ANSYS随机振动理论.docx
《ANSYS随机振动理论.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《ANSYS随机振动理论.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
ANSYS随机振动理论
§4.5随机振动（PSD）分析步骤
PSD分析包括如下六个步骤：
1．建造模型；
2．求得模态解；
3．扩展模态；
4．获得谱解；
5．合并模态；
6．观察结果。
以上六步中，前两步跟单点响应谱分析一样，后四步将在下面作详细讲解。
ANSYS/Professional产品中不能进行随机振动分析。
如果选用GUI交互方法进行分析，模态分析选择对话框（MODOPT命令）中包含有是否进行模态扩展选项（MXPAND命令），将其设置为YES就可以进行下面的：
扩展模态。
这样，第二步（求得模态解）和第三步（扩展模态）就合并到一个步骤中进行计算。
§4.4.9建造模型
该步与其它分析类型建立模型的过程相似，即定义工作名、分析的标题、单元类型、单元实常数、材料性质、模型几何形状等。
注意以下两点：
·只有线性行为在谱分析中才是有效的。
任何非线性单元均作为线性处理。
如果含有接触单元，那么它们的刚度始终是初始刚度，不再改变；
·必须定义材料弹性模量（EX）（或其他形式的刚度）和密度（DENS）。
材料的任何非线性将被忽略，但允许材料特性是线性的、各向同性或各向异性以及随温度变化或不随温度变化。
§4.5.0获得模态解
结构的模态解（固有频率和振型）是计算谱解所必须的。
模态分析的具体过程在《模态分析》中已经阐述过，这里还需注意以下几点：
·使用Block Lanczos法（缺省）、子空间法或缩减法提取模态。
非对称法、阻尼法、QR阻尼法以及PowerDynamics法对下一步谱分析是无效的；
·所提取的模态数目应足以表征在感兴趣的频率围结构所具有的响应；
·如果使用GUI交互式方法进行分析，模态分析设置[MODOPT]对话框的扩展模态选项置为NO状态，那么模态计算时将不进行模态扩展，但是可以选择地扩展模态（参看MXPAND命令的SIGNIF输入项的用法）。
否则，将扩展模态选项置为YES状态。
·材料相关阻尼必须在模态分析中进行指定；
·必须在施加激励谱的位置添加自由度约束；
·求解结束后退出SOLUTION处理器。
§4.5.1扩展模态
无论选用子空间法、Block Lanczos法还是缩减法，都必须进行模态扩展。
关于模态扩展，《动力学分析指南—模态分析》部分“扩展模态”一节有详细讲述。
另外还需注意以下几点：
·只有扩展后的模态才能在以后的模态合并过程中进行模态合并操作；
·如果对谱所产生的应力感兴趣，这时必须进行应力计算。
在缺省情况下，模态扩展过程是不包含应力计算的，这同时意味着谱分析将不包含应力结果数据。
·模态扩展可以作为一个独立的求解过程，也可以放在模态分析阶段；
·在模态扩展结束之后，应执行FINISH命令退出求解器（SOLUTION）。
正如《动力学分析指南—模态分析》部分中讲述的那样，在进行模态分析时执行MXPAND命令就可以将模态求解和模态扩展合并成一步（GUI交互方法和批处理方法）。
§4.5.2获得谱解
功率谱密度谱求解时，系统数据库必须包含模态分析结果数据，以及模态求解获得的下列文件：
Jobname.MODE、Jobname.ESAV、Jobname.EMAT、Jobname.FULL（仅子空间法和Block Lanczos法有）和Jobname.RST。
1.进入求解器 （/SOLU命令）
Command:
/SOLU
GUI:
Main Menu > Solution
2.定义分析类型和分析选项
·对于谱分析类型（SPOPT命令），选择功率谱密度（PSD）；
·若对应力结果感兴趣，则打开应力计算开关（SPOPT命令设置为ON）。
只有在扩展模态过程中要求过计算应力，这时才能计算由谱引起的应力。
3.定义载荷步选项。
下面的选项适用于随机振动：
·谱数据
Ø功率谱密度（PSD）类型
Command:
PSDUNIT
GUI:
Main Menu > Solution > Spectrum > -PSD-Settings
功率谱密度类型可以是位移、速度、力、压力或加速度。
在后面的第4.步和第5.步中将指定是基础激励还是节点激励。
如果施加压力功率谱密度，则应在模态分析时就施加压力。
Ø定义功率谱密度—频率二维表
Command:
PSDFREQ, PSDVAL
GUI:
Main Menu > Solution > Spectrum > -PSD-PSD vs Freq
Main Menu>Solution>Spectrum>-PSD-Graph Tables
PSDFEQ和PSDVAL命令是用来定义功率谱密度—频率二维表。
第6.步将描述其它功率谱密度激励的施加方法。
执行STAT命令可以显示功率谱密度表。
·阻尼（动力特性选项）
这里可以指定下列种类的阻尼：
a阻尼（ALPHD命令）、b阻尼（BETAD命令）、恒定阻尼比（DMPRAT命令）和频率相关阻尼比（MDAMP命令）。
