如何進(jìn)行ANSYS譜分析.doc

如何進(jìn)行ANSYS譜分析譜是譜值和頻率的關(guān)系曲線，反映了時間-歷程載荷的強(qiáng)度和頻率之間的關(guān)系。響應(yīng)譜代表系統(tǒng)對一個時間-歷程載荷函數(shù)的響應(yīng)，是一個響應(yīng)和頻率的關(guān)系曲線。譜分析是一種將模態(tài)分析結(jié)果和已知譜聯(lián)系起來的計算結(jié)構(gòu)響應(yīng)的分析方法，主要用于確定結(jié)構(gòu)對隨機(jī)載荷或隨時間變化載荷的動力響應(yīng)。譜分析可分為時間-歷程分析和頻域的譜分析。時間-歷程譜分析主要應(yīng)用瞬態(tài)動力學(xué)分析。譜分析可以代替費(fèi)時的時間-歷程分析，主要用于確定結(jié)構(gòu)對隨機(jī)載荷或時間變化載荷（地震、風(fēng)載、海洋波浪、噴氣發(fā)動機(jī)推力、火箭發(fā)動機(jī)振動等）的動力響應(yīng)情況。 譜分析的主要應(yīng)用包括核電站（建筑和部件），機(jī)載電子設(shè)備（飛機(jī)/導(dǎo)彈），宇宙飛船部件、飛機(jī)構(gòu)件，任何承受地震或其他不規(guī)則載荷的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，建筑框架和橋梁等。功率譜密度（Power Spectrum Density）：是結(jié)構(gòu)在隨機(jī)動態(tài)載荷激勵下響應(yīng)的統(tǒng)計結(jié)果，是一條功率譜密度值-頻率值的關(guān)系曲線，其中PSD可以是位移PSD、速度PSD、加速度PSD、力PSD等形式。數(shù)學(xué)上，PSD-頻率關(guān)系曲線下面的面積就是方差，即響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)偏差的平方值。ANSYS譜分析分為3種類型： *響應(yīng)譜分析（SPRS OR MPRS）ANSYS響應(yīng)譜分為單點(diǎn)響應(yīng)譜和多點(diǎn)響應(yīng)譜，前者指在模型的一個點(diǎn)集（不局限于一個點(diǎn)）定義一條響應(yīng)譜；后者指在模型的多個點(diǎn)集定義多條響應(yīng)譜。* 動力設(shè)計分析（DDAM）動力分析設(shè)計是一種用于分析船舶裝備抗震性的技術(shù)*隨機(jī)振動分析（PSD） 隨機(jī)振動分析主要用于確定結(jié)構(gòu)在具有隨機(jī)性質(zhì)的載荷作用下的響應(yīng)。與響應(yīng)譜分析類似，隨機(jī)振動分析也可以是單點(diǎn)的或多點(diǎn)的。 在單點(diǎn)隨機(jī)振動分析時，要求在結(jié)構(gòu)的一個點(diǎn)集上指定一個PSD；在多點(diǎn)隨機(jī)振動分析時，則要求在模型的不同點(diǎn)集上指定不同的PSD。一 單點(diǎn)響應(yīng)譜分析基本步驟（1）建立模型（2）求得模態(tài)解（3）求得譜解（4）擴(kuò)展模態(tài)（5）合并模態(tài)（6）觀察結(jié)果1.模型的建立*只允許線性行為，任何非線性特性均作為線性處理，即非線性行為無效；*一定要定義彈性模量EX和密度DENS2.計算模態(tài)解結(jié)構(gòu)的固有頻率和模態(tài)振型是譜分析所必須的數(shù)據(jù)，在進(jìn)行譜分析求解前需要先計算模態(tài)解。*只能用subspace，Reduced 法和black lanczos法；*所提取的模態(tài)數(shù)應(yīng)足以表征在感興趣的頻率范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)所具有的響應(yīng)；*如果采用GUI菜單操作，在模態(tài)設(shè)置對話框打開了Expand mode shapes選項，將在模態(tài)分析中進(jìn)行擴(kuò)展操作，否則擴(kuò)展操作將在譜分析求解之后進(jìn)行（即模態(tài)擴(kuò)展可在模態(tài)求解過程中實施，也可在譜分析以后單獨(dú)擴(kuò)展）；*有材料相關(guān)的阻尼必須在模態(tài)分析中定義；*對于地震譜必須在施加激勵譜的位置添加自由度約束；*對于力/壓力譜，必須在模態(tài)分析時加載；*求解結(jié)束退出solution處理器。