第16章 单点响应谱分析实例

第16章 单点响应谱分析实例

第15章讲解了ANSYS6.1提供的谱分析功能中的功率谱密度(Power Spectral Density —PSD,也称为随机振动分析的基本过程。下面以第15章中的梁－板壳结构在Y 方向的地震位移响应谱作用下整个结构的响应情况为例，讲解ANSYS6.1中的另外一种谱分析功能，即进行单点响应谱分析的具体过程。

16.1 问题描述

本实例将分析本书第15章中的梁－板

壳结构在Y 方向的地震位移响应谱作用下

整个结构的响应。其结构和材料特性与本书

第15章中的实例完全相同，这里为了读者

阅读的方便，再次提供结构示意图和材料特

性。梁－板壳结构如图16.1所示，材料属性

和几何特性数据如下：

图14.1 梁－板壳结构模型

A3钢的材料特性：杨氏模量EX ＝2.1 E

11 N/m 2，泊松比PRXY ＝0.3，密度DENS ＝

7.8 E 3 Kg/m 3。

板壳：厚度＝2E-3 m

梁几何特性：截面面积＝1.6E-5 m 2， 惯

性矩＝21.333E-12 m 4 ， 宽度＝4E-3 m ，

高度＝4E-3 m

Y 方向的地震位移响应谱如表14.1所

示。

表16.1谱表

响 应 谱

频率(Hz)

0.5 1.0 2.4 3.8 17 18 20 32 位移(×10-3m) 1.0 0.5 0.9 0.8 1.2 0.75 0.86 0.2

16.2 建立模型

对于本实例在ANSYS6.1中，首先通过完成如下工作来建立本算例的有限元模型。需要完成的工作有：指定分析标题，定义材料性能，定义单元类型，定义单元实常数，建立几何模型并进行有限元网格划分等。对于本实例，由于其结构中有大量的相同部件，因此主要介绍如何利用ANSYS6.1提供的实体拷贝功能来建立需要的有限元模型，并大量用运实体属性进行选择实体选取，读者可对这两种技巧着重掌握。下面将详细讲解分析过程。

14.2.1指定分析标题并设置分析范畴

本实例为进行如图14.1所示梁－板壳结构在Y方向的地震位移响应谱作用下整个结构的响应情况分析，仍然属于结构分析范畴，为了在后面进行菜单方式操作时的方便，需要在开始分析时就指定本实例分析范畴为“Structural”。为了数据的存档和以后分析的方便必须养成给分析的问题加标题的习惯。本实例的标题可以命名为：“Single-point response analysis of a beam-shell structure”，具体的操作过程如下：

1．选取菜单路径Utility Menu | File | Change Jobname，将弹出Change Jobname (修改文件名)对话框，如图16.2所示。在Enter new jobname (输入新文件名)文本框中输入文字“CH16”，为本分析实例的数据库文件名。单击按钮关闭对话框，完成文件名的修改。

图16.2 修改文件名对话框

2．选取菜单路径Utility Menu | File | Change Title，将弹出Change Title (修改标题)对话框，如图16.3所示。在输入Enter new title (新标题)文本框中输入文字“Single-point response analysis of a beam-shell structure”，为本分析实例的标题名。单击按钮，完成对标题名的指定。

图16.3 修改标题对话框

3．选取菜单路径Utility Menu | Plot | Replot，指定的标题“Single-point response analysis of a shell-beam structure”将显示在图形窗口的左下角。

4．选取菜单路径Main Menu | Preference，将弹出Preference of GUI Filtering (菜单过滤

参数选择)对话框。单击Structual(结构)选项使之被选中，以将菜单设置为与结构分析相关的选项。单击按钮关闭，完成分析范畴的指定。

16.2.2 定义单元类型

由于本实例的模型和本书第15章完全相同，本节内容略。读者可以参考本书第15章中对应部分的具体操作。

16.2.3 定义单元实常数

由于本实例的模型和本书第15章完全相同，本节内容略。读者可以参考本书第15章中对应部分的具体操作。

16.2.4 指定材料特性

由于本实例的模型和本书第15章完全相同，本节内容略。读者可以参考本书第15章中对应部分的具体操作。

16.2.5 建立梁有限元模型

由于本实例的模型和本书第15章完全相同，本节内容略。读者可以参考本书第15章中对应部分的具体操作。

16.2.6 建立板壳有限元模型

由于本实例的模型和本书第15章完全相同，本节内容略。读者可以参考本书第15章中对应部分的具体操作。

注：如果在本书第15章梁－板壳结构的随机振动分析实例中建立完模型之后，对其模型进行了归档，将梁－板壳结构的有限元模型、材料属性、单元类型等信息都保存到指定的文件中。那么，这里也可以不用传统的建模方法来重新建立有限元模型，而可以直接通过菜单路径：Main Menu | Preprocessor | Archive Model | read，将以建立好的有限元模型直接读进现在的实例中，这样可以节约建模时间。所以，养成对所建立的有限元模型进行归档的习惯是非常必要的。

当然，如果现在就有第15章的数据库文件：CH15.db，那么同样不需从新建立其有限

元模型，而通过菜单路径Utility Menu | File | Resume From来读取第15章实例的数据库文件，然后进行下面的工作就行。

16.3 定义边条、加载并求解

本实例目的是进行在基础位移响应作用下的梁－板结构的单点响应谱分析。除了施加合理的约束外，还需要依次进行如下操作：模态求解、获得谱解、模态扩展和模态叠加，才能完成求解。下面进行详细的描述。

16.3.1 定义载荷和边界条件

因为本分析实例的边界条件和本书第15章的实例中结构的边条完全一样，所以为了避免内容的重复，这里不再详细讲解定义载荷和边界条件的具体步骤，读者可以参考本书15.3.1节定义载荷和边界条件一节的操作步骤。

16.3.2 进行模态求解

结构的模态解是谱分析必须的，下面将进行梁－板壳结构的模态分析求解。但这里不进行扩展模态计算，以便在模态没有扩展的情况下进行有选择地扩展模态。否则，同时将进行所有模态的扩展计算。具体的操作过程如下。

1．选取菜单路径Main Menu | Solution | Analysis Type | New Analysis，将弹出New Analysis (新分析)对话框。在对话框中单击Modal单选按钮，指定分析类型为模态分析(Modal)。然后，单击按钮完成分析类型的设置。

2．选取菜单路径Main Menu | Solution | Analysis Type | Analysis Options，将弹出Modal Analysis (模态分析)选项对话框，如图16.4所示。