如何進(jìn)行ANSYS譜分析

1、如何進(jìn)行ANSYS譜分析譜是譜值和頻率的關(guān)系曲線(xiàn)，反映了時(shí)間-歷程載荷的強(qiáng)度和頻率之間的關(guān)系。響應(yīng)譜代表系統(tǒng)對(duì)一個(gè)時(shí)間-歷程載荷函數(shù)的響應(yīng)，是一個(gè)響應(yīng)和頻率的關(guān)系曲線(xiàn)。譜分析是一種將模態(tài)分析結(jié)果和已知譜聯(lián)系起來(lái)的計(jì)算結(jié)構(gòu)響應(yīng)的分析方法，主要用于確定結(jié)構(gòu)對(duì)隨機(jī)載荷或隨時(shí)間變化載荷的動(dòng)力響應(yīng)。譜分析可分為時(shí)間-歷程分析和頻域的譜分析。時(shí)間-歷程譜分析主要應(yīng)用瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析。譜分析可以代替費(fèi)時(shí)的時(shí)間-歷程分析，主要用于確定結(jié)構(gòu)對(duì)隨機(jī)載荷或時(shí)間變化載荷(地震、風(fēng)載、海洋波浪、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)推力、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)等)的動(dòng)力響應(yīng)情況。譜分析的主要應(yīng)用包括核電站(建筑和部件)，機(jī)載電子設(shè)備(飛機(jī)/導(dǎo)彈)，宇宙飛船

2、部件、飛機(jī)構(gòu)件，任何承受地震或其他不規(guī)則載荷的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，建筑框架和橋梁等。功率譜密度(PowerSpectrumDensity):是結(jié)構(gòu)在隨機(jī)動(dòng)態(tài)載荷激勵(lì)下響應(yīng)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，是一條功率譜密度值-頻率值的關(guān)系曲線(xiàn)，其中PSD可以是位移PSD、速度PSD、加速度PSD、力PSD等形式。數(shù)學(xué)上，PSD-頻率關(guān)系曲線(xiàn)下面的面積就是方差，即響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)偏差的平方值。ANSYS譜分析分為3種類(lèi)型：* 響應(yīng)譜分析(SPRSORMPRS)ANSYS響應(yīng)譜分為單點(diǎn)響應(yīng)譜和多點(diǎn)響應(yīng)譜，前者指在模型的一個(gè)點(diǎn)集(不局限于一個(gè)點(diǎn))定義一條響應(yīng)譜；后者指在模型的多個(gè)點(diǎn)集定義多條響應(yīng)譜。* 動(dòng)力設(shè)計(jì)分析(DDAM)動(dòng)力分析設(shè)計(jì)

3、是一種用于分析船舶裝備抗震性的技術(shù)* 隨機(jī)振動(dòng)分析(PSD)隨機(jī)振動(dòng)分析主要用于確定結(jié)構(gòu)在具有隨機(jī)性質(zhì)的載荷作用下的響應(yīng)。與響應(yīng)譜分析類(lèi)似，隨機(jī)振動(dòng)分析也可以是單點(diǎn)的或多點(diǎn)的。在單點(diǎn)隨機(jī)振動(dòng)分析時(shí)，要求在結(jié)構(gòu)的一個(gè)點(diǎn)集上指定一個(gè)PSD;在多點(diǎn)隨機(jī)振動(dòng)分析時(shí)，則要求在模型的不同點(diǎn)集上指定不同的PSD。一單點(diǎn)響應(yīng)譜分析基本步驟(1)建立模型(2)求得模態(tài)解(3)求得譜解(4)擴(kuò)展模態(tài)(5)合并模態(tài)(6)觀(guān)察結(jié)果1 .模型的建立*只允許線(xiàn)性行為，任何非線(xiàn)性特性均作為線(xiàn)性處理，即非線(xiàn)性行為無(wú)效；*一定要定義彈性模量EX和密度DENS2 .計(jì)算模態(tài)解結(jié)構(gòu)的固有頻率和模態(tài)振型是譜分析所必須的數(shù)據(jù)，在進(jìn)行譜

4、分析求解前需要先計(jì)算模態(tài)解。* 只能用subspace,Reduced法和blacklanczos法；* 所提取的模態(tài)數(shù)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)；* 如果采用GUI菜單操作，在模態(tài)設(shè)置對(duì)話(huà)框打開(kāi)了Expandmodeshapes選項(xiàng)，將在模態(tài)分析中進(jìn)行擴(kuò)展操作，否則擴(kuò)展操作將在譜分析求解之后進(jìn)行(即模態(tài)擴(kuò)展可在模態(tài)求解過(guò)程中實(shí)施，也可在譜分析以后單獨(dú)擴(kuò)展)；* 有材料相關(guān)的阻尼必須在模態(tài)分析中定義；* 對(duì)于地震譜必須在施加激勵(lì)譜的位置添加自由度約束；* 對(duì)于力/壓力譜，必須在模態(tài)分析時(shí)加載；* 求解結(jié)束退出solution處理器。3 .譜分析求解(1)設(shè)置譜分析選項(xiàng)* 指

