ANSYS谱分析的概念步骤及关键点

1、ANSY鳄分析的概念、步骤及关键点谱是谱值和频率的关系曲线，反映了时间-历程载荷的强度和频率之间的关系。响应谱代表系统对一个时间-历程载荷函数的响应，是一个响应和频率的关系曲线。谱分析是一种将模态分析结果和已知谱联系起来的计算结构响应的分析方法，主要用于确定结构对随机载荷或随时间变化载荷的动力响应。谱分析可分为时间-历程分析和频域的谱分析。时间 -历程谱分析主要应用瞬态动力学分析。谱分析可以代替费时的时间-历程分析，主要用于确定结构对随机载荷或时间变化载荷(地震、风载、海洋波浪、喷气发动机推力、火箭发动机振动等)的动力响应情况。 谱分析的主要应用包括核电站(建筑和部件)，机载电子设备(飞机/导

2、弹)，宇宙飞船部件、飞机构件，任何承受地震或其他不规则载荷的结构或构件，建筑框架和桥梁等。功率谱密度(Power Spectrum Density ):是结构在随机动态载荷激励下响应的统计结果，是一条 功率谱密度值-频率值的关系曲线，其中 PS阿以是位移PSDK速度PSD加速度PSDK力PSD形式。 数学上，PSD-频率关系曲线下面的面积就是方差，即响应标准偏差的平方值。ANSY赠分析分为3种类型：*响应谱分析(SPRS OR MPRSANSYSJ应谱分为单点响应谱和多点响应谱，前者指在模型的一个点集(不局限于一个点)定义 一条响应谱；后者指在模型的多个点集定义多条响应谱。*动力设计分析(DD

3、AM动力分析设计是一种用于分析船舶装备抗震性的技术*随机振动分析(PSD)随机振动分析主要用于确定结构在具有随机性质的载荷作用下的响应。与响应谱分析类似，随机振动分析也可以是单点的或多点的。在单点随机振动分析时，要求在结构的一个点集上指定一个 PSD;在多点随机振动分析时，则要求在模型的不同点集上指定不同的PSD一单点响应谱分析基本步骤(1) 建立模型(2) 求得模态解(3) 求得谱解(4) 扩展模态(5) 合并模态(6) 观察结果1. 模型的建立*只允许线性行为，任何非线性特性均作为线性处理，即非线性行为无效；* 一定要定义弹性模量 £母口密度DENS2. 计算模态解结构的固有频率

4、和模态振型是谱分析所必须的数据，在进行谱分析求解前需要先计算模态解。* 只能用 subspace , Reduced 法和 black lanczos 法；*所提取的模态数应足以表征在感兴趣的频率范围内结构所具有的响应；*如果采用GUI菜单操作，在模态设置对话框打开了Expand mode shapes选项，将在模态分析中进行扩展操作，否则扩展操作将在谱分析求解之后进行(即模态扩展可在模态求解过程中实施，也可在谱分析以后单独扩展)；*有材料相关的阻尼必须在模态分析中定义；*对于地震谱必须在施加激励谱的位置添加自由度约束；*对于力/压力谱，必须在模态分析时加载；*求解结束退出solution 处

5、理器。3. 谱分析求解(1) 设置谱分析选项*指定分析类型为single-pt resp(单点响应谱)；*no.of models for solu( 模态扩展数)；*Calculate elem stresses(如果需要计算单元应力，打开该选项)(2) 设置激励谱选项*Type of response spectrum 响应谱的类型： Seismic displac 位移(Units: length) , Seismic velocity 速度(length/time) , Seismic accel 加速度(length/time人2), Force spectrum 力(forceam

6、plitude multipliers), PSD(accelerationA2/(cycles/time) 等；除了力谱之外，其余的都可以表示地震谱， 即它们都假定作用于基础上，即有约束的节点上。力谱作用于没有约束的节点，可以用F或FK令施加，方向分别用FX, FYFZ表示。PSD施加在非基础节点上。( PSD翻译成(in/sec2)2/Hz，是加速度 PSD, ANSYS不推荐在SPRS中使用PSD分析)，(命令：sytyp )。*Excitation direction设置激励谱方向，通过 3个坐标分量确定(命令： sed,x,y,z )(3) 定义激励谱的谱值-谱线关系曲线(freq和

