ANSYS隨機振動理論

1、§4.5隨機振動（PSD）分析步驟PSD分析包括如下六個步驟：1建造模型；2求得模態(tài)解；3擴展模態(tài)；4獲得譜解；5合并模態(tài)；6觀察結(jié)果。以上六步中，前兩步跟單點響應(yīng)譜分析一樣，后四步將在下面作詳細(xì)講解。 ANSYS/Professional 產(chǎn)品中不能進行隨機振動分析。如果選用GUI交互方法進行分析，模態(tài)分析選擇對話框（MODOP命令）中包 含有是否進行模態(tài)擴展選項（MXPAN命令），將其設(shè)置為YES就可以進行下面 的：擴展模態(tài)。這樣，第二步（求得模態(tài)解）和第三步（擴展模態(tài)）就合并到一 個步驟中進行計算。§4.4. 9 建造模型該步與其它分析類型建立模型的過程相似，即定義工

2、作名、分析的標(biāo)題、單 元類型、單元實常數(shù)、材料性質(zhì)、模型幾何形狀等。注意以下兩點：只有線性行為在譜分析中才是有效的。任何非線性單元均作為線性處理。 如果含有接觸單元，那么它們的剛度始終是初始剛度，不再改變；必須定義材料彈性模量（EX （或其他形式的剛度）和密度（DENS。材 料的任何非線性將被忽略， 但允許材料特性是線性的、 各向同性或各向異性以及 隨溫度變化或不隨溫度變化。§4. 5.0 獲得模態(tài)解結(jié)構(gòu)的模態(tài)解（固有頻率和振型）是計算譜解所必須的。模態(tài)分析的具體過 程在模態(tài)分析中已經(jīng)闡述過，這里還需注意以下幾點：使用 Block Lanczos 法（缺?。?、子空間法或縮減法提取模態(tài)

3、。 非對稱法、 阻尼法、QR阻尼法以及PowerDynamics法對下一步譜分析是無效的；所提取的模態(tài)數(shù)目應(yīng)足以表征在感興趣的頻率范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)所具有的響應(yīng)；如果使用GUI交互式方法進行分析，模態(tài)分析設(shè)置MODOPT對話框的擴展 模態(tài)選項置為NO狀態(tài)，那么模態(tài)計算時將不進行模態(tài)擴展，但是可以選擇地擴 展模態(tài)（參看MXPAN命令的SIGNIF輸入項的用法）。否則，將擴展模態(tài)選項置 為YES犬態(tài)。材料相關(guān)阻尼必須在模態(tài)分析中進行指定；必須在施加激勵譜的位置添加自由度約束；求解結(jié)束后退出SOLUTIONS理器。§4.5.1 擴展模態(tài)無論選用子空間法、 Block Lanczos 法還是縮減法，

4、都必須進行模態(tài)擴展。 關(guān)于模態(tài)擴展， 動力學(xué)分析指南模態(tài)分析 部分“擴展模態(tài)”一節(jié)有詳細(xì)講 述。另外還需注意以下幾點：只有擴展后的模態(tài)才能在以后的模態(tài)合并過程中進行模態(tài)合并操作；如果對譜所產(chǎn)生的應(yīng)力感興趣，這時必須進行應(yīng)力計算。在缺省情況下， 模態(tài)擴展過程是不包含應(yīng)力計算的，這同時意味著譜分析將不包含應(yīng)力結(jié)果數(shù) 據(jù)。模態(tài)擴展可以作為一個獨立的求解過程，也可以放在模態(tài)分析階段；在模態(tài)擴展結(jié)束之后，應(yīng)執(zhí)行 FINISH命令退出求解器（SOLUTION。正如動力學(xué)分析指南模態(tài)分析部分中講述的那樣，在進行模態(tài)分析時 執(zhí)行MXPAN命令就可以將模態(tài)求解和模態(tài)擴展合并成一步（GUI交互方法和批 處理方法）

