Sec14_冲击响应谱分析解析

础结构)质量而言非常小，所以两者之间没有动力学耦合现象。 (因而小结构应用频谱来计算响应的过程可以从总体结构的瞬态分 析中解耦出来单独进行计算)。 线。
● 使用模型中选定自由度的瞬态响应作为输入时间历程,生成频谱曲
● 任何一个瞬态求解序列都可以生成频谱
● SOL 109直接瞬态分析 ● SOL 112模态瞬态分析
max
.max .. max
S14-6
4Hz脉冲的单自由度响应
Zeta=.05, 4Hz单循环激励，不同单自由度系统的瞬态响应
(注意: Y轴应实际大小而变化；黑线为强迫加速度激励曲线)
1 Hz Model 2 Hz Model 4 Hz Model
.5 Hz Model
10 Hz Model
20 Hz Model
S14-18
案例分析：Step 1-创建频谱
● 在Patran中创建模型
● 几何，面和线 ● 划分面和线的网格 ● Equivalence重合节点 ● 创建时间历程载荷工况 ● 创建时间场 ● 约束一条短边 ● 创建材料属性 ● 创建单元属性 ● 输出MD Nastran输入文件，如jobname.bdf ● 编辑MD Nastran输入文件，参加下页
● 更多信息参见MSC Nastran Advanced Dynamics User’s Guide.
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S14-10
从大结构的瞬态分析中创建频谱(续)
● 确定结构(可以包括小结构)的瞬态响应
● FREQ $指定阻尼，比如临界阻尼率-将由DTI,SPSEL卡片引用
● FREQ1 $指定频率-将由DTI,SPSEL卡片引用
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S14-13
从大结构的瞬态分析中创建频谱(续)
● 对于不同的阻尼值，重复响应谱分析产生一簇曲线。
因而提供模态响应的最大值是必须的。
Curve 1 2 3
Damping (*) 0% 3% 5%
*振荡器阻尼；临界阻尼
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装位置计算频谱，然后用这些频谱来进行响应谱分析以帮助设备设计。
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S14-9
从大结构的瞬态分析中创建频谱(续)
● 这里存在一个暗含的假设，即振荡器系统的质量相对于大结构(基
S14-16
案例分析：Step 1-创建频谱
● 阻尼
● 结构阻尼
● 阻尼系数g为0.06 ● 如不用结构阻尼，则必须在250Hz施加等效粘滞阻尼
● SOL 109, 直接瞬态响应
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S14-14
案例分析：Step 1-创建频谱
● 带附属梁的矩形板
● 5” x 2”铝板，固支一条边
● 另一边有一附属梁 ● 在固支边施加Z方向的瞬态强迫运动
● 必须同时包含位移和速度输出
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从大结构的瞬态分析中创建频谱(续)
● 模型数据段
● PARAM, RSPECTRA, 0 $要求计算频谱 ● DTI, SPSEL $确定频率和阻尼表，以及哪些节点输出
● 响应谱用于提供结构每阶模态的最大响应。 ● 结构的响应通过最大模态响应的组合得到。组合方法有
许多种。因而，响应谱分析求得的是近似值。
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S14-4
响应谱方法(续)
S14-2
响应谱方法
● 响应谱描述的是单自由度系统的峰值响应的近似方法，
是基础激励和固有频率的函数。
uB(t) t
u3(t) u3max
=>
t
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S14-3
响应谱方法(续)
● 运行分析
● 查看分析结果
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S14-19
案例分析：Step 1-创建频谱
● 编辑MD Nastran输入文件
● 文件名为casestudy14_create_response_spectra.bdf
● 附属梁属性
● 0.05 in x 0.05 in方形截面铝梁 ● 长0.5 in ● 杨氏模量10.0 x 106 psi
● 泊松比0.3
● 密度0.102 lbf/in3 = 2.640 x 10-4 lbf*sec2/in4 ● 通过RBE2将梁和自由边上的节点11，22连接
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第14章 冲击响应谱分析
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S14-1
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● 模型数据段(续)
● 例子
PARAM,RSPECTRA,0
与 XYPLOT/ XYPUNCH 卡片的编号 对应
