optistruct軟件學(xué)習(xí)及培訓(xùn)linear dynamic analysis

Optistruct線性動力學(xué)主講：×××2013年12月日程理論計算動力學(xué)系統(tǒng)線性與非線性模型靜力與動力模型結(jié)構(gòu)動力學(xué)阻尼特征值與特征向量仿真（模態(tài)）FRF–頻率響應(yīng)函數(shù)模態(tài)法直接法瞬態(tài)響應(yīng)模態(tài)法

直接法理論介紹動力學(xué)系統(tǒng)動力學(xué)系統(tǒng)在數(shù)學(xué)上可以理解為系統(tǒng)在空間的分布與時間相關(guān)，并且可以用一組微分方程來表征。

理論介紹在給定的載荷（與時間、位置有關(guān)）獲得結(jié)構(gòu)的響應(yīng)（時間上和空間上），也就是：獲得某個已加載的結(jié)構(gòu)的位移,速度加速度理論介紹動力系統(tǒng)經(jīng)典力學(xué)理論將動力學(xué)系統(tǒng)分為兩大類：線性動力學(xué)非線性動力學(xué)理論介紹靜力學(xué)與動力學(xué)模型：通過與靜力學(xué)模型的對比可以幫助我們更好的理解動力學(xué)模型。動力學(xué)系統(tǒng)與靜力系統(tǒng)不同的兩大基本特征在于：施加的載荷不再是恒定的，而是與時間相關(guān)的函數(shù)F(t)響應(yīng)也是與時間相關(guān)的X(t)理論介紹結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析單自由度彈簧質(zhì)量系統(tǒng)最簡單的單自由度系統(tǒng)（彈簧質(zhì)量系統(tǒng)）的運(yùn)動方程為：0靜力求解結(jié)果:理論介紹阻尼任何真實(shí)的結(jié)構(gòu)都會有能量的耗散（通常由摩擦引起），這可以在數(shù)學(xué)上通過引入阻尼力（與速度成正比，方向相反）來描述。因此，簡單的機(jī)械阻尼器，阻尼力與速度相關(guān)：

其中c為粘性阻尼系數(shù)，

單位為

mkc理論介紹阻尼無阻尼自然頻率阻尼比理論介紹阻尼對動力系統(tǒng)行為的影響

一個實(shí)解(臨界阻尼) 兩個互異實(shí)解(過阻尼)兩個共軛復(fù)數(shù)解.(欠阻尼)第二章：模態(tài)分析模態(tài)分析定義

頻率模態(tài)或自然頻率

模態(tài)形狀或特征向量

圓自然頻率

特征方程的解答產(chǎn)生有n個特征值λ,其中n表示自由度個數(shù)。

向量

表示與特征值λ對應(yīng)的特征向量.K表示結(jié)構(gòu)剛度矩陣

M

表示質(zhì)量矩陣

模態(tài)分析自然頻率（特征值）其中:

第i階自然頻率

第i階圓頻率模態(tài)分析模態(tài)形狀（特征向量）模態(tài)分析為什么模態(tài)分析如此重要？

對結(jié)構(gòu)的仿真實(shí)施模態(tài)分析可以幫助工程師更好的理解系統(tǒng)的整體動力行為，做模態(tài)分析可以幫助我們：確定系統(tǒng)的自然振動頻率和模態(tài)形狀確定系統(tǒng)是否有發(fā)生剛體模態(tài)，明確各個組件之間的連接關(guān)系是否正確.明白施加給系統(tǒng)的約束是否正確如果查看振動的應(yīng)變能密度，工程師可以確定系統(tǒng)哪個部分需要進(jìn)行修改以提高性能。幫助我們預(yù)測系統(tǒng)將產(chǎn)生的系統(tǒng)響應(yīng)，并為其他的動力響應(yīng)仿真提供參考。模態(tài)分析使用有限元進(jìn)行模態(tài)分析499Hz形態(tài)模態(tài)分析如何設(shè)置模態(tài)分析？建立有限元模態(tài)（結(jié)點(diǎn)，單元）施加模型約束(LoadCollectorSPC=1)建立模態(tài)分析EIGRL卡片(LoadCollectorEIGRL=2)建立模態(tài)分析載荷步LoadstepSUBCASE1SPC=1METHOD(STRUCTURE)=2模態(tài)分析練習(xí)2.1–懸臂梁模型練習(xí)2.2–壓縮機(jī)支架模態(tài)分析hbL模態(tài)分析練習(xí)2.1–懸臂梁模型幾何:(L=1000,h=10,b=10mm)一個載荷工況:正則模態(tài)求解前3階模態(tài)材料：鋼材:

=7.8e-9 T/mm3 [RHO] 密度E=210000 MPa [E] 楊氏模量n=0.3 - [nu] 泊松比hbL模態(tài)分析hbL模態(tài)分析練習(xí)2.2–壓縮機(jī)支架模態(tài)分析確定壓縮機(jī)幾何模型是否達(dá)到動力標(biāo)準(zhǔn)：自然頻率>350Hz.壓縮機(jī):(質(zhì)量=3kg坐標(biāo)為=(-5.2,-14.5,65.2)材料：鋼材:

=7.8e-9 T/mm3 [RHO] 密度E=210000 MPa [E] 楊氏模量n=0.3 - [nu] 泊松比模態(tài)分析

足夠好？

結(jié)果收斂?

