ansys谱分析学习教程.pptx

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1、M5-1第五章：谱分析第一节：谱分析的定义及目的第二节：基本概念和术语的理解第三节：如何进行响应谱分析第1页/共64页M5-2谱分析第一节：定义及目的什么是谱分析？它是模态分析的扩展，用于计算结构对地震及其它随机激励的响应在进行下述设计时要用到谱分析：建筑物框架及桥梁 太空船部件 飞机部件 承受地震或其它不稳定载荷的结构或部件第2页/共64页M5-3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，但是：瞬态分析很难应用于例如地震等随时间无规律变化载荷的分析;在瞬态分析中，为了捕捉载荷，时间步长必须取得很小，因而费时且昂贵.第3页/共64页M5-4谱分析第二节：术语及概念主题包括：

2、频谱的定义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 模态组合第4页/共64页M5-5谱分析术语及概念（接上页）什么是频谱？用来描述理想化系统对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f1f2f3 File Read Input from.读取jobname.mcom文件察看变形后的形状应力和应变的图表显示第26页/共64页M5-27响应谱分析步骤求解及察看结果命令（接上页）/POST1/INPUT，mcomPLDISP，PLNSOL，FINISH第27页/共64页M5-28响应

3、谱分析步骤3建模3获得模态解3转换成谱分析类型3定义响应频谱3求解及察看结果第28页/共64页M5-29实例响应谱分析在这个实例中，将确定工作台对于频谱激励的响应详情请参看动力学实例补充资料第29页/共64页M5-30第三节：随机振动分析什么是随机振动分析?它是一种采用功率谱密度作为输入的谱分析它是一种确定响应出现特定值的概率大小的分析方法输入值：结构的自然频率及模态功率谱密度曲线（将在后面讨论）输出值：以1s位移和应力表示最可能出现的结构响应第30页/共64页M5-31随机振动定义什么是PSD?PSD 记录了响应的平均平方值随频率变化的函数关系：用于描述响应出现特定值的概率从算术上看，PSD

4、曲线下的面积即为响应的协方差（标准偏差的平方）响应可以是位移、速度、加速度、力或压力第31页/共64页M5-32随机振动分析步骤六个主要步骤：建模获得模态解转换成谱分析类型定义和施加功率谱密度激励求解察看结果第32页/共64页M5-33随机振动建模模型：本步的注意事项与模态分析时的相同只考虑线性单元及材料，忽略各种非线性注意输入密度！同时如果出现与材料相关的阻尼，必须在这一步中定义参见第一章的注意事项第33页/共64页M5-34建模的典型命令流(接上页)/PREP7ET，.MP，EX，.MP，DENS，!建立几何模型!划分网格第34页/共64页M5-35随机振动 获得模态解3建模获得模态解：与

5、通常的模态分析步骤相同多数不同之处，将在后面讨论典型命令：/SOLUANTYPE，MODAL第35页/共64页M5-36随机振动 获得模态解（接上页）模态提取：只有Block Lanczos法、子空间法或缩减法是有效的提取足够的模态以包含频谱的频率范围所有模态的扩展只有扩展的模态才能用于频谱的求解典型命令：MODOPT，MXPAND，.第36页/共64页M5-37随机振动 获得模态解（接上页）载荷及边界条件：对于基础激励，一定要约束适当的自由度对于压力PSD，在此步中施加压力于想要的表面上文件：.mode文件含有特征向量而且是对于频谱求解所需要的典型命令：DK，.!或 D 或 DSYMDL，D

