Ansys譜分析推薦課件

1、2021/8/22M5-1譜分析譜分析2021/8/22M5-2第一節(jié)：譜分析的定義及目的第一節(jié)：譜分析的定義及目的第二節(jié)：基本概念和術(shù)語的理解第二節(jié)：基本概念和術(shù)語的理解第三節(jié)：如何進(jìn)行響應(yīng)譜分析第三節(jié)：如何進(jìn)行響應(yīng)譜分析2021/8/22M5-3什么是譜分析？什么是譜分析？它是模態(tài)分析的擴(kuò)展，用于計(jì)算結(jié)構(gòu)對(duì)地震及它是模態(tài)分析的擴(kuò)展，用于計(jì)算結(jié)構(gòu)對(duì)地震及其它隨機(jī)激勵(lì)的響應(yīng)其它隨機(jī)激勵(lì)的響應(yīng)在進(jìn)行下述設(shè)計(jì)時(shí)要用到譜分析：在進(jìn)行下述設(shè)計(jì)時(shí)要用到譜分析： 建筑物框架及橋梁建筑物框架及橋梁 太空船部件太空船部件 飛機(jī)部件飛機(jī)部件 承受地震或其它不穩(wěn)定載荷的結(jié)構(gòu)或部件承受地震或其它不穩(wěn)定載荷的結(jié)構(gòu)或部

2、件2021/8/22M5-4譜分析的一種代替方法是進(jìn)行瞬態(tài)分析，但是：譜分析的一種代替方法是進(jìn)行瞬態(tài)分析，但是： 瞬態(tài)分析很難應(yīng)用于例如地震等隨時(shí)間無規(guī)律變化載荷的分析瞬態(tài)分析很難應(yīng)用于例如地震等隨時(shí)間無規(guī)律變化載荷的分析; 在瞬態(tài)分析中，為了捕捉載荷，時(shí)間步長(zhǎng)必須取得很小，因而費(fèi)時(shí)且在瞬態(tài)分析中，為了捕捉載荷，時(shí)間步長(zhǎng)必須取得很小，因而費(fèi)時(shí)且昂貴昂貴.2021/8/22M5-5主題包括：主題包括：頻譜的定義頻譜的定義響應(yīng)譜如何用于計(jì)算結(jié)構(gòu)對(duì)激勵(lì)的響應(yīng)：響應(yīng)譜如何用于計(jì)算結(jié)構(gòu)對(duì)激勵(lì)的響應(yīng)： 參與系數(shù)參與系數(shù) 模態(tài)系數(shù)模態(tài)系數(shù) 模態(tài)組合模態(tài)組合2021/8/22M5-6什么是頻譜？什么是頻譜？用

3、來描述理想化系統(tǒng)對(duì)激勵(lì)響應(yīng)的曲線此響應(yīng)可以是加速度、速度用來描述理想化系統(tǒng)對(duì)激勵(lì)響應(yīng)的曲線此響應(yīng)可以是加速度、速度、位移和力、位移和力;例如：考慮安裝于振動(dòng)臺(tái)上的四個(gè)單自由度彈簧質(zhì)量系統(tǒng)它們的頻例如：考慮安裝于振動(dòng)臺(tái)上的四個(gè)單自由度彈簧質(zhì)量系統(tǒng)它們的頻率分別是率分別是f1，f2，f3及及f4，而且，而且f1f2f3 File Read Input from.讀取讀取jobname.mcom文件文件察看變形后的形狀察看變形后的形狀應(yīng)力和應(yīng)變的圖表顯示應(yīng)力和應(yīng)變的圖表顯示2021/8/22M5-28/POST1/INPUT，mcomPLDISP，PLNSOL，F(xiàn)INISH2021/8/22M5-2