5、定分析類(lèi)型為single-ptresp(單點(diǎn)響應(yīng)譜)；* no.ofmodelsforsolu(模態(tài)擴(kuò)展數(shù))；* Calculateelemstresses(如果需要計(jì)算單元應(yīng)力，打開(kāi)該選項(xiàng))(2)設(shè)置激勵(lì)譜選項(xiàng)*Typeofresponsespectrum響應(yīng)譜的類(lèi)型：Seismicdisplac位移(Units:length),Seismicvelocity速度(length/time),Seismicaccel力口速度(length/timeA2),Forcespectrum力(forceamplitudemultipliers),PSD(accelerationA2/(cycles/t

6、ime)等；除了力譜之外，其余的都可以表示地震譜，即它們都假定作用于基礎(chǔ)上，即有約束的節(jié)點(diǎn)上。力譜作用于沒(méi)有約束的節(jié)點(diǎn)，可以用F或FK命令施加，方向分別用FX,FY和FZ表示。PSD施加在非基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)上。(PSD翻譯成(in/sec2)2/Hz,是加速度PSD,ANSYS不推薦在SPRS中使用PSD分析)，(命令：sytyp)。*Excitationdirection設(shè)置激勵(lì)譜方向，通過(guò)3個(gè)坐標(biāo)分量確定(命令：sed,x,y,z)(3)定義激勵(lì)譜的譜值-譜線(xiàn)關(guān)系曲線(xiàn)(freq和sv);(4)設(shè)置阻尼；(5)開(kāi)始求解。4 .擴(kuò)展模態(tài)* 只選擇有明顯意義的模態(tài)進(jìn)行擴(kuò)展；* 擴(kuò)展后才能合并；* 選擇應(yīng)

7、力計(jì)算;5 .合并模態(tài)合并模態(tài)前要重新進(jìn)入ANSYS求解器（1）指定分析選項(xiàng)為Spectrum（2）選擇模態(tài)合并方法*ModeCombinationMethodCQC法：GRP法：DSUM法：SRSS法：NRLSUM法：*Typeofoutput指定輸出結(jié)果類(lèi)型：位移disp（位移，應(yīng)力，載荷等），速度velo（速度、應(yīng)力速度、載荷速度等）和加速度acel（加速度、應(yīng)力加速度、載荷加速度等）*合并求解Solve-CurrentLS6.觀(guān)察結(jié)果單點(diǎn)響應(yīng)譜分析的結(jié)果是以POST1命令的形式寫(xiě)入*II態(tài)合并文件Jobname.MCOM中的，這些命令依據(jù)模態(tài)合并方法指定的某種方式合并最大模態(tài)響應(yīng)，最終

8、計(jì)算出結(jié)構(gòu)的總響應(yīng)?？傢憫?yīng)包括宗的位移（或總速度、總加速度）以及在模態(tài)擴(kuò)展過(guò)程中得到的結(jié)果一總應(yīng)力（或總反應(yīng)力速度、總反應(yīng)加速度）、總應(yīng)變（或總應(yīng)變速度、或總應(yīng)變加速度）、總的反作用力（或總的反作用力速度、總反作用力加速度）。*進(jìn)入通用后處理器POST1*讀入jobname.MCOM文件；*顯不結(jié)果注意：使用PLNSOL命令將衍生數(shù)據(jù)如應(yīng)力、應(yīng)變進(jìn)行節(jié)點(diǎn)平均化處理，導(dǎo)致不同材料、不同殼厚度或其它不連續(xù)性單元共有的節(jié)點(diǎn)平均意義十分模糊。為避免這種問(wèn)題，在執(zhí)行PLNSOL命令前，先使用SELECTING選擇工具將具有同材料、相同殼體厚度等單元選擇出來(lái)，再分別執(zhí)行PLNSOL命令進(jìn)行節(jié)點(diǎn)平均化處理。

