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ANSYS 动力分析 (12) - 谱分析 (1)  

2010-09-21 06:34:05|  分类: ANSYS 动力分析 |  标签: |举报 |字号 订阅

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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
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  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。
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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 f1f2f3 及 f4,而且 f1 < f2 < f3 < f4
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?  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 和 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。
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?  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 A= Si g i 计算每一个模态的模态系数 Ai,其中 Si 指的是模态的频谱值。
*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...
        MPEX...
        MPDENS
        ! 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。
             ANSYS 动力分析 (12) - 谱分析 (1) - htbbzzg - htbbzzg的博客

  典型命令:
    /SOLU
    ANTYPEMODAL

  ·  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.      ! D 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
     ANTYPESPECTR   设置分析类型为谱分析

             ANSYS 动力分析 (12) - 谱分析 (1) - htbbzzg - htbbzzg的博客
 
  (1) 分析选项:
?    频谱类型:单点;
?    模态数:如果选项是 或空缺,所有的扩展模态都被用于求解。

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  典型命令:
    SPOPTSPRS...

  (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。
              ANSYS 动力分析 (12) - 谱分析 (1) - htbbzzg - htbbzzg的博客

  典型命令:
      BETAD
      DMPRAT
      MDAMP...

 
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