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文档简介

1、workbench 谱分析,第一部分 响应谱分析,单点响应谱分析 多点响应谱分析,谱分析总论,谱分析定义? 用来计算结构在包括多种频率的瞬态激励下的响应. 激励可能来自地震、飞机噪声、发射起动 谱是在频率域中的载荷历程. 也可称作为响应谱.,谱分析总论,acceleration vs. time,acceleration spectrum (g vs. hz),el centro earthquake ( 1940 ),a structure subject to the el centro earthquake can be analyzed using either a transient

2、 analysis or spectrum analysis.,谱分析总论,是模态分析延伸,用于计算结构对地震及其它随机激励的响应; 计算在每个固有频率处的给定谱值的结构最大响应. 这个最大响应作为模态的比例因子. 将这些最大响应进行组合来给出结构的总的响应.,谱分析的替代方法是瞬态分析,二者区别为: 瞬态分析很难应用于地震等随时间无规律变化载荷的分析; 在瞬态分析中,为了捕捉载荷,时间步长必须取得很小,因而费时且昂贵. 然而,瞬态分析更加精确. 在谱分析中,关键是快速获得最大响应以及其他挂失信息.,谱分析总论,应用: 建筑物框架及桥梁 太空船部件 飞机部件 承受地震或其它不稳定载荷的系统,谱

3、分析总论,ansys可以进行四种类型的谱分析: 单点响应谱 给模型中一个点集指定一条响应谱曲线。比如对所有支撑点. 多点响应谱 对不同的点集指定不同的响应谱曲线. 动力学设计分析方法 (ddam) 是一种用于船用装备抗振性的技术,它所用的谱是从美国 海军研究实验室报告中一系列经验公式和振动设计表得到的. 功率谱密度 (psd)* 是在随机振动中概率统计的方法.,谱分析总论,谱的定义 谱分析中如何使用响应谱来计算结构的响应 参与因子participation factor 模态系数mode coefficient 模态合并mode combination,谱分析总论,谱曲线代表了理想化的结构系统

4、在某激励下的最大响应. 响应可以是加速度、速度、位移或力. 例如,四个单自由度弹簧质量系统置于振动板上.它们的频率分别是 f1, f2, f3, 和f4, 并且f1 f2 read input from.读入*.mcom文件 察看变形后的形状 图形显示应力和应变,多点响应谱(mprs)分析,选用mprs而不是psd作为谱分析类型; “psd频率”关系表对应谱值频率关系; 各谱之间不能定义任何程度的相关性(即,假定各谱之间是不相关的)。 只计算(相对于基础激励的)相对结果,不计算绝对结果; 除了psdcom的模态合并方法以外,其他所有模态合并方法都可以选用。 多点响应谱分析的结果是以post1的

5、命令格式写入到模态合并文件( jobname.mcom)中。,多点响应谱分析与随机振动分析(将在后面进行讨论)的过程除了以下六点外是相同的:,第二部分 随机振动,随机振动分析 基于概率统计学的谱分析. 例如火箭在每次发射中由载荷(例如加速度载荷等)产生的不同时间历程,随机振动分析概论,reference: random vibrations in mechanical systems by crandall & mark,随机振动分析概论,由于时间历程不是确定的,所以瞬态分析不是可选的. 而利用统计学标本功率谱密度psd代表载荷时间历程.,psd定义 psd是一条功率谱密度值频率值的关系曲线,

6、其曲线下的面积就是方差,即响应标准偏差的平方值. psd的单位是mean square/hz (如加速度psd单位g2/hz). psd可以是位移、速度、加速度或力.,随机振动分析概论,随机振动分析概论,输入值: 结构的自然频率及模态 功率谱密度曲线(将在后面讨论) 输出值: 以1s位移和应力表示最可能出现的结构响应,随机振动分析步骤,六个主要步骤: 建模 获得模态解 转换成谱分析类型 定义和施加功率谱密度激励 求解 察看结果,获得模态解,载荷及边界条件: 对于基础激励,一定要约束适当的自由度 对于压力psd, 在此步中施加压力于想要的表面上 文件: jobname.mode文件含有特征向量而

7、且是对于频谱求解所需要的,阻尼,阻尼: 所有四种形式均可采用: -阻尼(质量阻尼) -阻尼(刚度阻尼) 恒定阻尼比 与频率相关的阻尼比(模态阻尼) 如果没有指明阻尼,ansys将以1%的恒定阻尼作为缺省值,定义并施加功率谱密度激励,定义并施加功率谱密度激励: 指明功率谱密度设置 定义功率谱密度对频率的数据表 在想要的节点施加激励,功率谱密度设置,功率谱密度设置: 频谱类型(单位): 加速度 (常规单位或 g2/hz) 速度 位移 力 压力 表号的缺省值为1,对于多条功率谱密度曲线,使用表号,典型命令: psdunit,.,功率谱密度频率的数据表,功率谱密度对频率的数据表: 指明表号(通常为1)