9、二隨機(jī)振動(dòng)分析功率譜密度（PSD）是針對(duì)隨機(jī)變量在均方意義上的統(tǒng)計(jì)方法，用于隨機(jī)振動(dòng)分析。此時(shí)，響應(yīng)的瞬態(tài)數(shù)值只能用于概率函數(shù)來(lái)表示，其數(shù)值的概率對(duì)應(yīng)一個(gè)精確值?；静襟E（1）建立模型（2）計(jì)算模態(tài)解（3）譜分析求解(4)擴(kuò)展模態(tài)(5)合并模態(tài)(6)觀(guān)察結(jié)果其中(1)、(2)、(4)與單點(diǎn)響應(yīng)譜分析相同1 .模型的建立*只允許線(xiàn)性行為，任何非線(xiàn)性特性均作為線(xiàn)性處理，即非線(xiàn)性行為無(wú)效，例如，如果分析中包括接觸單元，它們的剛度將依據(jù)原始狀態(tài)來(lái)計(jì)算并且之后就不再改變；*一定要定義彈性模量EX和密度DENS2 .計(jì)算模態(tài)解結(jié)構(gòu)的固有頻率和模態(tài)振型是譜分析所必須的數(shù)據(jù)，在進(jìn)行譜分析求解前需要先計(jì)算模態(tài)解

10、。* 只能用subspace,Reduced法和blacklanczos法；* 所提取的模態(tài)數(shù)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)；* 如果采用GUI菜單操作，在模態(tài)設(shè)置對(duì)話(huà)框打開(kāi)了Expandmodeshapes選項(xiàng)，將在模態(tài)分析中進(jìn)行擴(kuò)展操作，否則擴(kuò)展操作將在譜分析求解之后進(jìn)行(即模態(tài)擴(kuò)展可在模態(tài)求解過(guò)程中實(shí)施，也可在譜分析以后單獨(dú)擴(kuò)展)；* 有材料相關(guān)的阻尼必須在模態(tài)分析中定義；* 對(duì)于地震譜必須在施加激勵(lì)譜的位置添加自由度約束；* 對(duì)于力/壓力譜，必須在模態(tài)分析時(shí)加載；* 求解結(jié)束退出solution處理器。3 .譜分析求解進(jìn)入ANSYS求解器，設(shè)置分析類(lèi)型為Spectrum

11、(1)設(shè)置譜分析選項(xiàng)* 指定分析類(lèi)型為P.S.D功率譜密度分析；* no.ofmodelsforsolu(模態(tài)擴(kuò)展數(shù))；* Calculateelemstresses(如果需要計(jì)算單元應(yīng)力，打開(kāi)該選項(xiàng))(2)設(shè)置激勵(lì)譜選項(xiàng)* Typeofresponsespectrum響應(yīng)譜的類(lèi)型：力口速度Acceleration(AccelerationA2/Hz),Accal(gA2/Hz),速度Velocity(velocityA2/Hz),位移Displacement(displacementA2/Hz),力Forcespectrum(forceA2/Hz)和壓力PressureSpectrum(pr

12、essureA2/Hz)功率譜密度等；Forcespectrum和PressureSpectrum只能作為節(jié)點(diǎn)激勵(lì)，且必須在模態(tài)分析時(shí)就加載。(命令PSDUNIT,TBLNO,TYPE,GVALUEValueofaccelerationducetogravityarbitrayunitsforACCGPSDtable.Defaultis386.4in/sA2。(3)定義激勵(lì)譜的譜值-譜線(xiàn)關(guān)系曲線(xiàn)(freq和sv);(4)施加功率譜密度激勵(lì)MainMenu-Solusion-DefineLoads-Apply-Spectrum-BasePSDExcit/NodePSDExcit這個(gè)施加步驟很關(guān)鍵

13、：基礎(chǔ)激勵(lì)就默認(rèn)加載在定義的約束點(diǎn)上；節(jié)點(diǎn)激勵(lì)就默認(rèn)模態(tài)分析時(shí)所加的力或壓力作用的節(jié)點(diǎn)(5)計(jì)算PSD參與因子*Tableno.ofPSDtable指定所要計(jì)算的PSD譜編號(hào)*BaseorNodeExcitation設(shè)置PSD激勵(lì)譜的類(lèi)型是基礎(chǔ)激勵(lì)還是節(jié)點(diǎn)激勵(lì)命令(PFACT,TBLNO,Excit,Parcor)(6)設(shè)置輸出控制位移解LoadStep3速度解LoadStep4加速度解LoadStep5(7)開(kāi)始求解。4 .擴(kuò)展模態(tài)* 只選擇有明顯意義的模態(tài)進(jìn)行擴(kuò)展；* 擴(kuò)展后才能合并；* 選擇應(yīng)力計(jì)算；5 .合并模態(tài)合并模態(tài)前要重新進(jìn)入ANSYS求解器隨機(jī)振動(dòng)分析的合并模態(tài)操作與單點(diǎn)響應(yīng)譜分析不同之處在于隨機(jī)振動(dòng)分析的合并方法只有PSD一種，在分析對(duì)話(huà)框中需要指定需要合并的模態(tài)