Ansys譜分析PPT精品文檔

1、M5-1,第五章,譜分析,M5-2,第五章：譜分析,第一節(jié)：譜分析的定義及目的 第二節(jié)：基本概念和術(shù)語的理解 第三節(jié)：如何進(jìn)行響應(yīng)譜分析,M5-3,譜分析第一節(jié)：定義及目的,什么是譜分析？ 它是模態(tài)分析的擴(kuò)展，用于計(jì)算結(jié)構(gòu)對地震及其它隨機(jī)激勵(lì)的響應(yīng) 在進(jìn)行下述設(shè)計(jì)時(shí)要用到譜分析： 建筑物框架及橋梁 太空船部件 飛機(jī)部件 承受地震或其它不穩(wěn)定載荷的結(jié)構(gòu)或部件,M5-4,譜分析定義及目的（接上頁,譜分析的一種代替方法是進(jìn)行瞬態(tài)分析，但是： 瞬態(tài)分析很難應(yīng)用于例如地震等隨時(shí)間無規(guī)律變化載荷的分析; 在瞬態(tài)分析中，為了捕捉載荷，時(shí)間步長必須取得很小，因而費(fèi)時(shí)且昂貴,M5-5,譜分析第二節(jié)：術(shù)語及概念,

2、主題包括： 頻譜的定義 響應(yīng)譜如何用于計(jì)算結(jié)構(gòu)對激勵(lì)的響應(yīng)： 參與系數(shù) 模態(tài)系數(shù) 模態(tài)組合,M5-6,譜分析術(shù)語及概念（接上頁,什么是頻譜？ 用來描述理想化系統(tǒng)對激勵(lì)響應(yīng)的曲線此響應(yīng)可以是加速度、速度、位移和力; 例如：考慮安裝于振動(dòng)臺(tái)上的四個(gè)單自由度彈簧質(zhì)量系統(tǒng)它們的頻率分別是f1，f2，f3及f4，而且f1f2f3f4,1,2,3,4,M5-7,譜分析術(shù)語及概念（接上頁,如果振動(dòng)臺(tái)以頻率f1激振并且四個(gè)系統(tǒng)的位移響應(yīng)都被記錄下來，結(jié)果將如右圖所示 現(xiàn)在再增加頻率為f3的第二種激振并記錄下位移響應(yīng)，系統(tǒng)1及3將達(dá)到峰值響應(yīng) 如果施加包括幾種頻率的一種綜合激振并且僅記錄下峰值響應(yīng)，就將得到右圖

3、所示的曲線，這種曲線稱為頻譜，并特稱為響應(yīng)譜,f,u,f,u,f,u,M5-8,譜分析術(shù)語及概念（接上頁,響應(yīng)譜反映了激勵(lì)的頻率特征，因而可用于計(jì)算結(jié)構(gòu)對相同激勵(lì)的響應(yīng) 一般步驟如下： 對于結(jié)構(gòu)的每一個(gè)模態(tài)，計(jì)算在每一個(gè)方向上的參與系數(shù) i， i 是衡量該模態(tài)在那個(gè)方向上的參與程度（ANSYS在所有的模態(tài)分析中都進(jìn)行這一步的考慮，不管是否有響應(yīng)譜的輸入） 接著，按Ai=Si i *計(jì)算每一個(gè)模態(tài)的模態(tài)系數(shù)Ai，其中Si 指的是模態(tài) i的頻譜值 *對于加速度，速度和作用力譜，使用的是不同的公式，參見ANSYS理論手冊,M5-9,譜分析術(shù)語及概念（接上頁,接著，按ui = Aiyi計(jì)算每一個(gè)模態(tài)的

