動力學06模態(tài)疊加

第六章模態(tài)疊加1第六章：模態(tài)疊加第一節(jié)：定義模態(tài)疊加第二節(jié)：學習如何使用模態(tài)疊加的方法第三節(jié)：模態(tài)疊加實例2模態(tài)疊加

第一節(jié)：定義和目的模態(tài)疊加是用于瞬態(tài)分析和諧分析的一種求解技術(shù)模態(tài)疊加是將從模態(tài)分析中得到各個振型分別乘以系數(shù)后疊加起來以計算動力學響應(yīng)它是一個用來求解線性動力學問題的快速、有效的方法另一種可選用的方法是直接積分方法，這種方法需要較多的時間下面來比較這兩種方法3模態(tài)疊加

定義和目的（接上頁）模態(tài)疊加法運動方程是去耦的,求解速度很快當僅需少量模態(tài)來描述響應(yīng)時有效需要模態(tài)解中的特征向量只用于線性分析,不能有非線性性質(zhì)決定要使用多少個模態(tài)是比較困難的,很少幾個模態(tài)可能得到良好的位移結(jié)果,但只能得到很差的應(yīng)力結(jié)果直接積分法完全耦合的運動方程,求解很費時間對大多數(shù)問題都有效不需要特征向量然而大多數(shù)動力分析是從模態(tài)求解開始的在瞬態(tài)分析中允許有非線性性質(zhì)決定積分時間步長Dt比決定要疊加的模態(tài)個數(shù)更為容易4模態(tài)疊加

第二節(jié)：步驟五個主要步驟：建模獲得模態(tài)解轉(zhuǎn)換成諧分析和瞬態(tài)分析加載并求解查看結(jié)果5模態(tài)疊加

建模模型與模態(tài)分析所考慮的問題相同只能用線性單元和材料忽略各種非線性性質(zhì)注意密度!此外,若有與材料相關(guān)的阻尼,必須在這一步中定義參見第一章中建模要考慮的問題6建模的典型命令流(接上頁)/PREP7ET，...MP，EX，...MP，DENS，…!建立幾何模型…!劃分網(wǎng)格…7模態(tài)疊加

獲得模態(tài)解建模獲得模態(tài)解與模態(tài)分析步驟相同有少量差別,將在后面討論8模態(tài)疊加

獲得模態(tài)解（接上頁）提取模型：只有BlockLanczos法,子空間法,或縮減法是有效的方法提取可能對動力學響應(yīng)有影響的所有模態(tài)模態(tài)擴展在查看模態(tài)振型時是必要的,但在進行模態(tài)疊加求解時并不需要典型命令：/SOLUANTYPE,MODAL,NEWMODOPT,…MXPAND,9模態(tài)疊加

獲得模態(tài)解（接上頁）載荷和約束條件：在這一步中必須施加所有的位移約束,位移約束值只能為零,非零值是不允許的如果諧分析和瞬態(tài)分析中要施加單元載荷（如壓力溫度和加速度等）時,它們必須在這一步中定義求解器忽略模態(tài)求解中的載荷,但是將載荷向量寫入.mode文件10模態(tài)疊加

獲得模態(tài)解的命令（接上頁）DK,… !或D或DSYMDL,…DA,SFL,… !或SF或SFESFA,…BFK,… !或BF或BFEBFL,…BFA,…BFV,…SOLVE11模態(tài)疊加

轉(zhuǎn)換成諧分析或瞬態(tài)分析建模獲得模態(tài)解進行諧分析或瞬態(tài)分析退出并重新進入求解器新分析：諧分析或瞬態(tài)分析分析選項：下面討論阻尼：下面討論典型命令：FINISH/SOLUANTYPE,HARMIC!或ANTYPE,TRANS12模態(tài)疊加

轉(zhuǎn)換成諧分析或瞬態(tài)分析（接上頁）分析選項–除以下幾點外均類同于完全諧分析或瞬態(tài)分析：求解方法：模態(tài)疊加法最大模態(tài)序號：用于求解的最大模態(tài)序號,缺省值為擴展的最高模態(tài)序號最小模態(tài)序號：最低模態(tài)序號,缺省值為1對于諧分析還有下列選項：求解的聚類選項用以形成平滑的響應(yīng)曲線用于打印每個頻率的模態(tài)模態(tài)參與量的選項13模態(tài)疊加

轉(zhuǎn)換成諧分析或瞬態(tài)分析命令（接上頁）諧響應(yīng)分析典型命令：HROPT,MSUP,…HROUT,…LUMPM,…瞬態(tài)應(yīng)分析典型命令：TRNOPT,MSUP,…14模態(tài)疊加

轉(zhuǎn)換成諧分析或瞬態(tài)分析（接上頁）阻尼大多數(shù)情況下應(yīng)該規(guī)定某種形式的阻尼對模態(tài)疊加可有四種形式：Alpha（質(zhì)量）阻尼Beta（剛度）阻尼均依賴整體和材料恒定阻尼比依賴于頻率的阻尼比（模態(tài)阻尼）典型命令：ALPHAD,…BETAD,… !或MP,DAMP,DMPRAT,…MDAMP,15模態(tài)疊加

