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workbenchworkbench谱分析谱分析Training Manual第一部分第一部分响应谱分析响应谱分析1.单点响应谱分析单点响应谱分析2.多点响应谱分析多点响应谱分析Training ManualDYNAMICS 11.0DYNAMICS 11.0谱分析总论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.Training ManualDYNAMICS 11.0DYNAMICS 11.0谱分析总论谱分析总论Acceleration vs.timeAcceleration spectrum(G vs.Hz)El Centro Earthquake(1940)A structure subject to the El Centro earthquake can be analyzed using either a Transient analysis or spectrum analysis.Training ManualDYNAMICS 11.0DYNAMICS 11.0谱分析总论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.Training ManualDYNAMICS 11.0DYNAMICS 11.0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.谱分析总论谱分析总论Training ManualDYNAMICS 11.0DYNAMICS 11.0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分析总论谱分析总论Training ManualDYNAMICS 11.0DYNAMICS 11.0ANSYS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.谱分析总论谱分析总论Training ManualDYNAMICS 11.0DYNAMICS 11.0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谱分析总论谱分析总论Training ManualDYNAMICS 11.0DYNAMICS 11.0谱曲线代表了理想化的结构系统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 f3 File 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Training ManualDYNAMICS 11.0DYNAMICS 11.0多点响应谱（多点响应谱（MPRS)分析分析1.选用MPRS而不是PSD作为谱分析类型;2.“PSD频率”关系表对应谱值频率关系;3.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)。4.只计算（相对于基础激励的）相对结果，不计算绝对结果；5.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。6.多点响应谱分析的结果是以POST1的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讨论）的过程除了以下六点外是相同的:Training Manual第二部分第二部分随机振动随机振动Training ManualDYNAMICS 11.0DYNAMICS 11.0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随机振动分析概论Reference:Random vibrations in mechanical systems by Crandall&MarkTraining ManualDYNAMICS 11.0DYNAMICS 11.0随机振动分析概论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.Training ManualDYNAMICS 11.0DYNAMICS 11.0PSD定义PSD是一条功率谱密度值频率值的关系曲线，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Training ManualDYNAMICS 11.0DYNAMICS 11.0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Training ManualDYNAMICS 11.0DYNAMICS 11.0随机振动分析步骤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Training ManualDYNAMICS 11.0DYNAMICS 11.0获得模态解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且是对于频谱求解所需要的Training ManualDYNAMICS 11.0DYNAMICS 11.0阻尼阻尼阻尼：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Training ManualDYNAMICS 11.0DYNAMICS 11.0定义并施加功率谱密度激励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Training ManualDYNAMICS 11.0DYNAMICS 11.0功率谱密度设置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：典型命令：PSDUNIT，.Training ManualDYNAMICS 11.0DYNAMICS 11.0功率谱密度功率谱密度频率的数据表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）然后一对一对地输入频率和功率谱密度值Training ManualDYNAMICS 11.0DYNAMICS 11.0施加功率谱密度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1.0Pick nodes.Training ManualDYNAMICS 11.0DYNAMICS 11.0施加功率谱密度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Training ManualDYNAMICS 11.0DYNAMICS 11.0求求 解解求解：激活功率谱密度模态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Training ManualDYNAMICS 11.0DYNAMICS 11.0计算项目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。Training ManualDYNAMICS 11.0DYNAMICS 11.0计算参与系数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：典型命令：PFACT，SOLVEFINISHTraining ManualDYNAMICS 11.0DYNAMICS 11.0查看结果查看结果查看结果：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）Training ManualDYNAMICS 11.0DYNAMICS 11.0结果文件内容结果文件内容结果文件最多可以有5个载荷步: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。Training ManualDYNAMICS 11.0DYNAMICS 11.01s 结果的数值及意义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 0.15x3=0.45 或更小的机率为98%（3s）1s2s3sTraining ManualDYNAMICS 11.0DYNAMICS 11.01s时的位移及应力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。Training ManualDYNAMICS 11.0DYNAMICS 11.01s时的位移及应力时的位移及应力Training ManualDYNAMICS 11.0DYNAMICS 11.01s结果的用途结果的用途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 Monte Carlo 算法的可靠性（风险性）分析Training ManualDYNAMICS 11.0DYNAMICS 11.0计算响应功率谱密度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。Training ManualDYNAMICS 11.0DYNAMICS 11.0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。Training ManualDYNAMICS 11.0DYNAMICS 11.0计算响应功率谱密度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 Define Variables.可以是任何节点的或单元的结果项Choose category,then pick node.Training ManualDYNAMICS 11.0DYNAMICS 11.0计算响应功率谱密度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：典型命令：RPSD，PLVAR，.Training ManualDYNAMICS 11.0DYNAMICS 11.0计算协方差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。Training ManualDYNAMICS 11.0DYNAMICS 11.0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。典型命令：典型命令：FINISH/POST26NSOL，ESOL，.Training ManualDYNAMICS 11.0DYNAMICS 11.0计算协方差计算协方差3.计算并取出协方差：TimeHist Postpro Calc Covariance.使用*GET 命令来取出协方差：*GET，COVAR，VARI，#，EXTREM，CVAR -或-Utility Menu Parameters Get Scalar Data.典型命令：典型命令：CVAR，*GET，FINISH