4、位移矢量ui ，其中yi是特征向量， ui 代表該模態(tài)的最大響應(yīng) 為了計(jì)算結(jié)構(gòu)的整體響應(yīng)，單個(gè)模態(tài)響應(yīng)ui 需要以某種方式進(jìn)行組合，這就是所謂的模態(tài)組合 將ui 簡單地疊加是很保守的，因?yàn)樗心B(tài)的最大值不是同時(shí)達(dá)到的，并且彼此之間不是完全同相位的 在ANSYS中，可以有幾種模態(tài)組合技術(shù)（將在后面討論），具體選擇哪一種取決于政府或所采用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),M5-10,譜分析術(shù)語及概念（接上頁,ANSYS可進(jìn)行四類譜分析： 單點(diǎn)響應(yīng)譜 單一的響應(yīng)譜激勵(lì)模型中指定的多個(gè)點(diǎn) 多點(diǎn)響應(yīng)譜 不同的多個(gè)響應(yīng)譜分別激勵(lì)模型中不同的點(diǎn) 動(dòng)力設(shè)計(jì)分析方法（DDAM） 由美國海軍實(shí)驗(yàn)室定義的一種特定類型的頻譜，用于分析船

5、用裝備的抗振性 功率譜密度（PSD） 用于隨機(jī)振動(dòng)分析的一種概率分析方法,M5-11,譜分析術(shù)語及概念（接上頁,下面將討論單點(diǎn)響應(yīng)譜分析的步驟，接著將討論隨機(jī)振動(dòng)分析 在下面的討論中，所用到的術(shù)語“譜響應(yīng)”指的是單點(diǎn)響應(yīng)譜 為了了解多點(diǎn)響應(yīng)譜及DDAM，請參考 ANSYS 結(jié)構(gòu)分析指南,M5-12,第三節(jié)：譜分析步驟,五個(gè)主要步驟如下： 建模 獲得模態(tài)解 轉(zhuǎn)換成譜分析類型 定義響應(yīng)譜 求解和察看結(jié)果,M5-13,響應(yīng)譜分析步驟建模,模型： 建模的注意事項(xiàng)與模態(tài)分析相同 僅考慮線性的單元及材料，忽略各種非線性 記住密度的輸入，同時(shí)如果存在依賴于材料的阻尼，也必須在這一步中定義 參見第一章的建模注

6、意事項(xiàng),M5-14,建模的典型命令流(接上頁,PREP7 ET，. MP，EX，. MP，DENS， ! 建立幾何模型 ! 劃分網(wǎng)格,M5-15,響應(yīng)譜分析步驟獲得模態(tài)解,建模 獲得模態(tài)解： 與通常的模態(tài)分析步驟相同 少量不同之處將在后面討論,典型命令： /SOLU ANTYPE，MODAL,M5-16,響應(yīng)譜分析步驟獲得模態(tài)解（接上頁,模態(tài)的提?。?有效的方法只有Block Lanczos，子空間法或縮減法 提取足夠的模態(tài)以包含頻譜的頻率范圍 擴(kuò)展所有的模態(tài)，只有擴(kuò)展的模態(tài)才能用于頻譜的求解 載荷和邊界條件：對于基礎(chǔ)激勵(lì)，一定要約束適當(dāng)?shù)淖杂啥?文件：.mode文件包含有特征向量，并且此文件

7、要用于頻譜求解,M5-17,響應(yīng)譜分析步驟獲得模態(tài)解命令（接上頁,MODOPT， MXPAND， ! BCs DK，.! 或 D 或 DSYM DL， DA，. ! Obtain solution SOLVE,M5-18,響應(yīng)譜分析步驟轉(zhuǎn)換成譜分析類型,建模 獲得模態(tài)解 轉(zhuǎn)換成譜分析類型： 退出并重新進(jìn)入求解器 選擇新的分析類型：譜分析 分析選項(xiàng)：后面討論 阻尼：后面討論,典型命令： FINISH! 退出求解器 /SOLU ANTYPE，SPECTR,M5-19,響應(yīng)譜分析步驟轉(zhuǎn)換成譜分析類型（接上頁,分析選項(xiàng)： 頻譜類型：單點(diǎn) 模態(tài)數(shù)：如果選項(xiàng)是0或空缺，所有的擴(kuò)展模態(tài)都被用于求解,典型命令

