譜分析理論第一部分響應(yīng)譜分析

1、譜分析理論第一部分響應(yīng)譜分析單點響應(yīng)譜分析多點響應(yīng)譜分析譜分析總論譜分析定義? 用來計算結(jié)構(gòu)在包括多種頻率的瞬態(tài)激勵下的響應(yīng).激勵可能來自地震、飛機(jī)噪聲、發(fā)射起動譜是在頻率域中的載荷歷程.也可稱作為響應(yīng)譜.譜分析總論El Centro Earthquake ( 1940 )Acceleration vs. timeAcceleration spectrum (G vs. Hz)A structure subject to the El Centro earthquake can be analyzed using either a Transient analysis or spectrum

2、analysis.譜分析總論是模態(tài)分析延伸，用于計算結(jié)構(gòu)對地震及其它隨機(jī)激勵的響應(yīng)；計算在每個固有頻率處的給定譜值的結(jié)構(gòu)最大響應(yīng). 這個最大響應(yīng)作為模態(tài)的比例因子.將這些最大響應(yīng)進(jìn)行組合來給出結(jié)構(gòu)的總的響應(yīng).譜分析總論譜分析的替代方法是瞬態(tài)分析，二者區(qū)別為： 瞬態(tài)分析很難應(yīng)用于地震等隨時間無規(guī)律變化載荷的分析;在瞬態(tài)分析中，為了捕捉載荷，時間步長必須取得很小，因而費時且昂貴.然而，瞬態(tài)分析更加精確.在譜分析中，關(guān)鍵是快速獲得最大響應(yīng)，一些信息也會丟失（如相位角等）.譜分析總論應(yīng)用： 建筑物框架及橋梁 太空船部件 飛機(jī)部件 承受地震或其它不穩(wěn)定載荷的系統(tǒng)譜分析總論ANSYS可以進(jìn)行四種類型的譜分

3、析:單點響應(yīng)譜給模型中一個點集指定一條響應(yīng)譜曲線。比如對所有支撐點.多點響應(yīng)譜對不同的點集指定不同的響應(yīng)譜曲線.動力學(xué)設(shè)計分析方法 (DDAM)是一種用于船用裝備抗振性的技術(shù)，它所用的譜是從美國海軍研究實驗室報告中一系列經(jīng)驗公式和振動設(shè)計表得到的.功率譜密度 (PSD)*是在隨機(jī)振動中概率統(tǒng)計的方法.譜的定義譜分析中如何使用響應(yīng)譜來計算結(jié)構(gòu)的響應(yīng)參與因子Participation factor模態(tài)系數(shù)Mode coefficient模態(tài)合并Mode combination譜分析總論譜分析總論譜曲線代表了理想化的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在某激勵下的最大響應(yīng). 響應(yīng)可以是加速度、速度、位移或力.例如,四個單自由度

4、彈簧質(zhì)量系統(tǒng)置于振動板上.它們的頻率分別是 f1, f2, f3, 和f4, 并且f1 f2 f3 File Read Input from.讀入*.mcom文件察看變形后的形狀圖形顯示應(yīng)力和應(yīng)變多點響應(yīng)譜（MPRS)分析選用MPRS而不是PSD作為譜分析類型;“PSD頻率”關(guān)系表對應(yīng)譜值頻率關(guān)系; 各譜之間不能定義任何程度的相關(guān)性(即,假定各譜之間是不相關(guān)的)。只計算（相對于基礎(chǔ)激勵的）相對結(jié)果，不計算絕對結(jié)果；除了PSDCOM的模態(tài)合并方法以外，其他所有模態(tài)合并方法都可以選用。多點響應(yīng)譜分析的結(jié)果是以POST1的命令格式寫入到模態(tài)合并文件（ Jobname.MCOM）中。 多點響應(yīng)譜分析與

5、隨機(jī)振動分析（將在后面進(jìn)行討論）的過程除了以下六點外是相同的:第二部分隨機(jī)振動隨機(jī)振動分析概論隨機(jī)振動分析基于概率統(tǒng)計學(xué)的譜分析.例如火箭在每次發(fā)射中由載荷（例如加速度載荷等）產(chǎn)生的不同時間歷程Reference: Random vibrations in mechanical systems by Crandall & Mark隨機(jī)振動分析概論由于時間歷程不是確定的，所以瞬態(tài)分析不是可選的.而利用統(tǒng)計學(xué)標(biāo)本功率譜密度PSD代表載荷時間歷程.隨機(jī)振動分析概論PSD定義PSD是一條功率譜密度值頻率值的關(guān)系曲線，其曲線下的面積就是方差，即響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)偏差的平方值.PSD的單位是mean square/

