ANSYS 动力分析 谱分析实例
Ansys-Workbench动力学分析
4.1: 动力学绪论
第一节 动力学分析目的及定义 为什么要对结构进行动力学分析？
土木建筑、地质工程领域
1940年11月7日倒塌—风载
1940年7月1日通车 美国塔科曼悬索大桥
交通运输、航空航天领域
机械、机电领域
什么是结构动力学？
定义：研究结构在动力荷载作用下的动力反应。
目的：动力荷载作用下结构的内力和变形；
4.2: 模态分析
第一节 模态分析的含义
什么是模态分析?
模态分析是用来确定结构的振动特性（固有频率和振型） 的一种技术。 模态分析的好处：
– 使结构设计避免共振或以特定频率进行振动（例如 扬声器）；
– 使工程师可以认识到结构对于不同类型的动力载荷 是如何响应的。
建议： 在准备进行其它动力分析之前首先要进行
单地用简谐函数来表示。
FP
t
（3）冲击荷载 荷载的幅值(大小)在很短时间内急剧增大或急剧减小。
FP 冲击荷载
t
FP 突加荷载
t
（4）随机荷载 荷载的幅值变化复杂、难以用解析函数解析表示的荷载。
风荷载 地震作用
25 Wind speed (m/s) 20
15
10
5
0
0
50
100
脉动风
平均风
150
200
fn
n 2
为系统的固有频率，Hz
1 2
T
fn n
为系统的周期，s
2.二自由度无阻尼线性系统
对质量块m1、 m2受力分析， 由Newton第二定律得
mm12xx12 kk13xx12kk22(
x2 x1) (x2 x1)
mm12xx12(kk21x1
ANSYS Example02地震分析算例 (ANSYS)
02地震分析算例(ANSYS)土木工程中除了常见的静力分析以外，动力分析，特别是结构在地震荷载作用下的受力分析，也是土木工程中经常遇到的问题。
结构的地震分析根据现行抗震规范要求，一般分为以下两类：基于结构自振特性的地震反应谱分析和基于特定地震波的地震时程分析。
本算例将以一个4质点的弹簧－质点体系来说明如何使用有限元软件进行地震分析。
更复杂结构的分析其基本过程也与之类似。
关键知识点：(a)模态分析(b)谱分析(c)地震反应谱输入(d)地震时程输入(e)时程动力分析(1)在ANSYS窗口顶部静态菜单，进入Parameters菜单，选择Scalar Parameters选项，在输入窗口中填入DAMPRATIO=0.02，即所有振型的阻尼比为2%(2)ANSYS主菜单Preprocessor->Element type->Add/Edit/Delete，添加Beam 188单元(3)在Element Types窗口中，选择Beam 188单元，选择Options，进入Beam 188的选项窗口，将第7个和第8个选项，Stress/Strain (Sect Points) K7, Stress/Strain (Sect Nods) K8，从None改为Max and Min Only。
即要求Beam 188单元输出积分点和节点上的最大、最小应力和应变(4)在Element Types窗口中，继续添加Mass 21集中质量单元(5)下面输入材料参数，进入ANSYS主菜单Preprocessor->Material Props-> MaterialModels菜单，在Material Model Number 1中添加Structural-> Linear-> Elastic->Isotropic属性，输入材料的弹性模量EX和泊松比PRXY分别为210E9和0.3。
(6)继续给Material Model Number 1添加Density属性，输入密度为7800。
ANSYS动力学分析指南
ANSYS 动力学分析指南目 录第1章 模态分析 (1)§1.1 模态分析的定义及其应用 (1)§1.2 模态分析中用到的命令 (1)§1.3 模态提取方法 (1)§1.3.1 分块Lanczos法 (2)§1.3.2 子空间法 (3)§1.3.3 PowerDynamics法 (3)§1.3.4 缩减法 (3)§1.3.5 非对称法 (3)§1.3.6 阻尼法 (4)§1.3.7 QR阻尼法 (4)§1.4 矩阵缩减技术和主自由度选择准则 (5)§1.4.1矩阵缩减 技术 (5)§1.4.2人工选择主自由度的准则 (5)§1.4.3程序选择主自由度的要点 (7)§1.5 