施加載荷并求解建模獲得模態(tài)解轉(zhuǎn)換成諧分析和瞬態(tài)分析施加載荷并求解只能施加力和加速度載荷，不能施加位移載荷來自模態(tài)分析的載荷矢量（后面討論）在瞬態(tài)分析中用于初始靜態(tài)求解的條件（后面討論）在整個瞬態(tài)分析中的積分時間步長是恒定的開始求解計算（SOLVE）16模態(tài)疊加

施加載荷并求解命令(接上頁)諧響應(yīng)載荷定義命令：FK,… !或FACEL,…LVSCALE,…HARFRQ,… !諧響應(yīng)頻率范圍NSUBST,… !在頻率范圍內(nèi)的求解數(shù)目KBC,1 !典型的階梯載荷17模態(tài)疊加

施加載荷并求解（接上頁）載荷矢量在模態(tài)疊加分析中，載荷矢量是施加單元載荷（壓力、加速度和溫度）的一種方法它是根據(jù)模態(tài)分析所規(guī)定的載荷由模態(tài)求解計算出來的施加載荷矢量時可以帶有比例因子（缺省值為10）18模態(tài)疊加

施加載荷并求解（接上頁）瞬態(tài)分析中的初始靜態(tài)解在模態(tài)疊加法瞬態(tài)分析中的初始靜態(tài)解（時間=0）通常是一個靜態(tài)解（使用波前求解器）對大模型需花很長的時間和磁盤空間為了避免發(fā)生這種情況（并且得到{U}t=0={0}）,在時間步=0時不要施加任何載荷19模態(tài)疊加

施加載荷并求解命令（接上頁）瞬態(tài)載荷定義命令：DELTIM,… !積分時間步長(整個瞬態(tài)過程為常數(shù))TIME,0 !在零時刻求解!僅當做非零靜力求解時才定義載荷FK,… !或F,ACEL,…LVSCALE,…SOLVE!瞬態(tài)求解*DIM,… !載荷-時間數(shù)組可以表示力或載荷矢量!定義載荷數(shù)組…!終點時間和輸出控制TIME,…OUTRES,… !輸出控制20模態(tài)疊加

施加載荷并求解（接上頁）求解與全瞬態(tài)分析和諧分析步驟相同在求解過程中僅計算出位移結(jié)果（沒有應(yīng)力和反作用力），位移結(jié)果被寫入：jobnamerdsp瞬態(tài)分析jobnamerfrq諧分析下一步是察看結(jié)果典型命令：SOLVEFINISH21模態(tài)疊加

察看結(jié)果建模獲得模態(tài)轉(zhuǎn)換成諧分析或瞬態(tài)分析施加載荷并求解察看結(jié)果，有如下三步：察看位移解的結(jié)果擴展位移解察看擴展了的解結(jié)果22模態(tài)疊加

察看結(jié)果（接上頁）察看位移結(jié)果進入POST26,時間—歷程后處理器首先確定結(jié)果文件-jobnamerdsp

或jobnamerfrqTimeHistPostpro>Settings>File或文件命令對模型上的特殊點定義位移變量，然后得出位移對時間（或頻率）曲線圖使用圖和表來確定各臨界時間點（或頻率和相角）23模態(tài)疊加

察看結(jié)果命令（接上頁）/POST26 !時間歷程后處理 !或NSOL,… !定義變量PLVAR,… !繪制變量曲線PRVAR,… !列表顯式變量EXTREM,…!列表顯式極值FINISH24模態(tài)疊加

察看結(jié)果（接上頁）擴展位移解在這個過程中，導出數(shù)據(jù)（應(yīng)力、反作用力等等）可根據(jù)初級數(shù)據(jù)（位移解）計算而得如果采用的是縮減法，則擴展指的是根據(jù)對一組主自由度的計算結(jié)果計算出對全部自由度的結(jié)果有如下三步：1 進入求解器，并激活擴展項Solution>ExpansionPass或EXPASS,ON典型命令：/SOLUEXPASS,ON252規(guī)定被擴展的解或解的范圍對于諧分析，記住要規(guī)定相角或者要求擴展實部和虛部兩部分（這些結(jié)果然后可以采用

HRCPLX命令在POST1中組合）Solution>ExpansionPass>3 開始擴展位移解Solution>-Solve-CurrentLS或SOLVE結(jié)果寫入.rst文件中（jobnamerst），并且能夠用通用后處理器POST1來查看模態(tài)疊加

察看結(jié)果（接上頁）典型命令：HREXP,… !擴展的相位角（僅對于諧響應(yīng)分析）EXPSOL,… !擴展一個單個解 !或NUMEXP,…擴展一定范圍解SOLVE26模態(tài)疊加

察看結(jié)果（接上頁）觀察擴展解使用通用后處理器POST1步驟與完全瞬態(tài)和諧分析相同從結(jié)果文件中讀入所需要的結(jié)果組，然后畫出變形的形狀以及應(yīng)力等值圖等等對諧分析如果選擇擴展實部和虛部兩者，使用HRCPLX命令在特定的相角下對兩者進行組合（如果選擇在特定的相角下擴展位移解，就不需要這樣做）27模態(tài)疊加

察看結(jié)果命令（接上頁）/POST1 !進入通用后處理器SET,LIST !列表顯式結(jié)果一覽表SET,… !讀入向要的結(jié)果序列HRCPLX,…!合并實部和虛部–對于諧響應(yīng)分析, !僅當

擴展過程中選擇了HREXP,