注意，恒定阻尼比是利用DMPRAT命令指定给所有频率的。
如果定义了多种阻尼，ANSYS将计算出对应每一频率的有效阻尼比。
注意：
若在PSD分析中没有定义阻尼，即缺省时将使用1％的DMPRAT。
·Alpha（质量）阻尼
Command:
ALPHD
GUI:
Main Menu > Solution > Load Step Opts –Time/Frequence > Damping
·Beta（刚度）阻尼
Command:
BETAD
GUI:
Main Menu > Solution > Load Step Opts –Time/Frequence > Damping
·恒定阻尼比
Command:
DMPRAT
GUI:
Main Menu > Solution > Load Step Opts –Time/Frequence > Damping
·频率相关阻尼比
Command:
MDAMP
GUI:
Main Menu > Solution > Load Step Opts –Time/Frequence > Damping
下面是随机振动分析的步骤：
4.在节点上施加功率谱密度（PSD）激励
当指定值1.0时，该节点就施加功率谱密度激励。
反之，指定值0.0（或空值）时，该节点的功率谱密度激励将被删除。
激励的方向由D命令（施加基础激励）中UX、UY、UZ的符号或者F命令（施加节点激励）中FX、FY、FZ的符号来决定。
对于节点激励，非1.0的值充当激励缩放系数。
对于压力功率谱密度，引入模态分析中生成的载荷向量（LVSCALE命令），也可以使用缩放系数。
注意，基础激励只能施加在模态分析中施加有约束的节点上。
Command:
D、DK、DL或DA（施加基础激励）
F或FK（施加节点激励）
LVSCALE（施加压力PSD）
GUI:
Main Menu > Solution > -Loads-Apply > -Base PSD Excit-On Nodes
5.开始计算上述PSD激励缩放系数
在PFACT命令的TBLNO域指定选用哪一个PSD表，Excit域指定是对基础激励还是节点激励的计算。
Command:
PFACT
GUI:
Main Menu > Solution > -Load Step Opts – Spectrum > -PSD-Calculate PF
6.定义其它PSD激励
如果同一模型上有多个PSD激励，就按每一个功率谱密度表重复上面第3、4和5步的过程。
然后根据实际情况确定各激励间的相关程度，恰当地选用下列命令：
Command:
COVAL（共谱值）
QDVAL（二次谱值）
PSDSPL（空间关系）
PSDWAV（波传播关系）
GUI:
Main Menu > Solution > -Load Step Opts – Spectrum > -PSD-Correlation
在使用PSDSPL或PSDWAV命令时，PFACT命令的Parcor域分别设置为SPATIAL或WAVE。
对于多点基础激励，由于PSDSPL和PSDWAV间的关系可能会大大增加CPU的计算量。
在使用PSDSPL和PSDWAV命令（例如，FY不能施加到一个节点而FZ施加到另外一个节点）时，节点激励和基础激励输入必须是一致的。
PSDSPL和PSDWAV命令不能用于压力PSD分析。
7.设置输出控制项
该分析只有一条输出控制命令PSDRES，它定义写入结果文件的输出数据的数量和格式。
可以计算出三种结果数据：
位移解、速度解、或加速度解，每一种解都可以是绝对值或对于基准值的相对值。
Command:
PSDRES
GUI:
Main Menu > Solution > -Load Step Opts – Spectrum > -PSD-Calc Controls
下表列出了所有可以获得的分析结果。
为了限制输入到结果文件的数据量，在模态扩展过程中执行OUTRES命令进行控制。
执行命令OUTPR, NS OL, ALL将显示重要的模态方协差项的总列表。
PSD分析结果数据列表
速度求解（PSDRES命令中
LABEL项为VELO）
速度、应力速度和力速度等
相对、绝对或都不是
加速度求解（PSDRES命令中
LABEL项为ACEL）
加速度、应力加速度和力加速度等
相对、绝对或都不是
8.开始求解计算（SOLVE命令）
Command:
SOLVE
GUI:
Main Menu > Solution > Current LS
9.退出求解器（FINISH命令）
Command:
FINISH
GUI:
退出求解器
§4.5.3合并模态
在求解过程中，模态合并可以作为独立步骤，其基本过程如下：
1.进入求解器
Command:
/SOLU
GUI:
Main Menu > Solution
2.指定分析类型
Command:
ANTYPE
GUI:
Main Menu > Solution > New Analysis
·选项：
New Analysis（ANTYPE命令）
选择新的分析。
·选项：
Analysis Type：
Spectrum（ANTYPE命令）
选择谱分析。
3.选择模态合并方法
在随机振动中，只有PSD模态合并方法。
