《ANSYS动力学分析指南——谱分析》.pdf
文本预览下载声明
ANSYS 动力学分析指南——谱分析
§4.1谱分析的定义
谱分析是一种将模态分析的结果与一个已知的谱联系起来计算模型的位移和
应力的分析技术。谱分析替代时间-历程分析,主要用于确定结构对随机载荷或
随时间变化载荷(如地震、风载、海洋波浪、喷气发动机推力、火箭发动机振动
等等)的动力响应情况。
§4.2什么是谱
谱是谱值与频率的关系曲线,它反映了时间-历程载荷的强度和频率信息。
ANSYS 的谱分析有三种类型:
·响应谱分析
Ø单点响应谱(Single-point Response Spectrum,SPRS)
Ø多点响应谱(Multi-point Response Spectrum,MPRS)
·动力设计分析方法(Dynamic Design Analysis Method,DDAM)
·功率谱密度(Power Spectral Density,PSD)
在ANSYS/Professional 产品中只提供单点响应谱方法。
§4.2.1响应谱分析
一个响应谱代表单自由度系统对一个时间-历程载荷函数的响应,它是一个
响应与频率的关系曲线,其中响应可以是位移、速度、加速度、力等。响应谱又
分为如下两种形式:
§4.2.1.1单点响应谱
在模型的一个点集上定义一条(或一族)响应谱曲线,例如在所有支撑处,图
4-1 (a)所示。
ANSYS/LinearPlus program 中只能进行单点响应谱分析。
§4.2.1.2多点响应谱
在模型的不同点集上定义不同的响应谱曲线,图4-1 (b)所示。
图4-1 单点响应谱和多点响应谱
§4.2.2动力设计分析方法
该法是一种用于分析船用装备抗振性的技术,它所使用的谱是从美国海军研
究实验室报告(NRL-1396)中一系列经验公式和振动设计表得来的。
§4.2.3功率谱密度
功率谱密度谱是一种概率统计方法,是对随机变量均方值的量度。一般用于
随机振动分析,连续瞬态响应只能通过概率分布函数进行描述,即出现某水平响
应所对应的概率。
功率谱密度是结构在随机动态载荷激励下响应的统计结果,是一条功率谱密
度值—频率值的关系曲线,其中功率谱密度可以是位移功率谱密度、速度功率谱
密度、加速度功率谱密度、力功率谱密度等形式。数学上,功率谱密度值—频率
值的关系曲线下的面积就是方差,即响应标准偏差的平方值。
与响应谱分析相似,随机振动分析也可以是单点的或多点的。在单点随机振
动分析时,要求在结构的一个点集上指定一个功率谱密度谱;在多点随机振动分
析时,则要求在模型的不同点集上指定不同的功率谱密度谱。
§4.2.4确定性分析与概率分析
响应谱和动力设计分析方法都是定量分析技术,因为分析的输入输出数据都
是实际的最大值。但是,随机振动分析是一种定性分析技术,分析的输入输出数
据都只代表它们在确定概率下的可能性发生水平。
§4.3谱分析使用的命令
建立有限元模型和执行谱分析所使用的命令与其它有限元分析完全一样。同
样,无论进行那种分析都可选用相似的GUI 操作进行建模和求解。
本章节后的 “谱分析例题(GUI 交互方法和命令与批处理方法)”,讲述在
GUI 和命令环境下进行谱分析过程。如果要更详细地了解ANSYS 的命令,参看
《ANSYS 命令参考手册》。
下面将详细地探讨两种常用的谱分析方法单点响应谱(SPRS)和随机振
动(PSD)。动力设计方法(DDAM)和多点响应谱( MPRS)分析将简单地讨论
与前两种分析步骤的不同点。
§4.4单点响应谱(SPRS)分析步骤
单点响应谱分析有如下五个步骤:
1.建造模型;
2.获得模态解;
3.获得谱解;
4.扩展模态;
5.合并模态;
6.观察结果。
结构的振型和固有频率是谱分析所必须的数据,因此要先进行模态分析。另
外,在扩展模态时,只需扩展到对最后进行谱分析有影响的模态就可以。
§4.4.1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
显示全部