模态分析过程 (7)§1.6 建模 (7)§1.7 加载及求解 (8)§1.7.1 进入ANSYS求解器 (8)§1.7.2 指定分析类型和分析选项 (8)§1.7.3 定义主自由度 (10)§1.7.4 在模型上加载荷 (11)§1.7.5 指定载荷步选项 (12)§1.7.6 参与系数表输出 (12)§1.7.7 求解 (13)§1.7.8 退出求解器 (14)§1.8 扩展模态 (14)§1.8.1 注意要点 (14)§1.8.2 扩展模态 (14)§1.9观察结果 (16)§1.9.1 注意要点 (16)§1.9.2 观察结果数据的过程 (16)§1.9.3 选项：列表显示所有频率 (17)§1.9.4 选项：图形显示变形 (17)§1.9.5 选项：列表显示主自由度 (17)§1.9.6 选项：线单元结果 (17)§1.9.7 选项：等值图显示结果项 (18)§1.9.9 选项：列表显示结果项 (18)§1.9.10 其它功能 (18)§1.10 有预应力模态分析 (18)§1.11 大变形预应力模态分析 (19)§1.12 循环对称结构的模态分析 (20)§1.12.1 基本扇区 (20)§1.12.2 节径 (20)§1.12.3 标准（无应力）循环对称结构模态分析 过程 (21)§1.12.4 有预应力循环对称结构模态分析 (24)§1. 13 模态分析实例 (25)§1.13.1飞机机翼模态分析实例 (25)§1.13.2 循环对称结构模态分析实例－简化齿轮的模态分析 (31)§1.13.3 其它模态分析实例的出处 (38)第2章 谐响应分析 (40)§2.1谐响应分析 的定义与应用 (40)§2.2谐响应分析中用到的命令 (40)§2.3三种求解方法 (40)§2.3.1完全法 (41)§2.3.2缩减法 (41)§2.3.3模态叠加法 (41)§2.3.4三种方法共同的局限性 (42)§2.4完全法谐响应分析 (42)§2.4.1完全法谐响应分析过程 (42)§2.4.2建模 (42)§2.4.3加载并求解 (42)§2.4.4观察结果 (49)§2.5缩减法谐响应分析 (51)§2.5.1加载并求得缩减解 (52)§2.5.2观察缩减法求解的结果 (53)§2.5.3扩展解（扩展过程） (53)§2.5.4观察已扩展解的结果 (55)§2.5.5典型的缩减法谐响应分析命令流 (56)§2.6模态叠加法谐响应分析 (57)§2.6.1获取模态分析解 (57)§2.6.2获取模态叠加法谐响应解 (58)§2.6.3扩展模态叠加解 (59)§2.6.4观察结果 (59)§2.6.5典型的模态叠加法谐响应分析命令流 (59)§2.7有预应力的完全法谐响应分析 (61)§2.7.1 有预应力的完全法谐响应分析 (61)§2.7.2有预应力的缩减法谐响应分析 (61)§2.7.3有预应力的模态叠加法谐响应分析 (61)§2.8谐响应分析实例 (61)§2.8.1“工作台-电动机”系统谐响应分析 (62)§2.8.2有预应力的吉他弦的谐响应 (66)§2.8.3其它谐响应分析实例的出处 (73)第3章 瞬态动力学分析 (74)§3.1 瞬态动力学分析的定义 (74)§3.2 学习瞬态动力学的预备工作 (74)§3.3 三种求解方法 (74)§3.3.1 完全法 (75)§3.3.2 模态叠加法 (75)§3.3.3 缩减法 (75)§3.4 完全法瞬态动力学分析 (76)§3.4.1 建造模 型 (76)§3.4.2 建立初始条件 (77)§3.4.3 设置求解控制 (79)§3.4.4 设置其他求解选项 (82)§3.4.5 施加载荷 (84)§3.4.6 存储当前载荷步的载荷配置 (84)§3.4.7 针对每个载荷步重复§3.4.3-6 (85)§3.4.8 存储数据库备份文件 (85)§3.4.9 开始瞬态求解 (85)§3.4.10 退出求解器 (86)§3.4.11 观察结果 (86)§3.4.12 完全法瞬态分析的典型命令流 (87)§3.5 模态叠加法瞬态动力分析 (89)§3.5.1 建造模型 (89)§3.5.2 获取模态解 (89)§3.5.3 获取模态叠加法瞬态分析解 (90)§3.5.4 扩展模态叠加解 (93)§3.5.5 观察结果 (94)§3.5.6 模态叠加法瞬态分析的典型命令流 (94)§3.6 缩减法瞬态动力学分析 过程 (95)§3.6.1 获取缩减解 (96)§3.6.2 观察缩减法求解的结果 (100)§3.6.3 扩展解（扩展处理） (100)§3.6.4 观察已扩展解的结果 (102)§3.7 有预应力瞬态动力学分析 (103)§3.7.1 有预应力的完全法瞬态动力学分析 (103)§3.7.2 有预应力的模态叠加法瞬态动力学分析 (103)§3.7.3 有预应力的缩减法瞬态动力学分析 (103)§3.8 瞬态分析的关键技术细节 (104)§3.8.1 积分时间步长选取准则 (104)§3.8.2 自动时间步长 (106)§3.8.3 阻尼 (106)§3.9 瞬态动力学分析实例 (109)§3.9.1 瞬态完全法分析板-梁结构实例 (109)§3.9.2 瞬态缩减法分析简支梁－质量系统实例 (114)§3.9.3 瞬态模态叠加法分析板-梁结构实例 (119)§3.9.4 其它的分析实例的出处 (124)第4章 谱分析 (125)§4.1 谱分析的定义 (125)§4.2 什么是谱 (125)§4.2.1 响应谱分析 (125)§4.2.2 动力设计分析方法 (126)§4.2.3 功率谱密度 (126)§4.2.4 确定性分析与概率分析 (126)§4.3 谱分析使用的命令 (126)§4.4 单点响应谱(SPRS)分析步骤 (126)§4.4.1 建造模型 (127)§4.4.2 获得模态解 (127)§4.4.3 获得谱解 (127)§4.4.4 扩展模态 (129)§4.4.5 合并模态 (130)§4.4.6 观察结果 (132)§4.4.7 典型的单点响应谱分析命令流 (133)§4.5 随机振动(PSD)分析步骤 (134)§4.5.1 扩展模态 (135)§4.5.2 获得谱解 (135)§4.5.3 合并模态 (138)§4.5.4 观察结果 (139)§4.5.5 典型的PSD分析命令流 (141)§4.6 随机振动分析结果应用 (143)§4.6.1 随机振动结果与失效计算 (143)§4.6.2 随机疲劳失效 (144)§4.7 DDAM（动力设计分析方法）谱分析 (146)§4.8 多点响应谱（MPRS）分析 (146)§4.9 谱分析的实例（GUI命令流和批处理） (147)§4.9.1 单点响应谱分析的算例 (147)§4.9.2 多点响应谱分析的算例 (153)§4.9.3 随机振动和随机疲劳分析算例 (156)§4.9.4 谱分析的其他例题 (165)第1章 模态分析§1.1 模态分析的定义及其应用模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性（固有频率和振型），即结构的固有频率和振型，它们是 承受动态载荷结构设计中的重要参数。
ANSYS动力分析谱分析实例
ANSYS动力分析谱分析实例谱分析是一种常用的动力学分析方法，可以将时间域上的信号转化为频率域上的信号。
在ANSYS中，可以使用各种功能和工具进行谱分析。
接下来，我将为您介绍一个使用ANSYS进行动力学谱分析的实例。
假设我们有一个简单的悬臂梁结构，在悬臂梁的一端施加一个脉冲载荷，并且希望分析结构在这个载荷作用下的振动响应。
首先，在ANSYS中创建一个新的工作文件，并选择适当的分析类型。
对于动力学分析，我们可以选择"Transient Dynamic" (瞬态动力学)分析。
接下来，为悬臂梁结构设置适当的材料属性、几何尺寸和约束条件。
在本例中，我们选择一个简单的材料模型，例如线弹性材料。
我们还需要定义悬臂梁的几何尺寸和任何约束条件，例如固支或自由端。
然后，我们需要定义载荷。
在本例中，我们施加一个脉冲载荷，来模拟突然施加在结构上的外力。
脉冲载荷可以是一个正弦波、高斯函数或斯特朗函数。
在ANSYS中，我们可以使用一个时间函数来定义这个载荷。
现在，我们可以开始进行分析。
在动力学分析中，我们通常需要定义一个时间步长和总计算时间。
时间步长决定了计算的精确性和计算时间，通常需要根据结构的特性进行调整。
计算完成后，我们可以通过结果查看器或报告生成器来查看和分析结果。
对于动力学分析，我们通常关注的是结构的位移、速度和加速度等振动响应。
这些结果可以以时间序列图或频谱图的形式呈现。
对于谱分析，我们可以使用ANSYS中的频谱分析工具来进一步分析结果。