3.譜分析求解（1）設(shè)置譜分析選項*指定分析類型為single-pt resp（單點(diǎn)響應(yīng)譜）；*no.of models for solu(模態(tài)擴(kuò)展數(shù));*Calculate elem stresses（如果需要計算單元應(yīng)力，打開該選項）（2）設(shè)置激勵譜選項*Type of response spectrum 響應(yīng)譜的類型：Seismic displac 位移(Units: length)，Seismic velocity 速度(length/time)，Seismic accel 加速度(length/time2)，F(xiàn)orce spectrum 力(force amplitude multipliers), PSD(acceleration2/(cycles/time) )等；除了力譜之外，其余的都可以表示地震譜，即它們都假定作用于基礎(chǔ)上，即有約束的節(jié)點(diǎn)上。力譜作用于沒有約束的節(jié)點(diǎn)，可以用F或FK命令施加，方向分別用FX，F(xiàn)Y和FZ表示。PSD施加在非基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)上。（PSD翻譯成(in/sec2)2/Hz，是加速度PSD，ANSYS不推薦在SPRS中使用PSD分析），（命令：sytyp）。*Excitation direction 設(shè)置激勵譜方向，通過3個坐標(biāo)分量確定（命令：sed,x,y,z）（3）定義激勵譜的譜值-譜線關(guān)系曲線（freq和sv）；（4）設(shè)置阻尼；（5）開始求解。4.擴(kuò)展模態(tài)*只選擇有明顯意義的模態(tài)進(jìn)行擴(kuò)展；*擴(kuò)展后才能合并；*選擇應(yīng)力計算；5.合并模態(tài)合并模態(tài)前要重新進(jìn)入ANSYS求解器（1）指定分析選項為Spectrum（2）選擇模態(tài)合并方法*Mode Combination Method CQC法：GRP法：DSUM法：SRSS法：NRLSUM法：*Type of output 指定輸出結(jié)果類型：位移disp（位移，應(yīng)力，載荷等），速度velo（速度、應(yīng)力速度、載荷速度等）和加速度 acel（加速度、應(yīng)力加速度、載荷加速度等）*合并求解 Solve-Current LS6.觀察結(jié)果 單點(diǎn)響應(yīng)譜分析的結(jié)果是以POST1命令的形式寫入模態(tài)合并文件Jobname.MCOM中的，這些命令依據(jù)模態(tài)合并方法指定的某種方式合并最大模態(tài)響應(yīng)，最終計算出結(jié)構(gòu)的總響應(yīng)?？傢憫?yīng)包括宗的位移（或總速度、總加速度）以及在模態(tài)擴(kuò)展過程中得到的結(jié)果總應(yīng)力（或總反應(yīng)力速度、總反應(yīng)加速度）、總應(yīng)變（或總應(yīng)變速度、或總應(yīng)變加速度）、總的反作用力（或總的反作用力速度、總反作用力加速度）。*進(jìn)入通用后處理器POST1*讀入jobname.MCOM文件；*顯示結(jié)果注意：使用PLNSOL命令將衍生數(shù)據(jù)如應(yīng)力、應(yīng)變進(jìn)行節(jié)點(diǎn)平均化處理，導(dǎo)致不同材料、不同殼厚度或其它不連續(xù)性單元共有的節(jié)點(diǎn)平均意義十分模糊。為避免這種問題，在執(zhí)行PLNSOL命令前，先使用SELECTING選擇工具將具有同材料、相同殼體厚度等單元選擇出來，再分別執(zhí)行PLNSOL命令進(jìn)行節(jié)點(diǎn)平均化處理。二 隨機(jī)振動分析 功率譜密度（PSD）是針對隨機(jī)變量在均方意義上的統(tǒng)計方法，用于隨機(jī)振動分析。此時，響應(yīng)的瞬態(tài)數(shù)值只能用于概率函數(shù)來表示，其數(shù)值的概率對應(yīng)一個精確值?