8、： SPOPT，SPRS,M5-20,響應(yīng)譜分析步驟轉(zhuǎn)換成譜分析類型（接上頁,阻尼 可用的阻尼形式有： （剛度）阻尼 恒定阻尼比：如果在模態(tài)分析步中被定義為材料性質(zhì)*，這種阻尼就可以是依賴于材料的 依賴于頻率的阻尼比（模態(tài)阻尼） 在CQC模態(tài)組合中，必須采用某些阻尼形式 *在這種情況下，材料屬性DAMP指的是阻尼比，而不是阻尼,典型命令： BETAD， DMPRAT， MDAMP,M5-21,響應(yīng)譜分析步驟頻譜響應(yīng)的定義,建模 獲得模態(tài)解 轉(zhuǎn)換成譜分析類型 定義響應(yīng)頻譜： 設(shè)置：頻譜類型及激勵(lì)方向 頻譜值對頻率的表格 模態(tài)組合的方法,M5-22,響應(yīng)譜分析步驟定義響應(yīng)頻譜（接上頁,設(shè)置： 頻譜

9、的類型： 地震或作用力（不是PSD） 地震頻譜- 自動(dòng)地施加于基礎(chǔ)上 作用力頻譜-人工地作為力施加于要求的各節(jié)點(diǎn)上 激勵(lì)方向（總體直角坐標(biāo)系）： 對于地震頻譜，定義為一個(gè)單元矢量，1，0，0指的是在x方向；0，1，0指的是y方向，0，0，1指的是z方向 對于作用力頻譜，符號FX，F(xiàn)Y，F(xiàn)Z已經(jīng)表示方向,典型命令： SVTYPE， SED,M5-23,響應(yīng)譜分析步驟定義響應(yīng)頻譜（接上頁,頻譜值對頻率的表格： 首先定義頻率表格，允許達(dá)到20個(gè)點(diǎn) 然后定義相應(yīng)的頻譜值： 只有對于多條頻譜曲線才能指定阻尼比 對于作用力頻譜，頻譜值可通過施加的力的數(shù)值來改變比例,典型命令： FREQ， SV,M5-24

10、,響應(yīng)譜分析步驟定義響應(yīng)頻譜（接上頁,模態(tài)組合法： 確定單個(gè)模態(tài)響應(yīng)如何組合 有五種方法可以采用： CQC法 （完全平方組合法） GRP法 （分組法） DSUM法 （雙和法） SRSS （均方根法） NRLSUM法 （美國海軍實(shí)驗(yàn)室法） 具體選擇哪種組合主要取決于公司或政府所采用的標(biāo)準(zhǔn),M5-25,響應(yīng)譜分析步驟定義響應(yīng)譜（接上頁,模態(tài)組合法（接上頁）： 在模態(tài)組合中，規(guī)定的有效門限值能使模態(tài)組合時(shí)僅僅包含主要模態(tài)有效門限值是某個(gè)模態(tài)的模態(tài)系數(shù)對最大模態(tài)系數(shù)的比率為了在組合時(shí)包括所有模態(tài)，要采用0值作為門限值 輸出類型使計(jì)算不同的響應(yīng)量，如位移、速度或加速度等成為可能,典型命令： MCOMB,

11、M5-26,響應(yīng)譜分析步驟求解及察看結(jié)果,建模 獲得模態(tài)解 轉(zhuǎn)換成譜分析類型 定義響應(yīng)譜 求解及察看結(jié)果： 求解當(dāng)前的載荷步 模態(tài)組合計(jì)算作為Post1的命令寫入.mcom文件中 察看結(jié)果：后面討論,典型命令： SOLVE FINISH,M5-27,響應(yīng)譜分析步驟求解及察看結(jié)果（接上頁,察看結(jié)果： 進(jìn)入Post1（通用后處理器） 進(jìn)行模態(tài)組合： 在求解階段，執(zhí)行這條操作的命令已寫入 .mcom文件中 采用Utility Menu File Read Input from.讀取jobname.mcom文件 察看變形后的形狀 應(yīng)力和應(yīng)變的圖表顯示,M5-28,響應(yīng)譜分析步驟求解及察看結(jié)果命令（接上