6、A，.!求解SOLVE第37页/共64页M5-38随机振动转换成谱分析类型3建模3获得模态解转换成谱分析类型：退出并且重新进入求解器进行新的分析：谱分析分析选项：将在后面讨论阻尼：将在后面讨论典型命令：FINISH/SOLUANTYPE，SPECTR第38页/共64页M5-39随机振动转换成谱分析类型（接上页）分析选项：频谱类型：功率谱密度（PSD）模态数量：如果选项是 0或空缺，所有扩展的模态将被用于求解单元计算：只有在模态分析中的单元计算处于开启（ON）状态的条件下，谱分析中的计算也才能处于开启（ON）典型命令：SPOPT，PSD，.第39页/共64页M5-40随机振动转换成谱分析类型（接

7、上页）阻尼：所有四种形式均可采用：-阻尼（质量阻尼）-阻尼（刚度阻尼）恒定阻尼比与频率相关的阻尼比（模态阻尼）如果没有指明阻尼，ANSYS将以1%的恒定阻尼作为缺省值典型命令：ALPHAD，BETAD，DMPRAT，MDAMP，第40页/共64页M5-41随机振动定义并施加功率谱密度激励3建模3获得模态解3转换成谱分析类型定义并施加功率谱密度激励：指明功率谱密度设置定义功率谱密度对频率的数据表在想要的节点施加激励第41页/共64页M5-42随机振动定义并施加功率谱密度激励（接上页）功率谱密度设置：频谱类型（单位）：加速度（常规单位或 g2/Hz）速度位移力压力 表号的缺省值为1，对于多条功率谱

8、密度曲线，使用表号典型命令：PSDUNIT，.第42页/共64页M5-43随机振动定义并施加功率谱密度激励（接上页）功率谱密度对频率的数据表：指明表号（通常为1）然后一对一对地输入频率和功率谱密度值典型命令：PSDFRQ，PSDVAL，.第43页/共64页M5-44随机振动定义并施加功率谱密度激励（接上页）施加功率谱密度：施加步骤取决于功率谱密度类型加速度、速度或位移功率谱密度：这些是基础上的激励并且只能施加于以前约束过的节点上在 UX，UY或UZ（激励方向）方向上作为约束来施加，其数值为1.0Pick nodes.典型命令：D，!值=1.0第44页/共64页M5-45随机振动定义并施加功率谱

9、密度激励（接上页）施加功率谱密度（接上页）：作用力功率谱密度：节点激励作为数值为1.0（或希望的比例因子）的作用力施加在 FX，FY或FZ（激励方向）上压力功率谱密度：要求在模态分析中即施加压力使用载荷矢量（在模态求解时计算出的）来施加压力功率谱密度激励将数值设定为1.0或为希望的比例因子典型命令：F，!对于力 PSDLVSCALE，!对于压力PSD(在模态分析步骤定义压力)第45页/共64页M5-46随机振动求 解3建模3获得模态解3转换成模态分析类型3定义并施加功率谱密度激励求解：激活功率谱密度模态组合方法指定计算的项目*计算参与系数*启动功率谱密度求解器*将在后面讨论典型命令：PSDCO

10、M，第46页/共64页M5-47随机振动求解（接上页）将计算的项目：缺省的计算项目是计算相对于基础激励的位移解（包括应力和应变）相对于基础的或绝对的速度和加速度解也是可以获得的典型命令：PSDRES，第47页/共64页M5-48随机振动求解（接上页）计算参与系数：对于定义的每一个功率谱密度表必须计算指定基础或节点激励启动功率谱密度求解器：结果写入.rst文件中典型命令：PFACT，SOLVEFINISH第48页/共64页M5-49随机振动察看结果3建模3获得模态解3转换成谱分析类型3定义并施加功率谱密度激励3求解察看结果：绘图和列表显示 1s 时的各参数时的数值（POST1）生成响应功率谱密度

11、（POST26）计算两个量之间的协方差（POST26）第49页/共64页M5-50随机振动察看结果（接上页）随机振动的结果为 1s 时的各种参数的数值：1s时的位移，1s 时的应力等等所有的量都假定是平均值零的高斯（正态）分布例如，最大位移 Umax=0.15表示Uimax 等为0.15 或更小值的机率为 68%（1s）它同时也表示为：Umax等为0.15x2=0.3或更小的机率 为95%（2s）Umax 等为 0.15x3=0.45 或更小的机率为98%（3s）1s2s3s第50页/共64页M5-51随机振动 察看结果（接上页）为了察看1s时的位移及应力：进入 POST1（常规后处理器）从载

