ansys谱分析

• • • • • ANSYS 能够进行四种谱分析:
培训手册
ANSYS80谱分析——段志东制作
单点响应谱**
– 单一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
动态设计分析法 (D.D.A.M)
– 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
– 例如，如果频谱范围从1 到 1000 Hz，凭经验模态要提取和扩展到1500 Hz
– 推荐采用Block Lanczos提取法 – 如果存在大量的约束方程，宜采用Lagrange乘子法（精确） – 如果依赖于材料的阻尼比，就必须在模态分析中定义
载荷和边界条件：对于基础激励，一定要约束适当的自由度 文件：.mode文件包含有特征向量，并且此文件要用于频谱求解
6-21
响应谱分析步骤
转换成谱分析类型
建模 获得模态解 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
培训手册
ANSYS80谱分析——段志东制作
谱分析
第六章 谱分析
A.谱分析的定义及目的 B.基本概念和术语的理解
培训手册
ANSYS80谱分析——段志东制作
C.如何进行响应谱分析
D. 谱分析的指导方针 E. 随机振动分析
6-2
谱分析
A.定义及目的
什么是谱分析？ • 它用于计算结构对多频信息瞬态激励的响应
培训手册
ANSYS80谱分析——段志东制作
培训手册
ANSYS80谱分析——段志东制作
获得模态解需要注意的：

模态的提取：
– 有效的方法只有Block Lanczos，子空间法或缩减法
– 强烈推荐使用Block Lanczos法 – 提取足够的模态以包含频谱的频率范围 – 扩展所有的模态，只有扩展的模态才能用于频谱的求解
– 材料相关的阻尼必须在此时定义：MP,DAMP
• • 因而响应谱是许多单自由度系统在给定激励下响应最大值的包络线。 输入谱分析的数据包括响应谱曲线和激励方向
培训手册
6-12
ANSYS80谱分析——段志东制作
谱分析-术语及概念
步骤
• • 在模态分析中计算自然频率和振型，然后进行谱分析 在进行谱分析时你将遇到三个新的术语:
– 参与系数
培训手册
ANSYS80谱分析——段志东制作
阻尼：后面讨论
6-22
响应谱分析步骤
转换成谱分析类型（接上页）
分析选项： • 频谱类型：单点
培训手册
ANSYS80谱分析——段志东制作
•
模态数：如果选项是0或空缺，所有的扩展模态都被用于求解
6-23
响应谱分析步骤
转换成谱分析类型（接上页）
阻尼
• 可用的阻尼形式有：
– ß（刚度）阻尼（BETAD, 阻尼比随频率变化）
培训手册
ANSYS80谱分析——段志东制作
用来描述理想化系统激励响应的曲线，此响应可以是加速度、速度、位 移和力 例如：考虑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f1，f2，f3及f4，而且f1<f2<f3<f4。
1
2
3
4
6-10
谱分析-术语及概念
频谱的定义（接上页）
• 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，结果将如右图所示
培训手册
ANSYS80谱分析——段志东制作
• 激励方向（总体直角坐标系） ：
– 对于地震频谱，定义为一个单位矢 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 – 对于作用力频谱，符号FX，FY， FZ已经表示方向
6-26
响应谱分析步骤
定义响应频谱（接上页）
频谱值对频率的表格： • 首先定义频率表格，允许达到20个点
{U}i max = Ai {}i
[注 ]
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
6-16
谱分析-术语及概念
模态组合（接上页）
•
培训手册
ANSYS80谱分析——段志东制作
得到每个模态在给定响应谱下的最大结合方式把全部最大模态响应相加，但是最大模态响应很可能 不是同时发生
培训手册
ANSYS80谱分析——段志东制作
•
然后定义相应的频谱值：
只有对于多条频谱曲线才能指定阻尼比 对于作用力频谱，频谱值可通过施加的力 的数值来改变比例（一般数值为１）
6-27
响应谱分析步骤
定义响应频谱（接上页）
模态组合法：
• • 确定单个模态响应如何组合 有五种方法可以采用： – CQC法 （完全平方组合法） – GRP法 （分组法） – DSUM法 （双和法） – SRSS （均方根法） – NRLSUM法 （美国海军实验室法） 具体选择哪种组合主要取决于公司或政府所采用的 标准
•
•
一些标准的组合方法已经公开发表，通常每个工业管理机构会推荐或强 制执行适合该工业领域的组合技术
6-17
谱分析-术语及概念
模态组合（接上页）
• ANSYS 中的六种不同组合方法: – 完全平方组合法(CQC) (Wilson, et al.,1981)
培训手册
ANSYS80谱分析——段志东制作
– 双和法(DSUM) – 分组法(GRP) – 均方根法(SRSS) U. S. Nuclear Regulatory Commission, Regulatory Guide 1.92, Revision 1 (February 1976).