5、。§4.5.2 獲得譜解功率譜密度譜求解時，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫必須包含模態(tài)分析結(jié)果數(shù)據(jù)，以及模態(tài)求 解獲得的下列文件： Jobname.MOD、EJobname.ESAV、Jobname.EMA、TJobname.FULL （僅子空間法和 Block Lanczos 法有）和 Jobname.RST。1. 進入求解器 （/SOLU 命令）Command: /SOLUGUI: Main Menu > Solution2. 定義分析類型和分析選項對于譜分析類型（SPOPT命令），選擇功率譜密度（PSD）;若對應(yīng)力結(jié)果感興趣，則打開應(yīng)力計算開關(guān) （SPOPT命令設(shè)置為ONE只有 在擴展模態(tài)過

6、程中要求過計算應(yīng)力，這時才能計算由譜引起的應(yīng)力。3. 定義載荷步選項。下面的選項適用于隨機振動：譜數(shù)據(jù)?功率譜密度（PSD類型Command: PSDUNITGUI:Main Menu > Solution > Spectrum > -PSD-Settings功率譜密度類型可以是位移、速度、力、壓力或加速度。在后面的第4. 步和第 5.步中將指定是基礎(chǔ)激勵還是節(jié)點激勵。如果施加壓力功率譜密度， 則應(yīng)在模態(tài)分析時就施加壓力。? 定義功率譜密度頻率二維表Command: PSDFREQ, PSDVALGUI:Main Menu > Solution > Spectru

7、m > -PSD-PSD vs FreqMain Menu>Solution>Spectrum>-PSD-Graph TablesPSDFE和PSDVA命令是用來定義功率譜密度一頻率二維表。第6.步將描述其它功率譜密度激勵的施加方法。執(zhí)行 STAT命令可以顯示功率譜密度表。阻尼（動力特性選項）這里可以指定下列種類的阻尼：a阻尼（ALPHD命令）、b阻尼（BETAD令）、 恒定阻尼比（DMPRA命令）和頻率相關(guān)阻尼比（MDAM命令）。注意，恒定阻尼 比是利用DMPRA命令指定給所有頻率的。如果定義了多種阻尼， ANSYSt計算 出對應(yīng)每一頻率的有效阻尼比。注意：若在 PS

8、D 分析中沒有定義阻尼，即缺省時將使用 1 的 DMPRAT。 Alpha （質(zhì)量）阻尼Command: ALPHDGUI:Main Menu > Solution-Time/Frequenee > Damping> LoadStepOpts Beta （剛度）阻尼Command:BETADGUI:MainMenu > Solution> LoadStepOptsTime/Freque nee > Damp ing恒定阻尼比Command: DMPRATGUI:Main Menu > Solution-Time/Frequenee > Dampi

9、ng> LoadStepOpts頻率相關(guān)阻尼比Command: MDAMPGUI:Main Menu > Solution> LoadStepOptsTime/Freque nee > Damp ing下面是隨機振動分析的步驟：4. 在節(jié)點上施加功率譜密度（PSD激勵當(dāng)指定值 1.0 時，該節(jié)點就施加功率譜密度激勵。 反之，指定值 0.0（ 或空值 ） 時，該節(jié)點的功率譜密度激勵將被刪除。激勵的方向由D命令（施加基礎(chǔ)激勵）中UX UY UZ的符號或者F命令（施加節(jié)點激勵）中FX FY FZ的符號來決定。 對于節(jié)點激勵， 非 1.0 的值充當(dāng)激勵縮放系數(shù)。 對于壓力功率譜

