ANSYS随机振动理论

1、§ 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（MODOP命令）中包 含有是否进行模态扩展选项（MXPAN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

2、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。

3、 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MXPAN命令的SIGNIF输入项的用法）。否则，将扩展模态选项置 为YES犬态。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SOLUTIONS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

4、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MXPAN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）。

5、67;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.MOD、EJobname.ESAV、Jobname.EMA、TJobname.FULL （仅子空间法和 Block Lanczos 法有）和 Jobname.RST。1. 进入求解器 （/SOLU 命令）Command: /SOLUGUI: Main Menu > Solution2. 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ONE只有 在扩展模态过程中要求

6、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?功率谱密度（PSD类型Command: PSDUNITGUI: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。? 定义功率谱密度频率二维表Command: PSDFREQ, PSDVALGUI:Main Menu > Solution > Spectrum &g

7、t; -PSD-PSD vs FreqMain Menu>Solution>Spectrum>-PSD-Graph TablesPSDFEQ口 PSDVAL命令是用来定义功率谱密度一频率二维表。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令）、 恒定阻尼比（DMPRA命令）和频率相关阻尼比（MDAM命令）。注意，恒定阻尼 比是利用DMPRA命令指定给所有频率的。如果定义了多种阻尼， ANSY将计算 出对应每一频率的有效阻尼比。注意：若在PSD分析

8、中没有定义阻尼，即缺省时将使用 1 %的DMPRAT Alpha （质量）阻尼Command: ALPHDGUI:Main Menu > Solution-Time/Frequenee > Damping> LoadStepOpts Beta （刚度）阻尼Command:BETADGUI:MainMenu > Solution> LoadStepOptsTime/Freque nee > Damp ing恒定阻尼比Command: DMPRATGUI:Main Menu > Solution-Time/Frequenee > Damping>

9、; LoadStepOpts频率相关阻尼比Command: MDAMPGUI:Main Menu > Solution> LoadStepOptsTime/Freque nee > Damp ing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

10、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）LVSCAL（E 施加压力 PSD）GUI:Main Menu > Solution > -Loads-Apply > -Base PSD Exeit-On Nodes5. 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: PFACTGUI:Main Menu >

11、Solution > -Load Step Opts Spectrum > -PSD-Calculate PF6. 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: COVA（L 共谱值）QDVA（L 二次谱值）PSDSP（L 空间关系）PSDWAV波传播关系）GUI:Main Menu > Solution > -Load Step Opts Spectrum > -PSD-Correlation在使用PSDSP或 PSD

12、WAV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 PSDSP和 PSDWA间的关系可能会大大增加 CPU的计算量。在使用PSDSP和 PSDWA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PSDWA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 PSDRE,S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: PSDRESGUI:Mai

13、n 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 OUTRE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）Com

14、mand: SOLVEGUI: Main Menu > Solution > Current LS9. 退出求解器 （FINISH 命令）Command: FINISHGUI: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: /SOLUGUI:Main Menu > Solution2. 指定分析类型Command: ANTYPEGUI:Main Menu > Solution > New Analysis选项：New Analysis （ANTYP命令）选择新的分析。选项：Anal

15、ysisType： Spectrum （ANTYP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莫态合并方法。该方法将计算结构中的 1s位移、 应力等。如果没有执行PSDCO命令，程序将不计算结构的1s响应。Command: PSDCOMGUI:Main Menu > Solution > -Load Step Opts-Spectrum > PSD-Mode CombinPSD模态合并方法（PSDCO命令）中的SIGNIF和COMODfi项指定参加模态 合并的数目（PSDCO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

16、于最终结果的模态的相对分布。4. 开始求解Command: SOLVEGUI:Main Menu > Solution > -Solve-Current LS5. 退出求解器Command: FINISHGUI: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（PSDCO命令），并且是利用PSDRE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、

17、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POST后处理器中观察上述信息，然后在POST2处理器中计算响应PSD§4.541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第1阶模态的扩展了的模态解12第2阶模态的扩展了的模态解3第3阶模

18、态的扩展了的模态解等等等1第1个PSD表的单位静态解22第2个PSD表的单位静态解等等等311s位移解411s速度解（如果要求了的话）511s加速度解（如果要求了的话）POST后处理器中观察结果的步骤：.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：Comma nd: SETGUI: Main Menu > General Postproc > -Read Results-FirstSet2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PLNSO

19、L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: /POST26GUI: Main Menu > TimeHist PostPro2. 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,NPTSGUI: Main Menu > TimeHist PostPro > Store Data3. 定义保存感兴趣结果（位移、应力和反力等）的变量Comma nd: NSOL,ESO和 / 或 RFORCEGUI: Main Menu > TimeHist PostPro > Define V