6、Hz (如加速度PSD單位G2/Hz).PSD可以是位移、速度、加速度或力.隨機(jī)振動分析概論輸入值：結(jié)構(gòu)的自然頻率及模態(tài)功率譜密度曲線（將在后面討論）輸出值：以1s位移和應(yīng)力表示最可能出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)響應(yīng)隨機(jī)振動分析步驟六個主要步驟：建模獲得模態(tài)解轉(zhuǎn)換成譜分析類型定義和施加功率譜密度激勵求解察看結(jié)果獲得模態(tài)解載荷及邊界條件：對于基礎(chǔ)激勵，一定要約束適當(dāng)?shù)淖杂啥葘τ趬毫SD， 在此步中施加壓力于想要的表面上文件： jobname.mode文件含有特征向量而且是對于頻譜求解所需要的阻尼阻尼：所有四種形式均可采用：-阻尼（質(zhì)量阻尼）-阻尼（剛度阻尼）恒定阻尼比與頻率相關(guān)的阻尼比（模態(tài)阻尼）如果沒有指明阻

7、尼，ANSYS將以1%的恒定阻尼作為缺省值定義并施加功率譜密度激勵定義并施加功率譜密度激勵：指明功率譜密度設(shè)置定義功率譜密度對頻率的數(shù)據(jù)表在想要的節(jié)點施加激勵功率譜密度設(shè)置功率譜密度設(shè)置：頻譜類型（單位）：加速度 （常規(guī)單位或 g2/Hz）速度位移力壓力表號的缺省值為1，對于多條功率譜密度曲線，使用表號典型命令：PSDUNIT，.功率譜密度頻率的數(shù)據(jù)表功率譜密度對頻率的數(shù)據(jù)表：指明表號（通常為1）然后一對一對地輸入頻率和功率譜密度值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加速度、速度或位移功率譜密度：這些是基礎(chǔ)上的激勵并且只能施加于以前約束過的節(jié)點上在 UX， UY或UZ （

8、Pick nodes.施加功率譜密度作用力功率譜密度：節(jié)點激勵作為數(shù)值為1.0（或希望的比例因子）的作用力施加在 FX， FY或FZ （激勵方向）上壓力功率譜密度：要求在模態(tài)分析中即施加壓力使用載荷矢量（在模態(tài)求解時計算出的）來施加壓力功率譜密度激勵求 解求解：激活功率譜密度模態(tài)組合方法指定計算的項目*計算參與系數(shù)*啟動功率譜密度求解器*將在后面討論計算項目缺省的計算項目是計算相對于基礎(chǔ)激勵的位移解（包括應(yīng)力和應(yīng)變）；可以獲得相對于基礎(chǔ)的或絕對的速度和加速度解。計算參與系數(shù)必須計算模態(tài)對每一個定義的功率譜密度表的參與系數(shù)；指定基礎(chǔ)或節(jié)點激勵。啟動功率譜密度求解器：結(jié)果寫入 .rst文件中典型命

9、令：PFACT，SOLVEFINISH查看結(jié)果查看結(jié)果：繪圖和列表顯示 1s 時的各參數(shù)時的數(shù)值 （POST1）生成響應(yīng)功率譜密度 （POST26）計算兩個量之間的協(xié)方差 （POST26）結(jié)果文件內(nèi)容結(jié)果文件最多可以有5個載荷步:載荷步 1： 模態(tài)結(jié)果，每階模態(tài)一個子步；載荷步2： 單位靜態(tài)解，每個PSD表一個子步； 如果不是基礎(chǔ)激勵則為空；載荷步3： 1s 位移解；載荷步4： 1s 速度解；如果沒要求輸出則為空。載荷步5： 1s 加速度解；如果沒要求輸出則為空。1s 結(jié)果的數(shù)值及意義隨機(jī)振動結(jié)果為 1s時的各參數(shù)的值： 1s時的位移，1s 時的應(yīng)力等等；所有參數(shù)都假定為平均值為零的高斯（正態(tài)）分布；例如，最大位移 Umax表示Uimax 等為 或更小值的概率為 68%（1s）；它同時也表示為： Umax等為或更小的機(jī)率 為95%（2s） Umax