權(quán)衡（時間與精確度）

模態(tài)分析：應(yīng)變能與模態(tài)收斂.第3章：頻率響應(yīng)（FRF）頻率響應(yīng)什么是頻率響應(yīng)函數(shù)？

頻率響應(yīng)分析用來計算結(jié)構(gòu)受到簡諧激勵下的響應(yīng)。在Optistruct中有直接頻率和模態(tài)頻率兩種求解方法：

直接法基于激勵頻率求解耦合的運(yùn)動方程。

模態(tài)解法使用結(jié)構(gòu)模態(tài)形狀來解耦運(yùn)動方程，而特定激勵頻率下的響應(yīng)可以通過單個模態(tài)響應(yīng)或模態(tài)的疊加求得。頻率響應(yīng)直接頻率響應(yīng)分析整體質(zhì)量矩陣整體剛度矩陣整體阻尼矩陣簡諧激勵頻率響應(yīng)分析粘性阻尼矩陣由阻尼單元得到(cvisc,cdamp)和

B2GG

與剛度矩陣相關(guān)的整體阻尼使用用卡片PARAM,G.

單元結(jié)構(gòu)阻尼可以在材料中使用阻尼系數(shù)GE定義，也可以在bushing

和spring

單元屬性定義中的GE定義.直接頻率響應(yīng)分析頻率響應(yīng)分析在Optistruct中如何設(shè)置直接頻率響應(yīng)分析定義SPCloadcollector并施加約束.定義

Unitload:DAREA

載荷卡片(力)SPCD

位移，速度，加速度激勵卡片定義dynamicload

與.Frequency

表F(f):TABLED1,TABLED2,TABLED3,TABLED4

定義求解過程要使用的頻率序列或頻率段:FREQ,FREQ1,FREQ2

定義簡諧激勵RLOAD1,RLOAD2定義FRF載荷步

定義頻率分析輸出響應(yīng)DISPLACEMENT,VELOCITY,ACCELERATION,STRESS

頻率響應(yīng)分析模態(tài)法頻率響應(yīng)分析特征向量

模態(tài)響應(yīng)

模態(tài)質(zhì)量和剛度矩陣與質(zhì)量矩陣正交化后是對角矩陣。

因此，系統(tǒng)方程得到解耦，位移u的分量可以輕易的求解.

如果加入了阻尼項(xiàng)，系統(tǒng)方程又重新變成了耦合的方程。模態(tài)質(zhì)量矩陣模態(tài)剛度矩陣頻率響應(yīng)分析模態(tài)法頻率響應(yīng)分析如果方程能保持解耦狀態(tài)，那么求解將非常的迅速.

這可以通過將阻尼單獨(dú)施加到每階模態(tài)而實(shí)現(xiàn)。.可以通過設(shè)置卡片阻尼表實(shí)現(xiàn)TABDMP1，列出了每階自然頻率fi下阻尼值的gi。頻率響應(yīng)分析FRF分析:在HM中設(shè)置SPCDLOADFREQMETHODERLOAD1RLOAD2DTABLEDAREAorSPCDDTABLEDAREAorSPCDOnlywhenyouusemodalmethodOR在

HM中設(shè)置的Loadcollectors在casecontrols中的KeywordsNoCardImageFREQiEIGRLFRF分析工況定義:SPC（單點(diǎn)約束）:指向loadcollectorID(無卡片)，其包含了邊界條件.DLOAD:指向loadcollectorID(含卡片RLOAD1或RLOAD2).這些卡片定義了激勵載荷.DAREA或SPCD:約束(在約束面板下定義卡片類型=DAERAorSPCD)DAREA用于外力激勵

SPCD用于位移，速度或加速度激勵.這些約束必須放在一個loadcollector中，且都不需要卡片。他們被其他loadcollector如RLOAD1或者RLOAD2引用。TABLED:一個Loadcollector，卡片名稱為TABLED，定義了曲線的形狀和激勵頻率的變化范圍。它將被其他loadcollector如RLOAD1或RLOAD2引用。FREQ:一個Loadcollector，卡片名稱為FREQi(i可以是0到5)定義了計算激勵下的響應(yīng)頻率序列。METHOD:指向loadcollector，卡片名稱為EIGRL，其定義了求解的特征因子。如何定義一個模態(tài)法頻響分析？定義