12、頁,POST1 /INPUT，mcom PLDISP， PLNSOL， FINISH,M5-29,響應(yīng)譜分析步驟,建模 獲得模態(tài)解 轉(zhuǎn)換成譜分析類型 定義響應(yīng)頻譜 求解及察看結(jié)果,M5-30,實(shí)例響應(yīng)譜分析,在這個(gè)實(shí)例中，將確定工作臺(tái)對于頻譜激勵(lì)的響應(yīng) 詳情請參看動(dòng)力學(xué)實(shí)例補(bǔ)充資料,M5-31,第三節(jié)：隨機(jī)振動(dòng)分析,什么是隨機(jī)振動(dòng)分析? 它是一種采用功率譜密度作為輸入的譜分析 它是一種確定響應(yīng)出現(xiàn)特定值的概率大小的分析方法 輸入值： 結(jié)構(gòu)的自然頻率及模態(tài) 功率譜密度曲線（將在后面討論） 輸出值： 以1s位移和應(yīng)力表示最可能出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)響應(yīng),M5-32,隨機(jī)振動(dòng)定義,什么是PSD? PSD 記錄了

13、響應(yīng)的平均平方值隨頻率變化的函數(shù)關(guān)系： 用于描述響應(yīng)出現(xiàn)特定值的概率從算術(shù)上看，PSD曲線下的面積即為響應(yīng)的協(xié)方差（標(biāo)準(zhǔn)偏差的平方） 響應(yīng)可以是位移、速度、加速度、力或壓力,M5-33,隨機(jī)振動(dòng)分析步驟,六個(gè)主要步驟： 建模 獲得模態(tài)解 轉(zhuǎn)換成譜分析類型 定義和施加功率譜密度激勵(lì) 求解 察看結(jié)果,M5-34,隨機(jī)振動(dòng)建模,模型： 本步的注意事項(xiàng)與模態(tài)分析時(shí)的相同 只考慮線性單元及材料，忽略各種非線性 注意輸入密度！同時(shí)如果出現(xiàn)與材料相關(guān)的阻尼，必須在這一步中定義 參見第一章的注意事項(xiàng),M5-35,建模的典型命令流(接上頁,PREP7 ET，. MP，EX，. MP，DENS， ! 建立幾何模型

14、 ! 劃分網(wǎng)格,M5-36,隨機(jī)振動(dòng) 獲得模態(tài)解,建模 獲得模態(tài)解： 與通常的模態(tài)分析步驟相同 多數(shù)不同之處，將在后面討論,典型命令： /SOLU ANTYPE，MODAL,M5-37,隨機(jī)振動(dòng) 獲得模態(tài)解（接上頁,模態(tài)提?。?只有Block Lanczos法、子空間法或縮減法是有效的 提取足夠的模態(tài)以包含頻譜的頻率范圍 所有模態(tài)的擴(kuò)展只有擴(kuò)展的模態(tài)才能用于頻譜的求解,典型命令： MODOPT， MXPAND,M5-38,隨機(jī)振動(dòng) 獲得模態(tài)解（接上頁,載荷及邊界條件： 對于基礎(chǔ)激勵(lì)，一定要約束適當(dāng)?shù)淖杂啥?對于壓力PSD， 在此步中施加壓力于想要的表面上 文件： .mode文件含有特征向量而且

15、是對于頻譜求解所需要的,典型命令： DK，.! 或 D 或 DSYM DL， DA，. ! 求解 SOLVE,M5-39,隨機(jī)振動(dòng)轉(zhuǎn)換成譜分析類型,建模 獲得模態(tài)解 轉(zhuǎn)換成譜分析類型： 退出并且重新進(jìn)入求解器 進(jìn)行新的分析：譜分析 分析選項(xiàng)：將在后面討論 阻尼：將在后面討論,典型命令： FINISH /SOLU ANTYPE，SPECTR,M5-40,隨機(jī)振動(dòng)轉(zhuǎn)換成譜分析類型（接上頁,分析選項(xiàng)： 頻譜類型：功率譜密度（ PSD） 模態(tài)數(shù)量：如果選項(xiàng)是 0或空缺，所有擴(kuò)展的模態(tài)將被用于求解 單元計(jì)算：只有在模態(tài)分析中的單元計(jì)算處于開啟（ON）狀態(tài)的條件下，譜分析中的計(jì)算也才能處于開啟（ON,典型