12、荷步3中读取结果，载荷步3是1s 结果存于结果文件中的位置注意：如果需要的话，1s 速度和1s 加速度是分别存于载荷步4和载荷步5中然后以图和表显示需要的物理量第51页/共64页M5-52随机振动 察看结果（接上页）结果文件最多可以有5个载荷步:载荷步 1：模态结果，每阶模态一个子步载荷步2：单位静态解，每个PSD表一个子步.如果不是基础激励则为空载荷步3：1s 位移解载荷步4：1s 速度解.如果没要求输出则为空.载荷步5：1s 加速度解.如果没要求输出则为空.第52页/共64页M5-53随机振动察看结果（接上页）第53页/共64页M5-54随机振动察看结果命令（接上页）/POST1SET，3

13、 !1s 位移解PLDISP，PLNSOL，FINISH第54页/共64页M5-55随机振动察看结果（接上页）1s 结果主要用于：第一步的主要计算：在给定的时间间隔内，某一自由度上的位移超过0.32个单位的概率是多少？疲劳计算：基于下述假设：应力水平在时间的68%以内为 1s ，在时间的27%（95-68）以内为 2s ，在时间的3%（98-95）以内为 3s 基于 Monte Carlo 仿真的可靠性（风险性）分析第55页/共64页M5-56随机振动察看结果（接上页）响应功率谱密度：使工程师有某种响应量（如应力）是如何随频率变化的观念结果文件包括 1s 时各量的数值，它是功率谱密度曲线下面积

14、的平方根POST26，时间-历程后处理器用于计算响应功率谱密度第56页/共64页M5-57随机振动察看结果（接上页）为了计算响应功率谱密度：1.进入POST26，并首先存储频率矢量：在某个自然频率的两边各取1到10 个附加的数据点以绘制一条更光滑的频率曲线，缺省值是各取5个附加的 数据点变量1自动地赋给频率变量典型命令：/POST26STORE，PSD，.第57页/共64页M5-58随机振动察看结果（接上页）2.确定结果中要对其进行功率谱密度响应计算的物理量：TimeHist Postpro Define Variables.可以是任何节点的或单元的结果项选择项选择项，然后拾取节点然后拾取节点

15、.典型命令：NSOL，ESOL，.第58页/共64页M5-59随机振动察看结果（接上页）3.计算并用图形显示功率谱密度响应：TimeHist Postpro Calc Resp PSD.TimeHist Postpro Graph Variables典型命令：RPSD，PLVAR，.第59页/共64页M5-60随机振动察看结果（接上页）协方差：协方差表示的是两个量之间的相互关系可在任何两个响应量之间进行计算，例如：计算模型中两个不同点之间的应力的协方差用POST26时间-历程后处理器来计算协方差第60页/共64页M5-61随机振动察看结果（接上页）为了计算协方差：1.重新设置或退出POST26

16、 并重新进入 POST262.确定对其要计算协方差的两个响应量典型命令：FINISH/POST26NSOL，ESOL，.第61页/共64页M5-62随机振动 察看结果（接上页）3.计算并取出协方差：TimeHist Postpro Calc Covariance.使用*GET 命令来取出协方差：*GET，COVAR，VARI，#，EXTREM，CVAR -或-Utility Menu Parameters Get Scalar Data.典型命令：CVAR，*GET，FINISH第62页/共64页M5-63随机振动分析步骤3建模3获得模态解3转换成谱分析类型3定义并施加功率谱密度激励3求解3察看结果第63页/共64页M5-64感谢您的观赏！第64页/共64页