4、93 建模建模3 獲得模態(tài)解獲得模態(tài)解3 轉(zhuǎn)換成譜分析類型轉(zhuǎn)換成譜分析類型3 定義響應(yīng)頻譜定義響應(yīng)頻譜3 求解及察看結(jié)果求解及察看結(jié)果2021/8/22M5-30在這個(gè)實(shí)例中，將確定工作臺(tái)對(duì)于頻譜激勵(lì)的響應(yīng)在這個(gè)實(shí)例中，將確定工作臺(tái)對(duì)于頻譜激勵(lì)的響應(yīng)詳情請(qǐng)參看動(dòng)力學(xué)實(shí)例補(bǔ)充資料詳情請(qǐng)參看動(dòng)力學(xué)實(shí)例補(bǔ)充資料2021/8/22M5-31什么是隨機(jī)振動(dòng)分析什么是隨機(jī)振動(dòng)分析?它是一種采用功率譜密度作為輸入的譜分析它是一種采用功率譜密度作為輸入的譜分析它是一種確定響應(yīng)出現(xiàn)特定值的概率大小的分析方法它是一種確定響應(yīng)出現(xiàn)特定值的概率大小的分析方法輸入值輸入值： 結(jié)構(gòu)的自然頻率及模態(tài)結(jié)構(gòu)的自然頻率及模態(tài) 功

5、率譜密度曲線（將在后面討論）功率譜密度曲線（將在后面討論）輸出值輸出值： 以以1s s位移和應(yīng)力表示最可能出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)響應(yīng)位移和應(yīng)力表示最可能出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)響應(yīng)2021/8/22M5-32什么是什么是PSD? PSD 記錄了響應(yīng)的平均平方值隨頻率變化的函數(shù)關(guān)系：記錄了響應(yīng)的平均平方值隨頻率變化的函數(shù)關(guān)系： 用于描述響應(yīng)出現(xiàn)特定值的概率從算術(shù)上看，用于描述響應(yīng)出現(xiàn)特定值的概率從算術(shù)上看，PSD曲線下的面積曲線下的面積即為響應(yīng)的協(xié)方差（標(biāo)準(zhǔn)偏差的平方）即為響應(yīng)的協(xié)方差（標(biāo)準(zhǔn)偏差的平方） 響應(yīng)可以是位移、速度、加速度、力或壓力響應(yīng)可以是位移、速度、加速度、力或壓力2021/8/22M5-33六個(gè)主要步驟六

6、個(gè)主要步驟：建模建模獲得模態(tài)解獲得模態(tài)解轉(zhuǎn)換成譜分析類型轉(zhuǎn)換成譜分析類型定義和施加功率譜密度激勵(lì)定義和施加功率譜密度激勵(lì)求解求解察看結(jié)果察看結(jié)果2021/8/22M5-34模型：模型：本步的注意事項(xiàng)與模態(tài)分析時(shí)的相同本步的注意事項(xiàng)與模態(tài)分析時(shí)的相同只考慮線性單元及材料，忽略各種非線性只考慮線性單元及材料，忽略各種非線性注意輸入密度！同時(shí)如果出現(xiàn)與材料相關(guān)的阻尼，必須在這一步中注意輸入密度！同時(shí)如果出現(xiàn)與材料相關(guān)的阻尼，必須在這一步中定義定義參見第一章的注意事項(xiàng)參見第一章的注意事項(xiàng)2021/8/22M5-35/PREP7ET，.MP，EX，.MP，DENS，! 建立幾何模型建立幾何模型! 劃分網(wǎng)

7、格劃分網(wǎng)格2021/8/22M5-363 建模建模獲得模態(tài)解：獲得模態(tài)解：與通常的模態(tài)分析步驟相同與通常的模態(tài)分析步驟相同多數(shù)不同之處，將在后面討論多數(shù)不同之處，將在后面討論典型命令：典型命令：/SOLUANTYPE，MODAL2021/8/22M5-37模態(tài)提取模態(tài)提?。?只有只有Block Lanczos法、子空間法或縮減法是有效的法、子空間法或縮減法是有效的 提取足夠的模態(tài)以包含頻譜的頻率范圍提取足夠的模態(tài)以包含頻譜的頻率范圍 所有模態(tài)的擴(kuò)展只有擴(kuò)展的模態(tài)才能用于頻譜的求解所有模態(tài)的擴(kuò)展只有擴(kuò)展的模態(tài)才能用于頻譜的求解典型命令：典型命令：MODOPT，MXPAND，.2021/8/22M