$ $ Use DTI to specify the damping fraction and spectra frequency (SDOF oscillator damping and natural frequency) table. $ Also, use this entry to specify the GRID's for which spectra will be calculated. $ RECNO DAMP FREQ G1 G2 G3 G4
40 Hz Model
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S14-7
4Hz脉冲的单自由度响应(续)
0.35 1.15 2.70
1.57
1.05
1.05
Zeta= 0%
Zeta= 2%
Zeta= 5%
● 例子
DISPLACEMENT(plot,SORT2,REAL)=ALL VELOCITY(plot,SORT2,REAL)=ALL OUTPUT (XYPLOT) XYPLOT ACCE SPECTRAL 1/57 (T3RM) XYPUNCH ACCE SPECTRAL 1/57 (T3RM)
DTI
DTI $
SPSEL 0
SPSEL 1 1 2 57 ENDREC
$ This entry (FREQ) is used to define the damping fraction. For this example, the spectra ordinate values $ will be created for damping fractions of 0%, 2% and 4% of critical. $ FREQ, 1, 0.0, 0.02, 0.04 $ $ This entry (FREQ1) is used to specify the spectra frequency values. For this example, the first frequency is 50.0 Hz, the $ frequency increment is 25.0 Hz, and the number of frequencies is 400. This will generate a spectra out to 10000 Hz. FREQ1, 2, 50.0, 25.0, 400
最大响应和相对响应
● 从ui(t)计算每个振荡器的最大位移响应uimax 。同样的，计
算每个振荡器和其基础(振动结构上的一个点)之间的最大 相对位移urimax. 近似关系。
● 最大相对速度和绝对加速度，与最大相对位移之间有如下
● 设计谱通常用这些变量表示ur , ur , ua.
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● 通过确定大结构和与其连接的结构的响应来创建频谱，如发动机和
泵
● 频谱创建后，应用于一系列单自由度振荡器系统，作用在小结构和
大结构的连接位置。每个单自由度振荡器的峰值响应由它的瞬态响 应ui(t)计算得到。振荡器的基础运动uB(t)来源于大结构(如建筑物， 地球)的载荷或基础激励。
● 例子：由地震引起的电厂的运动。在机械设备(如机器、管道系统)的安
Acceleration (in/sec**2)
2.00
4.00
20.0
40.0
Frequency (Hz)
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从大结构的瞬态分析中创建频谱
● 响应谱分析分两个步骤 Step 1：创建频谱，即用瞬态分析创建频谱 Step 2：应用频谱，即用第一步创建的频谱来评估结构响应
RBE2
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S14-15
案例分析：Step 1-创建频谱
● 矩形板属性
● 5 in x 2 in 铝板
● 厚0.1 in
● 杨氏模量10.0 x 106 psi ● 泊松比0.3 ● 密度0.102 lbf/in3 = 2.640 x 10-4 lbf*sec2/in4
S14-17
案例分析：Step 1-创建频谱
● 在固支端Z方向上加载加速度强迫运动，频率为250Hz
..
● 即在节点 1, 12, 23, 34, 45上
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$ Linear Transient Respowk.baidu.comse Analysis, Direct Formulation, Database SOL 109 $ Direct Text Input for Executive Control CEND TITLE = MSC.Nastran job created on 27-Aug-08 at 08:51:14 ECHO = NONE
● 工况控制段
● OUTPUT(XYPLOT)
● XYPLOT DISP SPECTRAL (计算位移谱) ● XYPUNCH DISP SPECTRAL (生成包含谱数据的文件) ● 例如 ● XYPUNCH ACCELERATION SPECTRAL 1/1 (T1RM)
该命令使用节点1在X(T1)方向的运动，在DTI,SPSEL卡的记录号1处， 创建一个包含绝对(RM)加速度谱数据的.pch文件。 如果是T1IP则代表X 方向的相对(IP)响应谱。
● 结构激励可以是力，也可以是强迫运动 ● 求解序列SOL 109, SOL 112
● 执行控制段
● SOL 109 ● 例如：
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S14-11
从大结构的瞬态分析中创建频谱(续)