该方法将计算结构中的1s位移、应力等。
如果没有执行PSDCOM命令，程序将不计算结构的1s响应。
Command:
PSDCOM
GUI:
Main Menu > Solution > -Load Step Opts-Spectrum > PSD-Mode Combin
PSD模态合并方法（PSDCOM命令）中的SIGNIF和COMODE选项指定参加模态合并的数目（PSDCOM命令）。
如果检验这两个选项，记住打印第四步（获得谱解）中模态协方差矩阵，研究趋向于最终结果的模态的相对分布。
4.开始求解
Command:
SOLVE
GUI:
Main Menu > Solution > -Solve-Current LS
5.退出求解器
Command:
FINISH
GUI:
退出求解器。
§4.5.4观察结果
随机振动分析的结果都写入结果文件Jobname.RST，它包括如下信息：
1.模态分析结果中的扩展模态形状；
2.基础激励静力解（PFACT, , BASE命令）；
3.如果要求进行模态合并（PSDCOM命令），并且是利用PSDRES命令设置的，那么就有下列输出信息：
·1s位移解 （位移、应力、应变、力）；
·1s速度解 （速度、应力速度、应变速度、力速度）；
·1s加速度解 （加速度、应力加速度、应变加速度、力加速度）。
先在POST1后处理器中观察上述信息，然后在POST26处理器中计算响应PSD。
§4.5.4.1在POST1后处理器中观察结果
在观察结果之前，先要了解结果文件中结果数据结构，如下表所示。
注意：
如果只定义了节点PSD激励，第2载荷步的结果将是空的。
同样，如果用PSDRES命令放弃了位移、速度或加速度的求解,对应的载荷步也将是空的。
在功率谱密度分析时，将不生成载荷步3、4或5中超单元位移文件（.DSUM）。
PSD分析结果数据组织结构
载荷步
子步
容
1
1
2
3
等
第1阶模态的扩展了的模态解
第2阶模态的扩展了的模态解
第3阶模态的扩展了的模态解
等等
2
1
2
等
第1个PSD表的单位静态解
第2个PSD表的单位静态解
等等
3
1
1s位移解
4
1
1s速度解（如果要求了的话）
5
1
1s加速度解（如果要求了的话）
POST1后处理器中观察结果的步骤：
1．用SET命令将想要观察的结果数据读入数据库。
例如，要读入1s位移解，执行命令：
Command:
SET
GUI:
Main Menu > General Postproc > -Read Results-First Set
2．显示结果。
使用SPRS分析中相同的选项来显示结果。
注意：
在随机振动分析中，"应力"并不是实际的应力而是应力的统计值，由PLNSOL命令显示的节点平均应力可能是不合理的。
§4.5.4.2在POST26中计算响应PSDs
已有了Jobname.RST和Jobname.PSD文件，用户就可以计算并显示响应PSDs结果文件中的任何信息（位移、速度和加速度）。
计算响应PSDs的步骤：
1.进入时间－历程后处理器
Command:
/POST26
GUI:
Main Menu > TimeHist PostPro
2.存储频率向量。
NPTS是加在固有频率两边以使得频率向量变得"平滑"的频率点的数目（缺省值是5）。
频率向量保存为1。
Command:
STORE,PSD,NPTS
GUI:
Main Menu > TimeHist PostPro > Store Data
3.定义保存感兴趣结果（位移、应力和反力等）的变量
Command:
NSOL,ESOL,和/或RFORCE
GUI:
Main Menu > TimeHist PostPro > Define Variables
4.计算响应PSD并将其保存到一个指定变量，然后可用PLVAR命令来显示响应PSD。
Command:
RPSD
GUI:
Main Menu > TimeHist PostPro > Calc Resp PSD
§4.5.4.3在POST26中计算协方差
用户可以计算结果文件中任意两个量（位移、速度和/或加速度）之间的协方差：
1.进入时间－历程后处理器 /POST26
Command:
/POST26
GUI:
Main Menu > TimeHist PostPro
2.定义保存感兴趣结果（位移、应力和反力等）的变量
Command:
NSOL,ESOL,和/或RFORCE
GUI:
Main Menu > TimeHist PostPro > Define Variables
3.计算每一个响应分量（相对或绝对响应）的大小，并保存到指定的对应变量中。
然后，可以利用PLVAR命令来绘制伴（相对的）模态分布图，同时包含准静态和对总体协方差响应混合部分的分布。
Command:
CVAR
GUI:
Main Menu > TimeHist PostPro > Calc Covariance
4.获得协方差。
Command:
*GET, NameVARI, n, EXTREM, CVAR
GUI:
Utility Menu > Parameters > Get Scalar Data
升级会员 