16、命令： SPOPT，PSD,M5-41,隨機(jī)振動(dòng)轉(zhuǎn)換成譜分析類型（接上頁,阻尼： 所有四種形式均可采用： -阻尼（質(zhì)量阻尼） -阻尼（剛度阻尼） 恒定阻尼比 與頻率相關(guān)的阻尼比（模態(tài)阻尼） 如果沒有指明阻尼，ANSYS將以1%的恒定阻尼作為缺省值,典型命令： ALPHAD， BETAD， DMPRAT， MDAMP,M5-42,隨機(jī)振動(dòng)定義并施加功率譜密度激勵(lì),建模 獲得模態(tài)解 轉(zhuǎn)換成譜分析類型 定義并施加功率譜密度激勵(lì)： 指明功率譜密度設(shè)置 定義功率譜密度對頻率的數(shù)據(jù)表 在想要的節(jié)點(diǎn)施加激勵(lì),M5-43,隨機(jī)振動(dòng)定義并施加功率譜密度激勵(lì)（接上頁,功率譜密度設(shè)置： 頻譜類型（單位）： 加速度

17、（常規(guī)單位或 g2/Hz） 速度 位移 力 壓力 表號的缺省值為1，對于多條功率譜密度曲線，使用表號,典型命令： PSDUNIT,M5-44,隨機(jī)振動(dòng)定義并施加功率譜密度激勵(lì)（接上頁,功率譜密度對頻率的數(shù)據(jù)表： 指明表號（通常為1） 然后一對一對地輸入頻率和功率譜密度值,典型命令： PSDFRQ， PSDVAL,M5-45,隨機(jī)振動(dòng)定義并施加功率譜密度激勵(lì)（接上頁,施加功率譜密度： 施加步驟取決于功率譜密度類型 加速度、速度或位移功率譜密度： 這些是基礎(chǔ)上的激勵(lì)并且只能施加于以前約束過的節(jié)點(diǎn)上 在 UX， UY或UZ （激勵(lì)方向）方向上作為約束來施加，其數(shù)值為1.0,Pick nodes,典型

18、命令： D，! 值 =1.0,M5-46,隨機(jī)振動(dòng)定義并施加功率譜密度激勵(lì)（接上頁,施加功率譜密度（接上頁）： 作用力功率譜密度： 節(jié)點(diǎn)激勵(lì) 作為數(shù)值為1.0（或希望的比例因子）的作用力施加在 FX， FY或FZ （激勵(lì)方向）上 壓力功率譜密度： 要求在模態(tài)分析中即施加壓力 使用載荷矢量（在模態(tài)求解時(shí)計(jì)算出的）來施加壓力功率譜密度激勵(lì) 將數(shù)值設(shè)定為1.0或?yàn)橄Ｍ谋壤蜃?典型命令： F，! 對于力 PSD LVSCALE， ! 對于壓力PSD(在模態(tài)分析步驟定義壓力,M5-47,隨機(jī)振動(dòng)求 解,建模 獲得模態(tài)解 轉(zhuǎn)換成模態(tài)分析類型 定義并施加功率譜密度激勵(lì) 求解： 激活功率譜密度模態(tài)組合方法

19、 指定計(jì)算的項(xiàng)目* 計(jì)算參與系數(shù)* 啟動(dòng)功率譜密度求解器* *將在后面討論,典型命令： PSDCOM,M5-48,隨機(jī)振動(dòng)求解 （接上頁,將計(jì)算的項(xiàng)目： 缺省的計(jì)算項(xiàng)目是計(jì)算相對于基礎(chǔ)激勵(lì)的位移解（包括應(yīng)力和應(yīng)變） 相對于基礎(chǔ)的或絕對的速度和加速度解也是可以獲得的,典型命令： PSDRES,M5-49,隨機(jī)振動(dòng)求解（接上頁,計(jì)算參與系數(shù)： 對于定義的每一個(gè)功率譜密度表必須計(jì)算 指定基礎(chǔ)或節(jié)點(diǎn)激勵(lì) 啟動(dòng)功率譜密度求解器： 結(jié)果寫入 .rst文件中,典型命令： PFACT， SOLVE FINISH,M5-50,隨機(jī)振動(dòng)察看結(jié)果,建模 獲得模態(tài)解 轉(zhuǎn)換成譜分析類型 定義并施加功率譜密度激勵(lì) 求解