10、密度， 引入模態(tài) 分析中生成的載荷向量（LVSCALE命令），也可以使用縮放系數(shù)。注意，基礎(chǔ)激勵只能施加在模態(tài)分析中施加有約束的節(jié)點上。Command:D DK DL或DA （施加基礎(chǔ)激勵）F或FK （施加節(jié)點激勵）LVSCAL（E 施加壓力 PSD）GUI:Main Menu > Solution > -Loads-Apply > -Base PSD Exeit-On Nodes5. 開始計算上述PSD激勵縮放系數(shù)在PFACT命令的TBLNO域指定選用哪一個PSD表, Excit域指定是對基礎(chǔ)激 勵還是節(jié)點激勵的計算。Command: PFACTGUI:Main Menu

11、> Solution > -Load Step Opts Spectrum > -PSD-Calculate PF6. 定義其它PSD激勵如果同一模型上有多個PSD激勵，就按每一個功率譜密度表重復(fù)上面第 3、4 和 5 步的過程。然后根據(jù)實際情況確定各激勵間的相關(guān)程度， 恰當(dāng)?shù)剡x用下列命 令：Command: COVA（L 共譜值）QDVA（L 二次譜值）PSDSP（L 空間關(guān)系）PSDWAV波傳播關(guān)系）GUI:Main Menu > Solution > -Load Step Opts Spectrum > -PSD-Correlation在使用PSDSP

12、或 PSDWA命令時，PFAC命令的Parcor域分別設(shè)置為SPATIAL 或WAVE對于多點基礎(chǔ)激勵，由于 PSDSP和 PSDWA®的關(guān)系可能會大大增加 CPU的計算量。在使用PSDSP和 PSDWA命令（例如，F(xiàn)Y不能施加到一個節(jié)點而 FZ施加到另外一個節(jié)點）時，節(jié)點激勵和基礎(chǔ)激勵輸入必須是一致的。PSDSPL和PSDWA命令不能用于壓力PSD分析。7. 設(shè)置輸出控制項該分析只有一條輸出控制命令 PSDRE,S它定義寫入結(jié)果文件的輸出數(shù)據(jù)的數(shù) 量和格式?？梢杂嬎愠鋈N結(jié)果數(shù)據(jù)：位移解、速度解、或加速度解，每一種解 都可以是絕對值或?qū)τ诨鶞?zhǔn)值的相對值。Command: PSDRE

13、SGUI:Main Menu > Solution > -Load Step Opts Spectrum > -PSD-Calc Controls下表列出了所有可以獲得的分析結(jié)果。為了限制輸入到結(jié)果文件的數(shù)據(jù)量， 在模態(tài)擴展過程中執(zhí)行OUTRE命令進行控制。執(zhí)行命令OUTPR, NS OL, ALL 將顯示重要的模態(tài)方協(xié)差項的總列表。PSD分析結(jié)果數(shù)據(jù)列表速度求解（PSDRES命令中LABEL 項為 VELO）速度、應(yīng)力速度和力速度等相對、絕對或都不是加速度求解（PSDRES命令中LABEL 項為 ACEL）加速度、應(yīng)力加速度和力加速度等相對、絕對或都不是8. 開始求解計算（

14、SOLVE命令）Command: SOLVEGUI: Main Menu > Solution > Current LS9. 退出求解器 （FINISH 命令）Command: FINISHGUI:退出求解器§4.5.3 合并模態(tài)在求解過程中，模態(tài)合并可以作為獨立步驟，其基本過程如下：1. 進入求解器Command: /SOLUGUI:Main Menu > Solution2. 指定分析類型Command: ANTYPEGUI:Main Menu > Solution > New Analysis選項：New Analysis （ANTYP命令）選擇新

15、的分析。選項：AnalysisType： Spectrum （ANTYP命令）選擇譜分析。3. 選擇模態(tài)合并方法在隨機振動中，只有PSD模態(tài)合并方法。該方法將計算結(jié)構(gòu)中的1s位移、應(yīng)力等。如果沒有執(zhí)行PSDCO命令，程序?qū)⒉挥嬎憬Y(jié)構(gòu)的1s響應(yīng)。Command: PSDCOMGUI:Main Menu > Solution > -Load Step Opts-Spectrum > PSD-Mode CombinPSD模態(tài)合并方法（PSDCO命令）中的SIGNIF和COMODfi項指定參加模態(tài) 合并的數(shù)目（PSDCO命令）。如果檢驗這兩個選項，記住打印第四步（獲得譜 解）中模態(tài)協(xié)

