分析类型允许对一个或多个实体分量中的位移、应力和应变进行不受时间限制的计算。结果是施加的约束和载荷的结果，例如轴承、重力、力等。

结果使工程师能够评估感兴趣的组件是否以不希望的方式变形。将有助于了解是否发生将构成威胁和风险的严重压力状态。随意查看以下螺栓法兰示例以了解静态结构分析示例。

动态分析

动态分析类型允许对一个或多个实体构件中的位移和应力/应变进行随时间变化的计算。将其与简单的静态分析进行比较，现在它有所不同，因为惯性效应也通过时间变化被考虑在内。

结果允许工程师分析单个时间步以及作为时间函数的动态性能。与静态分析类似，模型相对于最大允许应力和变形的充分性可以随时间推移进行评估。

热机械分析

当尝试计算组件或装配体的组合热和结构行为时，热机械分析是有益的。它实际上有助于计算由热载荷和结构载荷组合引起的固体应力。热和结构结果的计算是连续的。该过程通常从热步骤开始，然后作为连续结构步骤的输入。它本质上是热分析和结构分析的结合。

研究火花塞或截止阀等部件的热冲击包括典型的热机械应用示例。

弹性分析关注结构在弹性范围内的响应，即当受力后可以完全恢复原状。这种分析通常用于轻负荷和小变形情况。

非线性分析包括各种方法，用于考虑材料非线性、几何非线性和大变形情况。这包括大位移、大应变和接触问题的分析。

FSI分析考虑了液体或气体对固体结构的影响，以研究例如风力发电机叶片、桥梁在水中的振动等情况。

疲劳分析研究结构在重复载荷下的耐久性和寿命。这对于了解结构在实际使用中的耐久性至关重要。

稳定性分析用于确定结构在受力后是否会失去稳定性或产生屈曲。这在建筑和桥梁设计中特别重要。

电磁场分析用于研究结构在电磁场中的行为，例如在射频设备或电磁波传输系统中的应用。

这些是结构分析的一些主要类型，每种类型都针对不同的问题和应用领域。具体的分析类型取决于研究的目的、结构的性质和所面临的挑战。工程师和科学家使用这些分析方法来评估结构的性能、确保其安全性，并进行设计和优化。

结构分析的软件

进行结构分析需要使用专门设计的软件工具，这些工具可以用于模拟、分析和设计各种类型的结构。以下是一些常用的结构分析软件：

ANSYS：ANSYS是一个强大的有限元分析软件，广泛应用于工程、科学和其他领域。它提供了丰富的建模和分析功能。
Abaqus：Abaqus是另一个有限元分析软件，适用于多种结构力学问题，包括静力学和动力学。
STAAD.Pro：STAAD.Pro是用于建筑结构分析和设计的软件，特别适用于钢结构和混凝土结构。
SAP2000：SAP2000是用于结构分析和设计的软件，适用于多种工程项目，包括桥梁和建筑物。
ETABS：ETABS是专门用于建筑结构分析和设计的软件，适用于多层建筑和高层建筑。
SolidWorks Simulation：SolidWorks Simulation是SolidWorks CAD软件的一部分，用于进行结构、热、流体和动力学分析。
COMSOL Multiphysics：COMSOL Multiphysics是一个多物理建模和仿真软件，可用于多种结构分析问题。
OpenSees：OpenSees是一个开源的地震工程模拟软件，用于分析结构在地震事件中的行为。
LS-DYNA：LS-DYNA是一个非线性有限元分析软件，广泛用于模拟高速碰撞和爆炸等极端条件下的结构响应。