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作者:最爱杨梅呀 发表于 2022-1-14 14:41:42
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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产品中不能进展随机振动分析。

如果选用GUI交互方法进展分析,模态分析选择对话框〔MODOPT命令〕中包含有是否进展模态扩展选项〔MXPAND命令〕,将其设置为YES就可以进展下面的: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展计算。

1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与随温度变化或不随温度变化。


2求得模态解
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阻尼法以与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交互式方法进展分析,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展模态扩展,但是可以选择地扩展模态〔参看MXPAND命令的SIGNIF输入项的用法〕。否如此,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展指定;
  • 必须在施加激励谱的位置添加自由度约束;
  • 求解完毕后退出SOLUTION处理器。


3扩展模态
无论选用子空间法、Block Lanczos法还是缩减法,都必须进展模态扩展。关于模态扩展,《动力学分析指南—模态分析》局部“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展模态合并操作;
  • 如果对谱所产生的应力感兴趣,这时必须进展应力计算。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;
  • 在模态扩展完毕之后,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》局部中讲述的那样,在进展模态分析时执行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,以与模态求解获得的如下文件: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)
mand: /SOLU
GUI: Main Menu > Solution
  • 对于谱分析类型(SPOPT命令),选择功率谱密度(PSD);
  • 假如对应力结果感兴趣,如此打开应力计算开关(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。


2.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mand: 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步中将指定是根底激励还是节点激励。如果施加压力功率谱密度,如此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mand: PSDFREQ, PSDVALGUI:Main Menu > Solution > Spectrum > -PSD-PSD vs FreqMain 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〕

这里可以指定如下种类的阻尼: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:假如在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

mand: ALPHDGUI:Main Menu > Solution > Load Step Opts –Time/Frequence > Damping
  • Beta〔刚度〕阻尼

mand: BETADGUI:Main Menu > Solution > Load Step Opts –Time/Frequence > Damping
  • 恒定阻尼比

mand: DMPRATGUI:Main Menu > Solution > Load Step Opts –Time/Frequence > Damping
  • 频率相关阻尼比

mand: MDAMPGUI:Main Menu > Solution > Load Step Opts –Time/Frequence > Damping
下面是随机振动分析的步骤:
3.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(施加根底激励)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,根底激励只能施加在模态分析中施加有约束的节点上。

  • mand、DK、DL或DA〔施加根底激励〕

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
在PFACT命令的TBLNO域指定选用哪一个PSD表,Excit域指定是对根底激励还是节点激励的计算。mand: PFACTGUI:Main Menu > Solution > -Load Step Opts – Spectrum > -PSD-Calculate PF
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,恰当地选用如下命令:
mand: 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。对于多点根底激励,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,节点激励和根底激励输入必须是一致的。PSDSPL和PSDWAV命令不能用于压力PSD分析。
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。 
mand: 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命令进展控制。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

开始求解计算(SOLVE命令) 
mand: SOLVE GUI: Main Menu > Solution > Current LS 
退出求解器(FINISH命令) 
mand: FINISH GUI:退出求解器
5合并模态在求解过程中,模态合并可以作为独立步骤,其根本过程如下:  mand: /SOLU  GUI:Main Menu > Solution  mand: 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。

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PSD命令,程序将不计算结构的1s响应。 
mand: PSD  GUI:Main Menu > Solution > -Load Step Opts-Spectrum > PSD-Mode bin 
PSD模态合并方法〔PSD命令〕中的SIGNIF和ODE选项指定参加模态合并的数目〔PSD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。  
mand: SOLVE  GUI:Main Menu > Solution > -Solve-Current LS   mand: FINISH  GUI:退出求解器
6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.根底激励静力解(PFACT, , BASE命令);  3.如果要求进展模态合并(PSD命令),并且是利用PSDRES命令设置的,那么就有如下输出信息:
  • 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。


§ 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
1
123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
12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:  
mand: SET GUI: Main Menu > General Postproc > -Read Results-First Set
2.显示结果。使用SPRS分析中一样的选项来显示结果。 
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。

§ 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 mand: /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。 mand: 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 mand: 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。 mand: RPSD GUI: Main Menu > TimeHist PostPro > Calc Resp PSD
§ 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 /POST26mand: /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 mand: 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局部的分布。 mand: CVAR GUI: Main Menu > TimeHist PostPro > Calc Covariance  4. 获得协方差。 mand: *GET, NameVARI, n, EXTREM, CVAR GUI: Utility Menu > Parameters > Get Scalar Data
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