– 模态系数
– 模态组合
•
我们将在讲述如何进行谱分析的同时给出上述三个术语的定义
6-13
谱分析-术语及概念
参与系数（接上页）
• 对于结构的每一个模态，计算在每一个激励方向上的参与系数 I
培训手册
ANSYS80谱分析——段志东制作
i {}T i [ M ]{D}
• •
参与系数是振型和激励方向的函数 参与系数衡量模态在激励方向上对变形的影响程度（进而影响应力）
培训手册
6-28
ANSYS80谱分析——段志东制作
响应谱分析步骤
定义响应谱（接上页）
模态组合法（接上页）： •
培训手册
ANSYS80谱分析——段志东制作
在模态组合中，规定的有效阀值SIGNIF能使模态组合时仅仅组合主要模态，有效 阀值是某个模态的模态系数对最大模态系数的比率。为了在组合时包括所有模态 ，要采用0值作为阀值。 输出类型控制计算不同的响应量，如位移、速度或加速度等
•
{r}i w Ai {}i
m i
m=0 , 1 , 2
6-29
响应谱分析步骤
求解及察看结果
建模 获得模态解
培训手册
ANSYS80谱分析——段志东制作
转换成谱分析类型
定义响应谱
求解及察看结果：
求解当前的载荷步 模态组合计算作为Post1命令写入.mcom文件中 实际上是一系列载荷工况组合命令，模态分析中每个频率对应 一个子步，即一个工况，模态组合实质上就是这些不同模态展 开结果的各种工况组合（根据不同的组合方法，如 SRSS,CQC等） 察看结果：后面讨论
6-6
谱分析 定义及目的（接上页）
• 在进行下述设计时要用到谱分析：
– 核电厂 (建筑物与装置)
培训手册
ANSYS80谱分析——段志东制作
– 航空电子设备 (飞行器 / 导弹)
– 航天飞机零件 – 飞行器部件 – 任何受到地震或其他不稳定载荷的结构或部件
– 建筑物框架及桥梁
6-7
谱分析 定义及目的（接上页）
培训手册
6-5
ANSYS80谱分析——段志东制作
谱分析 定义及目的（接上页）
• • • • 谱分析的一种代替方法是进行瞬态分析
确定性的动态信号
培训手册
ANSYS80谱分析——段志东制作
瞬态分析通常要花费更多的时间，特别是在要考虑许多零件和载荷条件 的情况下 瞬态分析的结果更加精确 谱分析能够快速的找到最大响应，但忽略了部分信息（相位）
•
• • •
这些激励可能来源于地震、飞行噪声/飞行过程、 导弹发射等
频谱是载荷历程在频率域上的表示法 谱分析是一种将模态分析和已知谱联系起来，然 后计算模型位移和应力的分析技术 谱分析代替时间历程分析，主要用于模型在确定 载荷或随机载荷作用下，获取结构的响应情况
6-3
谱分析 定义及目的（接上页）
培训手册
功率谱密度 (PSD)**
– 随机振动的一种概率分析方法
** 本节包含的内容
6-8
谱分析
B.术语及概念
主题包括： • 频谱的定义
培训手册
ANSYS80谱分析——段志东制作
•
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
6-9
谱分析-术语及概念
频谱的定义（接上页）
什么是响应谱？ • •
•
察看变形后的形状
•
应力和应变的图表显示
6-31
响应谱分析步骤
建模 获得模态解
培训手册
ANSYS80谱分析——段志东制作
转换成谱分析类型
定义响应频谱 求解及察看结果
6-32
D. 模态分析指导方针
• 模态分析
– 提取足够的模态以包含频谱的频率范围
培训手册
ANSYS80谱分析——段志东制作
培训手册
ANSYS80谱分析——段志东制作
u
f
• 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1及3将达到峰值响应