8、5-38載荷及邊界條件：載荷及邊界條件： 對(duì)于基礎(chǔ)激勵(lì)，一定要約束適當(dāng)?shù)淖杂啥葘?duì)于基礎(chǔ)激勵(lì)，一定要約束適當(dāng)?shù)淖杂啥?對(duì)于壓力對(duì)于壓力PSD， 在此步中施加壓力于想要的表面上在此步中施加壓力于想要的表面上文件文件： .mode文件含有特征向量而且是對(duì)于頻譜求解所需要的文件含有特征向量而且是對(duì)于頻譜求解所需要的典型命令：典型命令：DK，.! 或或 D 或或 DSYMDL，DA，.! 求解求解SOLVE2021/8/22M5-393 建模建模3 獲得模態(tài)解獲得模態(tài)解轉(zhuǎn)換成譜分析類型：轉(zhuǎn)換成譜分析類型： 退出并且重新進(jìn)入求解器退出并且重新進(jìn)入求解器進(jìn)行新的分析：譜分析進(jìn)行新的分析：譜分析分析選項(xiàng)：將在

9、后面討論分析選項(xiàng)：將在后面討論阻尼：將在后面討論阻尼：將在后面討論典型命令：典型命令：FINISH/SOLUANTYPE，SPECTR2021/8/22M5-40分析選項(xiàng)：分析選項(xiàng)：頻譜類型：功率譜密度（頻譜類型：功率譜密度（ PSD）模態(tài)數(shù)量：如果選項(xiàng)是模態(tài)數(shù)量：如果選項(xiàng)是 0或空缺，所有擴(kuò)展的模態(tài)將被用于求解或空缺，所有擴(kuò)展的模態(tài)將被用于求解單元計(jì)算：只有在模態(tài)分析中的單元計(jì)算處于開啟（單元計(jì)算：只有在模態(tài)分析中的單元計(jì)算處于開啟（ON）狀態(tài)的條件下，譜分析狀態(tài)的條件下，譜分析中的計(jì)算也才能處于開啟（中的計(jì)算也才能處于開啟（ON）典型命令：典型命令：SPOPT，PSD，.2021/8/22

10、M5-41阻尼：阻尼： 所有四種形式均可采用：所有四種形式均可采用： -阻尼（質(zhì)量阻尼）阻尼（質(zhì)量阻尼） -阻尼（剛度阻尼）阻尼（剛度阻尼） 恒定阻尼比恒定阻尼比 與頻率相關(guān)的阻尼比（模態(tài)阻尼）與頻率相關(guān)的阻尼比（模態(tài)阻尼）如果沒有指明阻尼，如果沒有指明阻尼，ANSYS將以將以1%的的恒定阻尼作為缺省值恒定阻尼作為缺省值典型命令：典型命令：ALPHAD，BETAD，DMPRAT，MDAMP，2021/8/22M5-423 建模建模3 獲得模態(tài)解獲得模態(tài)解3 轉(zhuǎn)換成譜分析類型轉(zhuǎn)換成譜分析類型定義并施加功率譜密度激勵(lì)：定義并施加功率譜密度激勵(lì)：指明功率譜密度設(shè)置指明功率譜密度設(shè)置定義功率譜密度對(duì)頻

