ANSYS 动力分析 (12) - 谱分析 (1)
2010-09-21 06:34:05| 分类：
ANSYS 动力分析
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第五章 谱分析
第一节：谱分析的定义及目的
第二节：基本概念和术语的理解
第三节：如何进行响应谱分析
第一节：谱分析的定义及目的
什么是谱分析？
? 它是模态分析的扩展，用于计算结构对地震及其它随机激励的响应。
? 在进行下述设计时要用到谱分析：
- 建筑物框架及桥梁
- 太空船部件
- 飞机部件
- 承受地震或其它不稳定载荷的结构或部件
谱分析的一种代替方法是进行瞬态分析，但是：
- 瞬态分析很难应用于例如地震等随时间无规律变化载荷的分析；
- 在瞬态分析中，为了捕捉载荷，时间步长必须取得很小，因而费时且昂贵。
第二节：基本概念和术语的理解
主题包括：
? 频谱的定义
? 响应谱如何用于计算结构对激励的响应：
- 参与系数
- 模态系数
- 模态组合
什么是频谱？
? 用来描述理想化系统对激励响应的曲线，此响应可以是加速度、速度、位移和力。
? 例如：安装于振动台上的四个单自由度弹簧质量系统，它们的频率分别是 f1，f2，f3 及 f4，而且 f1 < f2 < f3 < f4。
? 如果振动台以频率 f1 激振并且四个系统的位移响应都被记录下来，结果将如下图第一个图形所示。
? 现在再增加频率为 f3 的第二种激振并记录下位移响应，系统 1 和 3 将达到峰值响应，如下图第二个图形所示。
? 如果施加包括几种频率的一种综合激振并且仅记录下峰值响应，就将得到如下图所示的曲线，这种曲线称为频谱，并特称为响应谱，如下图第三个图形所示。
? 响应谱反映了激励的频率特征，因而可用于计算结构对相同激励的响应。一般分析步骤如下：
- 对于结构的每一个模态，计算在每一个方向上的模态参与系数 g i。 g i 是衡量模态 i 在指定
方向上的参与程度 (ANSYS 在所有的模态分析中都进行这一步的考虑，不管是否有响应谱的输入)。
- 接着，按 Ai = Si g i * 计算每一个模态的模态系数 Ai，其中 Si 指的是模态 i 的频谱值。
*对于加速度，速度和作用力谱，使用的是不同的公式，参见 ANSYS 理论手册。
- 接着，按 {ui} = Ai{yi} 计算每一个模态的位移矢量 {ui} ，其中 {yi} 是特征向量， {ui} 代表该模态的最大响应。
– - 为了计算结构的整体响应，单个模态响应 {ui} 需要以某种方式进行组合，这就是所谓的模态组合。
– - 将 {ui} 简单地叠加是很保守的，因为所有模态的最大值不是同时达到的，并且彼此之间不是完全同相位的。
– - 在 ANSYS中，可以有几种模态组合技术（将在后面讨论），具体选择哪一种取决于用户或所采用的工业标准。
ANSYS可进行四类谱分析：
? 单点响应谱：
- 单一的响应谱激励模型中指定的多个点。
? 多点响应谱：
- 不同的多个响应谱分别激励模型中不同的点。
? 动力设计分析方法（DDAM）：
- 由美国海军实验室定义的一种特定类型的频谱，用于分析船用装备的抗振性。
? 功率谱密度（PSD）：
- 用于随机振动分析的一种概率分析方法。
? 下面将讨论单点响应谱分析的步骤，接着将讨论随机振动分析。
? 在下面的讨论中，所用到的术语“谱响应”指的是单点响应谱。
? 为了了解多点响应谱及 DDAM，请参考 ANSYS 结构分析指南。
第三节：如何进行响应谱分析
单点响应谱分析的五个主要步骤如下：
? - 建模
? - 获得模态解
? - 转换成谱分析类型
? - 定义响应谱
? - 求解和察看结果
1. 建模：
? - 建模的注意事项与模态分析相同。
? - 只考虑线性的单元及材料，忽略各种非线性。
? - 记住输入密度，同时如果存在依赖于材料的阻尼，也必须在这一步中定义。
? - 参见第一章的建模注意事项。
建模的典型命令流：
/PREP7
ET，...
MP，EX，...
MP，DENS，…
! 建立几何模型
…
! 划分网格
…
2. 获得模态解：
· 与通常的模态分析步骤相同；
· 少量不同之处将在后面讨论。
/SOLU
ANTYPE，MODAL
· 模态的提取：
– - 有效的方法有 Block Lanczos，子空间法或缩减法。
– - 提取足够的模态以包含频谱的频率范围，一般情况，求解模态的频率范围应该不小于感兴趣的最高频率的 1.5 倍。
– - 扩展所有的模态，只有扩展的模态才能用于频谱的求解。必要时还应该激活计算单元结果选项。
· 载荷和边界条件：对于基础激励，一定要约束适当的自由度，基础激励只能施加在约束的自由度上。
· 文件：.mode v文件包含有特征向量，并且此文件要用于频谱求解。
典型命令流：
MODOPT，…
MXPAND，…
! 边界条件
DK，…. ! 或 D 或 DSYM
DL，…
DA，….
! 求解，得到模态结果
SOLVE
3. 转换成谱分析类型：
· 退出并重新进入求解器
· 选择新的分析类型：谱分析
· 分析选项：后面讨论
· 阻尼：后面讨论
? 典型命令：
– FINISH ! 退出求解器
– /SOLU ! 重新进入 solution
– ANTYPE，SPECTR ! 设置分析类型为谱分析
(1) 分析选项：
? 频谱类型：单点；
? 模态数：如果选项是 0 或空缺，所有的扩展模态都被用于求解。
SPOPT，SPRS，...
(2) 阻尼
? 可用的阻尼形式有：
- ?（刚度）阻尼；
- 恒定阻尼比：如果在模态分析步中被定义为材料性质*，这种阻尼就可以是依赖于材料的；
- 依赖于频率的阻尼比（模态阻尼）。
? 在 CQC 模态组合中，必须采用某些阻尼形式。
*在这种情况下，材料属性 DAMP 指的是阻尼比，而不是 ? 阻尼。
典型命令：
BETAD，…
DMPRAT，…
MDAMP，...
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