16、方差矩陣，研究趨向于最終結(jié)果的模態(tài)的相對分布。4. 開始求解Command: SOLVEGUI:Main Menu > Solution > -Solve-Current LS5. 退出求解器Command: FINISHGUI:退出求解器。§4.5.4 觀察結(jié)果隨機振動分析的結(jié)果都寫入結(jié)果文件 Jobname.RST它包括如下信息：1 .模態(tài)分析結(jié)果中的擴展模態(tài)形狀；2. 基礎(chǔ)激勵靜力解（PFACT, , BASE命令）；3. 如果要求進行模態(tài)合并（PSDCO命令），并且是利用PSDRE命令設(shè)置的， 那么就有下列輸出信息： 1s位移解（位移、應(yīng)力、應(yīng)變、力）； 1s速度

17、解（速度、應(yīng)力速度、應(yīng)變速度、力速度）； 1s加速度解（加速度、應(yīng)力加速度、應(yīng)變加速度、力加速度 ）。先在P0ST1后處理器中觀察上述信息，然后在P0ST2處理器中計算響應(yīng)PSD§4.541在P0ST1后處理器中觀察結(jié)果在觀察結(jié)果之前，先要了解結(jié)果文件中結(jié)果數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如下表所示。注意：如果只定義了節(jié)點PSD激勵，第2載荷步的結(jié)果將是空的。同樣， 如果用PSDRES命令放棄了位移、速度或加速度的求解，對應(yīng)的載荷步也將是空 的。在功率譜密度分析時，將不生成載荷步 3、4或5中超單元位移文件（.DSUM ）。PSD分析結(jié)果數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)載荷步子步1內(nèi)容第1階模態(tài)的擴展了的模態(tài)解2第2階模態(tài)的

18、擴展了的模態(tài)解13第3階模態(tài)的擴展了的模態(tài)解等等等1第1個PSD表的單位靜態(tài)解22第2個PSD表的單位靜態(tài)解等等等311s位移解411s速度解（如果要求了的話）511s加速度解（如果要求了的話）P0ST1后處理器中觀察結(jié)果的步驟：1. 用SET命令將想要觀察的結(jié)果數(shù)據(jù)讀入數(shù)據(jù)庫。 例如，要讀入1s位移解, 執(zhí)行命令：Comma nd: SETGUI: Main Menu > General Postproc > -Read Results-FirstSet2顯示結(jié)果。使用SPRS分析中相同的選項來顯示結(jié)果。注意：在隨機振動分析中， " 應(yīng)力 " 并不是實際的應(yīng)力

19、而是應(yīng)力的統(tǒng)計值， 由PLNSOL命令顯示的節(jié)點平均應(yīng)力可能是不合理的。§4.5.4.2 在 POST26 中計算響應(yīng) PSDs已有了 Jobname.RST和Jobname.PSD文件，用戶就可以計算并顯示響應(yīng) PSDs 結(jié)果文件中的任何信息（位移、速度和加速度）。計算響應(yīng)PSDS的步驟：1. 進入時間歷程后處理器Command: /POST26GUI: Main Menu > TimeHist PostPro2. 存儲頻率向量。NPTS是加在固有頻率兩邊以使得頻率向量變得"平滑"的頻 率點的數(shù)目 （缺省值是 5）。頻率向量保存為 1。Command: STORE,PSD,NPTSGUI: Main Menu > TimeHist PostPro > Store Data3. 定義保存感興趣結(jié)果（位移、應(yīng)力和反力等）的變量Comma nd: NSOL,ESO和 / 或 RFORCEGUI: Main Menu > TimeHist PostPro > Define