11、率的數(shù)據(jù)表定義功率譜密度對(duì)頻率的數(shù)據(jù)表在想要的節(jié)點(diǎn)施加激勵(lì)在想要的節(jié)點(diǎn)施加激勵(lì)2021/8/22M5-43功率譜密度設(shè)置：功率譜密度設(shè)置： 頻譜類型（單位）：頻譜類型（單位）：加速度加速度 （常規(guī)單位或常規(guī)單位或 g2/Hz）速度速度位移位移力力壓力壓力 表號(hào)的缺省值為表號(hào)的缺省值為1，對(duì)于多條功，對(duì)于多條功率譜密度曲線，使用表號(hào)率譜密度曲線，使用表號(hào)典型命令：典型命令：PSDUNIT，.2021/8/22M5-44功率譜密度對(duì)頻率的數(shù)據(jù)表：功率譜密度對(duì)頻率的數(shù)據(jù)表：指明表號(hào)（通常為指明表號(hào)（通常為1）然后一對(duì)一對(duì)地輸入頻率和功率譜密度值然后一對(duì)一對(duì)地輸入頻率和功率譜密度值典型命令：典型命令：

12、PSDFRQ，PSDVAL，.2021/8/22M5-45施加功率譜密度：施加功率譜密度：施加步驟取決于功率譜密度類型施加步驟取決于功率譜密度類型加速度、速度或位移功率譜密度：加速度、速度或位移功率譜密度： 這些是基礎(chǔ)上的激勵(lì)并且只能施這些是基礎(chǔ)上的激勵(lì)并且只能施加于以前約束過的節(jié)點(diǎn)上加于以前約束過的節(jié)點(diǎn)上 在在 UX， UY或或UZ （激勵(lì)方向）激勵(lì)方向）方向上作為約束來施加，其數(shù)值方向上作為約束來施加，其數(shù)值為為1.0Pick nodes.典型命令：典型命令：D，! 值值 =1.02021/8/22M5-46施加功率譜密度（接上頁）：施加功率譜密度（接上頁）：作用力功率譜密度：作用力功率譜

13、密度： 節(jié)點(diǎn)激勵(lì)節(jié)點(diǎn)激勵(lì) 作為數(shù)值為作為數(shù)值為1.0（或希望的比例因子）的作用（或希望的比例因子）的作用力施加在力施加在 FX， FY或或FZ （激勵(lì)方向激勵(lì)方向）上上壓力功率譜密度：壓力功率譜密度： 要求在模態(tài)分析中即施加壓力要求在模態(tài)分析中即施加壓力 使用載荷矢量（在模態(tài)求解時(shí)計(jì)算出的）來使用載荷矢量（在模態(tài)求解時(shí)計(jì)算出的）來施加壓力功率譜密度激勵(lì)施加壓力功率譜密度激勵(lì) 將數(shù)值設(shè)定為將數(shù)值設(shè)定為1.0或?yàn)橄Ｍ谋壤蜃踊驗(yàn)橄Ｍ谋壤蜃拥湫兔睿旱湫兔睿篎，! 對(duì)于力對(duì)于力 PSDLVSCALE， ! 對(duì)于壓力對(duì)于壓力PSD(在模態(tài)分析步驟定義壓力在模態(tài)分析步驟定義壓力)2021/8/2

14、2M5-473建模建模3獲得模態(tài)解獲得模態(tài)解3轉(zhuǎn)換成模態(tài)分析類型轉(zhuǎn)換成模態(tài)分析類型3定義并施加功率譜密度激勵(lì)定義并施加功率譜密度激勵(lì)求解：求解：激活功率譜密度模態(tài)組合方法激活功率譜密度模態(tài)組合方法指定計(jì)算的項(xiàng)目指定計(jì)算的項(xiàng)目*計(jì)算參與系數(shù)計(jì)算參與系數(shù)*啟動(dòng)功率譜密度求解器啟動(dòng)功率譜密度求解器*將在后面討論將在后面討論典型命令：典型命令：PSDCOM，2021/8/22M5-48將計(jì)算的項(xiàng)目：將計(jì)算的項(xiàng)目：缺省的計(jì)算項(xiàng)目是計(jì)算相對(duì)于基礎(chǔ)激勵(lì)的位移解（包括應(yīng)力和缺省的計(jì)算項(xiàng)目是計(jì)算相對(duì)于基礎(chǔ)激勵(lì)的位移解（包括應(yīng)力和應(yīng)變）應(yīng)變）相對(duì)于基礎(chǔ)的或絕對(duì)的速度和加速度解也是可以獲得的相對(duì)于基礎(chǔ)的或絕對(duì)的速度

