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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。,典型命令： FINISH /POST26 NSOL， ESOL， .,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： CVAR， *GET， FINISH,