7、sv)；(4) 设置阻尼；(5) 开始求解。4. 扩展模态 *只选择有明显意义的模态进行扩展；*扩展后才能合并；*选择应力计算；5. 合并模态合并模态前要重新进入 ANSYSt解器(1) 指定分析选项为 Spectrum(2) 选择模态合并方法*Mode Combination MethodCQCt:GRffe:DSUMfe：SRSS：NRLSU陆：*Type of output指定输出结果类型：位移 disp (位移，应力，载荷等)，速度 velo (速度、应力 速度、载荷速度等）和加速度 acel （加速度、应力加速度、载荷加速度等）* 合并求解 Solve-Current LS6. 观察

8、结果单点响应谱分析的结果是以 POST偷令的形式写入模态合并文件 Jobname.MCO州的，这些命令依 据模态合并方法指定的某种方式合并最大模态响应，最终计算出结构的总响应。总响应包括宗的位 移（或总速度、总加速度）以及在模态扩展过程中得到的结果一总应力（或总反应力速度、总反应加速度）、总应变（或总应变速度、或总应变加速度）、总的反作用力（或总的反作用力速度、总 反作用力加速度）。*进入通用后处理器POST1* 读入 jobname.MCOMX；件；*显示结果注意：使用PLNSO命令将衍生数据如应力、应变进行节点平均化处理，导致不同材料、不同壳厚度 或其它不连续性单元共有的节点平均意义十分模

9、糊。为避免这种问题，在执行PLNSO命令前，先使用SELECTIN谜择工具将具有同材料、相同壳体厚度等单元选择出来，再分别执行PLNSO命令进行节点平均化处理。二随机振动分析功率谱密度（PSD）是针对随机变量在均方意义上的统计方法，用于随机振动分析。此时，响应 的瞬态数值只能用于概率函数来表示，其数值的概率对应一个精确值。基本步骤（1）建立模型（2）计算模态解（3）谱分析求解（4）扩展模态（5）合并模态（6）观察结果其中（1）、（ 2）、（4）与单点响应谱分析相同1. 模型的建立*只允许线性行为，任何非线性特性均作为线性处理，即非线性行为无效，例如，如果分析中包括接触单元，它们的刚度将依据原始

10、状态来计算并且之后就不再改变；* 一定要定义弹性模量 £母口密度DENS2. 计算模态解结构的固有频率和模态振型是谱分析所必须的数据，在进行谱分析求解前需要先计算模态解。* 只能用 subspace , Reduced 法和 black lanczos 法；*所提取的模态数应足以表征在感兴趣的频率范围内结构所具有的响应；*如果采用GUI菜单操作，在模态设置对话框打开了Expand mode shapes选项，将在模态分析中进行扩展操作，否则扩展操作将在谱分析求解之后进行（即模态扩展可在模态求解过程中实施，也可在 谱分析以后单独扩展）；*有材料相关的阻尼必须在模态分析中定义；*对于地震

11、谱必须在施加激励谱的位置添加自由度约束;*对于力/压力谱，必须在模态分析时加载；*求解结束退出solution 处理器。3. 谱分析求解进入ANSY球解器，设置分析类型为Spectrum(1) 设置谱分析选项*指定分析类型为P.S.D 功率谱密度分析；*no.of models for solu(模态扩展数)；*Calculate elem stresses(如果需要计算单元应力，打开该选项)(2) 设置激励谱选项*Type of response spectrum响应谱的类型：加速度 Acceleration(Acceleration人2/Hz),Accal(gA2/Hz), 速度 Velo

12、city(velocity人2/Hz),位移 Displacement(displacement人2/Hz ),力Force spectrum (forceA2/Hz) 和 压力 Pressure Spectrum(pressureA2/Hz) 功率谱密度等；Force spectrum和Pressure Spectrum只能作为节点激励，且必须在模态分析时就加载。(命令 PSDUNIT, TBLNQ TYPE； GVALUE Value of acceleration duce to gravity arbitray units for ACCG PSD table. Default is

13、386.4 in/sA2。(3) 定义激励谱的谱值-谱线关系曲线(freq和sv)；(4) 施加功率谱密度激励Main Menu-Solusion-Define Loads-Apply-Spectrum-Base PSD Excit/Node PSD Excit这个施加步骤很关键：基础激励就默认加载在定义的约束点上；节点激励就默认模态分析时所加的力或压力作用的节点(5) 计算PSD与因子*Table no. of PSD table指定所要计算的PSDif编号*Base or Node Excitation设置PSD!励谱的类型是基础激励还是节点激励命令(PFACT, TBLNO, Excit