15、和加速度解也是可以獲得的典型命令：典型命令：PSDRES，2021/8/22M5-49計(jì)算參與系數(shù)計(jì)算參與系數(shù)：對(duì)于定義的每一個(gè)功率譜密度表必須計(jì)算對(duì)于定義的每一個(gè)功率譜密度表必須計(jì)算指定基礎(chǔ)或節(jié)點(diǎn)激勵(lì)指定基礎(chǔ)或節(jié)點(diǎn)激勵(lì)啟動(dòng)功率譜密度求解器：?jiǎn)?dòng)功率譜密度求解器：結(jié)果寫入結(jié)果寫入 .rst文件中文件中典型命令：典型命令：PFACT，SOLVEFINISH2021/8/22M5-503建模建模3獲得模態(tài)解獲得模態(tài)解3轉(zhuǎn)換成譜分析類型轉(zhuǎn)換成譜分析類型3定義并施加功率譜密度激勵(lì)定義并施加功率譜密度激勵(lì)3求解求解察看結(jié)果：察看結(jié)果：繪圖和列表顯示繪圖和列表顯示 1s s 時(shí)的各參數(shù)時(shí)的數(shù)值時(shí)的各參數(shù)時(shí)

16、的數(shù)值 （POST1）生成響應(yīng)功率譜密度生成響應(yīng)功率譜密度 （POST26）計(jì)算兩個(gè)量之間的協(xié)方差計(jì)算兩個(gè)量之間的協(xié)方差 （POST26）2021/8/22M5-51隨機(jī)振動(dòng)的結(jié)果為隨機(jī)振動(dòng)的結(jié)果為 1s s 時(shí)的各種參數(shù)的數(shù)值時(shí)的各種參數(shù)的數(shù)值： 1s s時(shí)的位移，時(shí)的位移，1s s 時(shí)的應(yīng)力等等時(shí)的應(yīng)力等等所有的量都假定是平均值零的高斯（正態(tài)）所有的量都假定是平均值零的高斯（正態(tài)）分布分布例如，最大位移例如，最大位移 Umax = 0.15表示表示Uimax 等為等為0.15 或更小值的機(jī)率為或更小值的機(jī)率為 68% （1s s） 它同時(shí)也表示為：它同時(shí)也表示為： Umax等為等為0.15

17、x2 = 0.3或更小的機(jī)率或更小的機(jī)率 為為95% （2s s） Umax 等為等為 0.15x3 = 0.45 或更小的機(jī)率為或更小的機(jī)率為98% （3s s） 1s2s3s2021/8/22M5-52為了察看為了察看1s s時(shí)的位移及應(yīng)力：時(shí)的位移及應(yīng)力：進(jìn)入進(jìn)入 POST1 （常規(guī)后處理器）常規(guī)后處理器）從載荷步從載荷步3中讀取結(jié)果，載荷步中讀取結(jié)果，載荷步3是是1s s 結(jié)果存于結(jié)果文件中的位置結(jié)果存于結(jié)果文件中的位置 注意注意：如果需要的話，如果需要的話， 1s s 速度和速度和1s s 加速度是分別存于載荷步加速度是分別存于載荷步4和載和載荷步荷步5中中然后以圖和表顯示需要的物理

18、量然后以圖和表顯示需要的物理量2021/8/22M5-53結(jié)果文件最多可以有結(jié)果文件最多可以有5個(gè)載荷步個(gè)載荷步:載荷步載荷步 1： 模態(tài)結(jié)果模態(tài)結(jié)果，每階模態(tài)一個(gè)子步每階模態(tài)一個(gè)子步載荷步載荷步2： 單位靜態(tài)解單位靜態(tài)解，每個(gè)每個(gè)PSD表一個(gè)子步表一個(gè)子步. 如果不是基礎(chǔ)激勵(lì)則為空如果不是基礎(chǔ)激勵(lì)則為空載荷步載荷步3： 1s s 位移解位移解載荷步載荷步4： 1s s 速度解速度解. 如果沒要求輸出則為空如果沒要求輸出則為空.載荷步載荷步5： 1s s 加速度解加速度解.如果沒要求輸出則為空如果沒要求輸出則為空.2021/8/22M5-542021/8/22M5-55/POST1SET，3