；静襟E（1）建立模型（2）計算模態(tài)解（3）譜分析求解（4）擴(kuò)展模態(tài)（5）合并模態(tài)（6）觀察結(jié)果其中（1）、（2）、（4）與單點(diǎn)響應(yīng)譜分析相同1.模型的建立*只允許線性行為，任何非線性特性均作為線性處理，即非線性行為無效，例如，如果分析中包括接觸單元，它們的剛度將依據(jù)原始狀態(tài)來計算并且之后就不再改變；*一定要定義彈性模量EX和密度DENS2.計算模態(tài)解結(jié)構(gòu)的固有頻率和模態(tài)振型是譜分析所必須的數(shù)據(jù)，在進(jìn)行譜分析求解前需要先計算模態(tài)解。*只能用subspace，Reduced 法和black lanczos法；*所提取的模態(tài)數(shù)應(yīng)足以表征在感興趣的頻率范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)所具有的響應(yīng)；*如果采用GUI菜單操作，在模態(tài)設(shè)置對話框打開了Expand mode shapes選項，將在模態(tài)分析中進(jìn)行擴(kuò)展操作，否則擴(kuò)展操作將在譜分析求解之后進(jìn)行（即模態(tài)擴(kuò)展可在模態(tài)求解過程中實施，也可在譜分析以后單獨(dú)擴(kuò)展）；*有材料相關(guān)的阻尼必須在模態(tài)分析中定義； *對于地震譜必須在施加激勵譜的位置添加自由度約束；*對于力/壓力譜，必須在模態(tài)分析時加載；*求解結(jié)束退出solution處理器。3.譜分析求解進(jìn)入ANSYS求解器，設(shè)置分析類型為Spectrum（1）設(shè)置譜分析選項*指定分析類型為 P.S.D 功率譜密度分析；*no.of models for solu(模態(tài)擴(kuò)展數(shù));*Calculate elem stresses（如果需要計算單元應(yīng)力，打開該選項）（2）設(shè)置激勵譜選項*Type of response spectrum 響應(yīng)譜的類型：加速度 Acceleration(Acceleration2/Hz), Accal(g2/Hz),速度 Velocity(velocity2/Hz), 位移 Displacement （displacement2/Hz）, 力 Force spectrum (force2/Hz)和 壓力 Pressure Spectrum(pressure2/Hz) 功率譜密度等；Force spectrum 和 Pressure Spectrum 只能作為節(jié)點(diǎn)激勵，且必須在模態(tài)分析時就加載。（命令 PSDUNIT，TBLNO，TYPE，GVALUE Value of acceleration duce to gravity arbitray units for ACCG PSD table. Default is 386.4 in/s2。（3）定義激勵譜的譜值-譜線關(guān)系曲線（freq和sv）；（4）施加功率譜密度激勵Main Menu-Solusion-Define Loads-Apply-Spectrum-Base PSD Excit/Node PSD Excit這個施加步驟很關(guān)鍵：基礎(chǔ)激勵就默認(rèn)加載在定義的約束點(diǎn)上； 節(jié)點(diǎn)激勵就默認(rèn)模態(tài)分析時所加的力或壓力作用的節(jié)點(diǎn)（5）計算PSD參與因子*Table no. of PSD table指定所要計算的PSD譜編號*Base or Node Excitation設(shè)置PSD激勵譜的類型是基礎(chǔ)激勵還是節(jié)點(diǎn)激勵命令（PFACT, TBLNO, Excit,Parcor）（6）設(shè)置輸出控制位移解 Load Step3速度解 Load Step4加速度解 Load Step5（7）開始求解。4.擴(kuò)展模態(tài)*只選擇有明顯意義的模態(tài)進(jìn)行擴(kuò)展；*擴(kuò)展后才能合并；*選擇應(yīng)力計算；5.合并模態(tài)合并模態(tài)前要重新進(jìn)入ANSYS求解器隨機(jī)振動分析的合并模態(tài)操作與單點(diǎn)響應(yīng)譜分析不同之處在于隨機(jī)振動分析的合并方法只有PSD一種，在分析對話框中需要