20、察看結(jié)果： 繪圖和列表顯示 1s 時(shí)的各參數(shù)時(shí)的數(shù)值 （POST1） 生成響應(yīng)功率譜密度 （POST26） 計(jì)算兩個(gè)量之間的協(xié)方差 （POST26,M5-51,隨機(jī)振動(dòng)察看結(jié)果（接上頁,隨機(jī)振動(dòng)的結(jié)果為 1s 時(shí)的各種參數(shù)的數(shù)值： 1s時(shí)的位移，1s 時(shí)的應(yīng)力等等 所有的量都假定是平均值零的高斯（正態(tài)）分布 例如，最大位移 Umax = 0.15表示Uimax 等為0.15 或更小值的機(jī)率為 68% （1s） 它同時(shí)也表示為： Umax等為0.15x2 = 0.3或更小的機(jī)率 為95% （2s） Umax 等為 0.15x3 = 0.45 或更小的機(jī)率為98% （3s,1s,2s,3s,M5-

21、52,隨機(jī)振動(dòng) 察看結(jié)果（接上頁,為了察看1s時(shí)的位移及應(yīng)力： 進(jìn)入 POST1 （常規(guī)后處理器） 從載荷步3中讀取結(jié)果，載荷步3是1s 結(jié)果存于結(jié)果文件中的位置 注意：如果需要的話， 1s 速度和1s 加速度是分別存于載荷步4和載荷步5中 然后以圖和表顯示需要的物理量,M5-53,隨機(jī)振動(dòng) 察看結(jié)果（接上頁,結(jié)果文件最多可以有5個(gè)載荷步: 載荷步 1： 模態(tài)結(jié)果，每階模態(tài)一個(gè)子步 載荷步2： 單位靜態(tài)解，每個(gè)PSD表一個(gè)子步. 如果不是基礎(chǔ)激勵(lì)則為空 載荷步3： 1s 位移解 載荷步4： 1s 速度解. 如果沒要求輸出則為空. 載荷步5： 1s 加速度解.如果沒要求輸出則為空,M5-54,隨

22、機(jī)振動(dòng)察看結(jié)果（接上頁,M5-55,隨機(jī)振動(dòng)察看結(jié)果命令（接上頁,POST1 SET，3 ! 1s 位移解 PLDISP， PLNSOL， FINISH,M5-56,隨機(jī)振動(dòng)察看結(jié)果（接上頁,1s 結(jié)果主要用于： 第一步的主要計(jì)算： 在給定的時(shí)間間隔內(nèi)，某一自由度上的位移超過0.32個(gè)單位的概率是多少？ 疲勞計(jì)算： 基于下述假設(shè)：應(yīng)力水平在時(shí)間的68%以內(nèi)為 1s ，在時(shí)間的27%（95-68）以內(nèi)為 2s ，在時(shí)間的3%（98-95）以內(nèi)為 3s 基于 Monte Carlo 仿真的可靠性（風(fēng)險(xiǎn)性）分析,M5-57,隨機(jī)振動(dòng)察看結(jié)果（接上頁,響應(yīng)功率譜密度： 使工程師有某種響應(yīng)量（如應(yīng)力）是如何隨頻率變化的觀念 結(jié)果文件包括 1s 時(shí)各量的數(shù)值，它是功率譜密度曲線下面積的平方根 POST26，時(shí)間-歷程后處理器用于計(jì)算響應(yīng)功率譜密度,M5-58,隨機(jī)振動(dòng)察看結(jié)果（接上頁,為了計(jì)算響應(yīng)功率譜密度： 1.進(jìn)入POST26 ，并首先存儲(chǔ)頻率矢量： 在某個(gè)自然頻率的兩邊各取1到10 個(gè)附加的數(shù)據(jù)點(diǎn)以繪制一條更光滑的頻率