8、 然后一对一对地输入频率和功率谱密度值,施加功率谱密度,施加功率谱密度: 施加步骤取决于功率谱密度类型 加速度、速度或位移功率谱密度: 这些是基础上的激励并且只能施加于以前约束过的节点上 在 ux, uy或uz (激励方向)方向上作为约束来施加,其数值为1.0,pick nodes.,施加功率谱密度,作用力功率谱密度: 节点激励 作为数值为1.0(或希望的比例因子)的作用力施加在 fx, fy或fz (激励方向)上 压力功率谱密度: 要求在模态分析中即施加压力 使用载荷矢量(在模态求解时计算出的)来施加压力功率谱密度激励 将数值设定为1.0或为希望的比例因子,求 解,求解: 激活功率谱密度模态

9、组合方法 指定计算的项目* 计算参与系数* 启动功率谱密度求解器* *将在后面讨论,计算项目,缺省的计算项目是计算相对于基础激励的位移解(包括应力和应变); 可以获得相对于基础的或绝对的速度和加速度解。,计算参与系数,必须计算模态对每一个定义的功率谱密度表的参与系数; 指定基础或节点激励。 启动功率谱密度求解器: 结果写入 .rst文件中,典型命令: pfact, solve finish,查看结果,查看结果: 绘图和列表显示 1s 时的各参数时的数值 (post1) 生成响应功率谱密度 (post26) 计算两个量之间的协方差 (post26),结果文件内容,结果文件最多可以有5个载荷步:

10、载荷步 1: 模态结果,每阶模态一个子步; 载荷步2: 单位静态解,每个psd表一个子步; 如果不是基础激励则为空; 载荷步3: 1s 位移解; 载荷步4: 1s 速度解;如果没要求输出则为空。 载荷步5: 1s 加速度解;如果没要求输出则为空。,1s 结果的数值及意义,随机振动结果为 1s时的各参数的值: 1s时的位移,1s 时的应力等等; 所有参数都假定为平均值为零的高斯(正态)分布; 例如,最大位移 umax = 0.15表示uimax 等为0.15 或更小值的概率为 68%(1s); 它同时也表示为: umax等为0.15x2 = 0.3或更小的机率 为95%(2s) umax 等为

11、0.15x3 = 0.45 或更小的机率为98%(3s),1s,2s,3s,1s时的位移及应力,进入 post1; 从载荷步3中读取结果,载荷步3是1s位移存于结果文件中的位置; 注意:如果需要的话, 1s 速度和1s 加速度是分别存于载荷步4和载荷步5中; 然后以图形和列表显示关心的物理量。,1s时的位移及应力,1s结果的用途,1s 结果主要用于: 第一步的主要计算: 在给定的时间间隔内,某一自由度上的位移超过0.32个单位的概率是多少? 疲劳计算: 基于下述假设:应力水平在时间的68%以内为 1s ,在时间的27%(95-68)以内为 2s ,在时间的3%(98-95)以内为 3s 基于

12、monte carlo 算法的可靠性(风险性)分析,计算响应功率谱密度,响应功率谱密度的意义: 掌握某种响应量(如应力)是随频率变化的方式; 结果文件包括 1s 时各参数的值,它是功率谱密度曲线与坐标轴所围面积的平方根; post26用于计算响应功率谱密度。,计算响应功率谱密度,计算响应功率谱密度: 1. 进入post26 ,首先存储频率矢量: 在某个自然频率的两边各取1到10 个附加的数据点,以便绘制一条更光滑的频率曲线,缺省值是各取5个附加的 数据点; 变量1自动地赋给频率变量。,计算响应功率谱密度,2. 确定结果中需要进行功率谱密度响应计算的物理量: timehist postpro d

13、efine variables. 可以是任何节点的或单元的结果项,choose category, then pick node.,计算响应功率谱密度,3. 计算并图形显示功率谱密度响应曲线: timehist postpro calc resp psd. timehist postpro graph variables,典型命令: rpsd, plvar,.,计算协方差,协方差的意义: 协方差表示两个量之间的相互关系; 可在任何两个响应量之间进行计算,例如:计算模型中两个不同点之间的应力的协方差; 用post26计算协方差。,计算协方差,计算协方差: 1. 重新设置或退出post26 并重新进入 post26; 2. 确定需要计算协方差的两个响应量。,

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