14、,Parcor )(6) 设置输出控制位移解Load Step3速度解Load Step4加速度解Load Step5(7) 开始求解。4. 扩展模态*只选择有明显意义的模态进行扩展；*扩展后才能合并；*选择应力计算；5. 合并模态合并模态前要重新进入 ANSYSt解器PSD-随机振动分析的合并模态操作与单点响应谱分析不同之处在于随机振动分析的合并方法只有 种，在分析对话框中需要指定需要合并的模态数；6.观察结果随机振动分析结果写入结果文件jobname.rst 中，包括*模态振型*基础激励静力解*位移解、速度解和加速度解可用POST例POST2观察结果(1) 通用后处理器POST1* 读入

15、jobname.MCOMK 件；*显示结果(2) POST26*存储频率向量STOFR PSD*定义变量*计算响应PS研保存为变量*获得响应曲线命令PLVAR画出曲线*还可计算协方差得到任意变量间的关系惜分析常见问题及解答。有用户在随机振动分析（PSD）中指定了压力PSD.但得不到任何参与系数°主要是厝 分析中压力载荷定义的不正确°为得到压力FSI）参与系数，必须在MODAL分析时 施加压力载荷来计算载荷向斌。然后通过LVSCAI-E命令在语分析中使用。如果获得3 sigma结果，只需将】sigi.ui结果素以系数3即可°栽优步3结果的单位为mm, m等；应力结果

16、应为MP径或Pa （I sigma）r女随机振动分析中，用RPSi）命令的响应PSD的单位.是什么？女如果单个17）（基础或力）激励施加到很多激励点（用D或卜'命令）上.这些节点 激励是否是完全桁关的？相关的授念是只有使用了不同的PSI）时才有效（两个或多个PS】）.或空间相关或波传 播的单个BSD）-.对粮个PSD,相关是不正确的术语，V fliD 令施加的值只是幢入PSD的 比例系数。基本上.招同的建机激励将施加到所有这些节点，但有不同的比例系教，表如果均个（或更多）飨入PSD施加到不同组激励点（PSDFRQ及PSDVAL命令）并 输:入了多个PFACr （来计算参与系数），这些P

17、SD是否以某种程度相关？如果没有使用PSD交叉项（COVAL或QDVAL命令），则PSD是完全不相关的。如果 COVAL和QDVAL命令蝴人相关的浙个或更多PSD,这秒情况下可能是部分或完全相关，碰机振动是否可以施加非总体坐标系（CSYS）基础运动。可以，基础位移可以施加到旋转节点坐标系的节点。后处理中使朗SET, 3, I给出I sigma 果° 1 sigma结果表示假定应力正态分布裁 止值的6R%,但不知这些结果属于哪一个殒率。POST1中P&）后处理的频率选择的 准则是什么？很可能某一个特定猱率占主导（比如窄带激励），但随机振动分析激励包含所有时刻的 所有频奉。因此分

18、析预测的成力魅低于使用置侑区问为68%高斯分布1 bignia 因此结果 不是针对任何特殊率的，而是一个统计值，454会多个激励表最终应力分量是如何计算的，分量:的SRSS合并属于不同的表吗？是的。只要不同的BSD表间没有招关性，分桃的SRSS属于不同的表。如果蝴入激 相关的，地用COVAL和QDVAL命令堆入相关性。这种情况F, SRSS将是不够的（? 考虑另外一些交叉项）。i，PSI）RES命令的绝对和相对戍力计算的不同是什么（psdres, disp,血或rd）?就史力来说，相对与绝村是相同的。相对是相对于结构的基础，当基础激励施加到仑 L （如加速度PSD）,然后结构的总位移由两部分组

19、成：基础运动（醐体遂动）和由于t 力导致结构的挠度，绝对”术诰用于包含这些分城的和，而“相对”用于结构的挠度5 了应力“位移、速度和加速度对是否包括基础运动来说一般是不同的。W住POST26中对选择的位置获得一个连续的频率应力响应函数，基于一个节点上彳 的单元应力°它是不是1 signw结果？在POST26 RPSIJ命令给出响应PSD.就是一个节点处任何应力分量或任何自由度H 出功率谱密度。山定义可知，PSD曲线下的面积等于响应的平均平方值：所以接频率* RPS1）推出,将获得应力的平均平方值.这个数值的平方根就给出1 sigr睥结果（与IP 中获得的相应敬佰相同会多个PSD分析的