19、! 1s s 位移解位移解PLDISP，PLNSOL，F(xiàn)INISH2021/8/22M5-561s s 結(jié)果主要用于：結(jié)果主要用于：第一步的主要計(jì)算：第一步的主要計(jì)算： 在給定的時(shí)間間隔內(nèi)，某一自由度上的位移超過在給定的時(shí)間間隔內(nèi)，某一自由度上的位移超過0.32個(gè)單位的概個(gè)單位的概率是多少？率是多少？疲勞計(jì)算：疲勞計(jì)算： 基于下述假設(shè)：應(yīng)力水平在時(shí)間的基于下述假設(shè)：應(yīng)力水平在時(shí)間的68%以內(nèi)為以內(nèi)為 1s s ，在時(shí)間的在時(shí)間的27%（95-68）以內(nèi)為）以內(nèi)為 2s s ，在時(shí)間的在時(shí)間的3%（98-95）以內(nèi)為）以內(nèi)為 3s s 基于基于 Monte Carlo 仿真的可靠性（風(fēng)險(xiǎn)性）分析

20、仿真的可靠性（風(fēng)險(xiǎn)性）分析2021/8/22M5-57響應(yīng)功率譜密度：響應(yīng)功率譜密度：使工程師有某種響應(yīng)量（如應(yīng)力）是如何隨頻率變化的觀念使工程師有某種響應(yīng)量（如應(yīng)力）是如何隨頻率變化的觀念結(jié)果文件包括結(jié)果文件包括 1s s 時(shí)各量的數(shù)值，它是功率譜密度曲線下面積的平時(shí)各量的數(shù)值，它是功率譜密度曲線下面積的平方根方根POST26，時(shí)間時(shí)間-歷程后處理器用于計(jì)算響應(yīng)功率譜密度歷程后處理器用于計(jì)算響應(yīng)功率譜密度2021/8/22M5-58為了計(jì)算響應(yīng)功率譜密度：為了計(jì)算響應(yīng)功率譜密度：1. 進(jìn)入進(jìn)入POST26 ，并首先存儲(chǔ)頻率矢量：并首先存儲(chǔ)頻率矢量： 在某個(gè)自然頻率的兩邊各取在某個(gè)自然頻率的兩

21、邊各取1到到10 個(gè)附加的個(gè)附加的數(shù)據(jù)點(diǎn)以繪制一條更光滑的頻率曲線，缺省數(shù)據(jù)點(diǎn)以繪制一條更光滑的頻率曲線，缺省值是各取值是各取5個(gè)附加的個(gè)附加的 數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)據(jù)點(diǎn) 變量變量1自動(dòng)地賦給頻率變量自動(dòng)地賦給頻率變量典型命令：典型命令：/POST26STORE，PSD，.2021/8/22M5-592.確定結(jié)果中要對(duì)其進(jìn)行功率譜密度響應(yīng)計(jì)算的物理量：確定結(jié)果中要對(duì)其進(jìn)行功率譜密度響應(yīng)計(jì)算的物理量： TimeHist Postpro Define Variables. 可以是任何節(jié)點(diǎn)的或單元的結(jié)果項(xiàng)可以是任何節(jié)點(diǎn)的或單元的結(jié)果項(xiàng)選擇項(xiàng)選擇項(xiàng)，然后拾取節(jié)點(diǎn)然后拾取節(jié)點(diǎn).典型命令：典型命令：NSOL，ESOL，.2021/8/22M5-603. 計(jì)算并用圖形顯示功率譜密度響應(yīng)：