SPCloadcollector并施加約束.定義單位載荷:DAREA

外力載荷SPCD

位移，速度或加速度載荷.定義EIGRLLoadCollector用來求解結(jié)構(gòu)的模態(tài).定義動態(tài)載荷dynamicload與Frequency表F(f):TABLED1,TABLED2,TABLED3,TABLED4

定義求解過程使用計算的頻率序列:FREQ,FREQ1,FREQ2

和FREQ3,FREQ4,FREQ5定義簡諧荷載RLOAD1,RLOAD2定義FRF的工況步定義響應(yīng)輸出類型位移，速度，加速度，應(yīng)力等頻率響應(yīng)分析練習(xí)3.1:彈簧質(zhì)量頻響分析（直接法與模態(tài)法求解)練習(xí)3.2:懸臂梁和彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的頻響分析.M=1KgK=42N/mhbLF=Sin(t)K=39.4810-3N/mmM=10-3T頻響分析練習(xí)3.1::彈簧質(zhì)量頻響分析（直接法與模態(tài)法求解)

M=1KgK=42N/m頻響分析練習(xí)3.2:懸臂梁和彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的頻響分析.hbLF=Sin(t)K=39.4810-3N/mmM=10-3TFreq(Hz)Engine(N)Freq(Hz)Engine(N)Freq(Hz)Engine(N)Freq(Hz)Engine(N)0.001.20.0450.04700.20.80.0420.0260.048001.00.0430.0270.051000頻響分析練習(xí)3.2:懸臂梁和彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的頻響分析.hbLF=Sin(t)K=39.4810-3N/mmM=10-3TSpringK(N/m)Cost11.02220.3540.7339.4879450.5101575150頻響分析第4章：瞬態(tài)響應(yīng)瞬態(tài)響應(yīng)什么是瞬態(tài)響應(yīng)？f(t) :與時間相關(guān)的載荷M :整體質(zhì)量矩陣B :整體阻尼矩陣K :整體剛度矩陣. :與時間相關(guān)的位移，速度，加速度 :初始條件瞬態(tài)響應(yīng)使用Optistruct做瞬態(tài)響應(yīng)分析瞬態(tài)響應(yīng)直接法瞬態(tài)響應(yīng)

0Algorithm:m=1;k=20;h=1;g=10;X[0]=0;X1[0]=sqrt[2*g*h];X2[0]=g;D=1;A=1;dt=0.01;a0=1/(A*dt2);a1=D/(A*dt);a2=1/(A*dt);a3=1/(2*A)–1;a4=D/A–1;a5=dt/2(D/A-2);a6=dt(1-D);a7=D*dt;K1=k+a0*m+a1*0; TriangularizeK1;n=0;R[0]=m*g;Forn<=100doBegin R1[n+1]=R[n]+m*(a0*X[n]+a2*X1[n]+a3*X2[n])

X[n+1]=R1[n+1]/K1; X2[n+1]=a0*(X[n+1]-X[n])-a2*X1[n]-a3*X2[n]; X1[n+1]=X1[n]+a6*X2[n]+a7*X2[n+1]; n=n+1;End瞬態(tài)響應(yīng)如何做直接法瞬態(tài)響應(yīng)

定義約束

SPCloadcollector并施加約束.定義外力或強(qiáng)制運(yùn)動Force/ImposedMovement:DAREA

卡片用于外力SPCD

用于位移，速度，加速度.定義動態(tài)載荷和時間表dynamicload和TimetableF(t):TABLED1,TABLED2,TABLED3,TABLED4

定義求解使用的時間步序列:TSTEP定義與時間相關(guān)的載荷

TLOAD1,TLOAD2定義瞬態(tài)分析工況

TRANSIENTloadstep

定義瞬態(tài)分析輸出響應(yīng)類型

位移，速度，加速度，應(yīng)力DISPLACEMENT,VELOCITY,ACCELERATION,STRESS

瞬態(tài)響應(yīng)練習(xí)4.1–彈簧與質(zhì)量瞬態(tài)分析幾何:(K=39.479,M=1)8瞬態(tài)工況(1N):(0.1,0.2,0.8,1.0,1.2,1.8,1.9,10)Hz無材料.M=1KgK=42N/m瞬態(tài)響應(yīng)練習(xí)4.1–彈簧與質(zhì)量瞬態(tài)分析M=1KgK=42N/m瞬態(tài)響應(yīng)模態(tài)法瞬態(tài)響應(yīng)分析特征向量模態(tài)響應(yīng)

模態(tài)質(zhì)量和剛度矩陣如果和質(zhì)量矩陣正交，則它們均為對角矩陣。

如此，系統(tǒng)方