ansys谱分析

6-30
响应谱分析步骤
求解及察看结果（接上页）
察看结果： • 进入Post1（通用后处理器）
培训手册
Fra Baidu bibliotekANSYS80谱分析——段志东制作
•
进行模态组合：
– 在求解阶段，执行这条操作的命令已写入.mcom文件中 – 采用Utility Menu > File > Read Input from...读取jobname.mcom文件
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
u
f
• 如果施加包括几种频率的一种综合激振并且仅 记录下峰值响应，就将得到右图所示的曲线， 这种曲线称为频谱，并特称为响应谱
u
f
6-11
谱分析-术语及概念
频谱的定义（接上页）
– 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
ANSYS80谱分析——段志东制作
El Centro 地震 ( 1940 ) 加速度与时间 加速度频谱(G vs. Hz)
Fourier 变换
El Centro地震中的某结构既能用瞬态分析也能用谱分析
6-4
谱分析 定义及目的（接上页）
• • • 在模态分析之后进行谱分析 计算结构在给定的每个自然频率频谱下的最大响应，这一最大响应是 响应系数与振型的乘积 这些最大响应组合在一起就给出了结构的总体响应
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）
6-14
谱分析-术语及概念
参与系数（接上页）
• • • 例如，下图所示悬臂梁
培训手册
ANSYS80谱分析——段志东制作
如果在Y方向施加一个激励，模态1的PF最高，模态2的PF低，模态3的 PF为零 如果激励在X方向，模态1和模态2的PF为零，模态3的PF值反而高
Y
mode 2 2 mode 3 mode 1
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）
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）
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？ • •
培训手册
ANSYS80谱分析——段志东制作
–
– –
恒定阻尼比 （DMPRAT）
随材料变化的恒定阻尼比 （在模态分析步中 定义MP,DAMP[注]） 依赖于频率的阻尼比（模态阻尼，MDAMP）
•
在CQC模态组合中，必须采用某些阻尼形式
［注］在这种情况下，材料属性DAMP指的是阻尼比，而不是ß阻尼
6-24
{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响应后，将这些最大响应通过某种 方式组合得到系统总响应。 最简单的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
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
响应谱分析步骤
频谱响应的定义
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：

设置：频谱类型及激励方向 频谱值对频率的表格
模态组合的方法
6-25
响应谱分析步骤
定义响应频谱（接上页）
设置：
• 频谱的类型：
– 地震(Seismic)或作用力(Force) – 地震频谱- 自动地施加于基础上 – 作用力频谱-人工作为力施加于适 当的节点上（F或FK命令）
•
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
• 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
• • • • • 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
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
• • 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
X
6-15
谱分析-术语及概念
模态系数（接上页）
•
培训手册
ANSYS80谱分析——段志东制作
模态系数是与振型相乘的比例因子，从两者的乘积我们能够得到激振在 该模态产生的最大响应
•
每个模态的模态系数 Ai = Si i
i 是模态i的参与系数
[注]
Si 是在频率wi 下的响应频谱值
•
最大的模态响应计算如下
– 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）
•
{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
培训手册
ANSYS80谱分析——段志东制作
•
为了解多点响应谱及DDAM，请参考 ANSYS 结构分析指南
6-19
C.分析步骤
五个主要步骤如下： • 建模
培训手册
ANSYS80谱分析——段志东制作
•
• • •
获得模态解
转换成谱分析类型 定义响应谱 求解和察看结果
6-20
响应谱分析步骤
获得模态解（接上页）
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
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
– 美国海军实验室法 (NRL-SUM) – 功率谱密度法
(O'Hara and Belsheim 1963)
Ra ( Ri )2 i 1
N
1/ 2
6-18
谱分析
术语及概念（接上页）
• • 下面将讨论单点响应谱分析的步骤. 在下面的讨论中，所用到的术语“谱响应”指的是单点响应谱
•
•
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).
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
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
•
• • •
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