通过应用傅里叶变换，可以将时间域上的信号转换为频率域上的信号。
在ANSYS中，我们可以选择不同的频谱方法，如快速傅里叶变换、峰值谱分析和传递函数法。
通过进行谱分析，我们可以获得结构在不同频率下的振动响应信息。
这些信息可以帮助我们了解结构的固有频率、共振情况和模态形态，从而指导结构的设计和优化。
在这个实例中，我们演示了如何使用ANSYS进行动力学谱分析。
通过使用ANSYS的各种功能和工具，工程师可以预测和评估结构的振动响应，并进行结构的动态性能分析和优化。
ANSYS动力分析谱分析实例
A N S Y S动力分析-谱分析实例?? 谱分析实例- 工作台的响应谱分析说明：确定一个工作台在如下加速度谱作用下的位移和应力：操作指南：1. 清除数据库，读入文件table.inp 以创建模型的几何和网格。
2. 模态分析，求解15 个模态，注意选择计算单元结果。
查看前几个模态形状：3. 返回/Solution，选择新分析- 谱分析：设置求解选项，选择单点谱分析，使用所有15 个模态：设置常数阻尼比0.01。
设置激励为X 方向的加速度谱：定义加速度谱：首先定义频率表：然后定义各频率点的谱值(加速度值)：定义阻尼比为0.02，然后输入个频率点的加速度值：使用Show States 可以查看设置结果：选择模态组合方法：使用SRSS 方法进行模态叠加，输出类型为位移。
其中的有效门限值(significance threshold) 使得在模态组合时只包含主要的模态，模态的有效门限值是模态系数与最大模态系数的比值。
要在组合时包含所有模态，使用0 值作为门限值。
点击Solve -> Current LS 进行求解：进入POST1，首先读入 .mcom 文件(File -> Input File From ...)，执行模态组合，然后查看桌子的位移，注意它的组号为9999：显示工作台的Mises 应力：注意：–大多数组合方法包含平方运算，这会导致应力分量正负号的丢失。
因此，从这些无正负号的应力分量导出的等效应力和主应力是非保守和不正确的；–如果对等效应力/ 应变和主应力/ 应变感兴趣，应该在读入jobname.mcom 文件前执行SUMTYPE, PRIN ( General Postprocessor > Load Case > Calc Options > Stress Option …) 命令。
从而会直接计算导出值，得到更为保守的结果。
设置如下，选择Comb Principals：从新读入 .mcom 文件，执行模态组合，然后查看桌子的应力，比前面Comb Conponent 略大一点：5. 如果有兴趣，自己可以分别在Y 和Z 方向施加加速度谱，重复这一分析。
ANSYS谱分析实例
ANSYS谱分析实例1.结构模态分析结构模态分析是指分析结构的振动模态和频率。
在ANSYS中，可以通过建立结构的有限元模型，定义结构的材料和边界条件，进行模态分析。
模态分析可以计算结构的固有频率和模态形态，用于确定结构的自由振动特性。
同时，模态分析还可以用于确定结构在不同激励条件下的响应。
2.地震响应分析地震响应分析是指分析结构在地震荷载下的响应。
在ANSYS中，可以通过定义地震荷载和结构的边界条件，进行地震响应分析。
地震响应分析可以计算结构在不同地震条件下的加速度、速度和位移响应，用于评估结构的地震抗震性能。
3.动力荷载响应分析动力荷载响应分析是指分析结构在动力荷载下的响应。
在ANSYS中，可以通过定义动力荷载和结构的边界条件，进行动力荷载响应分析。
动力荷载响应分析可以计算结构在不同动力荷载条件下的加速度、速度和位移响应，用于评估结构在动态工况下的响应。
4.谐响应分析谐响应分析是指分析结构在谐振激励下的响应。
在ANSYS中，可以通过定义谐振激励的频率和幅值，进行谐响应分析。
谐响应分析可以计算结构在不同谐振频率和幅值下的加速度、速度和位移响应，用于评估结构的谐响应特性。
5.随机振动分析随机振动分析是指分析结构受随机振动荷载作用下的响应。
在ANSYS 中，可以通过定义随机振动荷载的统计特性，进行随机振动分析。
随机振动分析可以计算结构在不同随机振动荷载条件下的平均响应和随机响应谱，用于评估结构在随机振动环境下的可靠性。
以上是几个常见的ANSYS谱分析实例，通过这些实例可以看出，ANSYS谱分析功能非常强大，可以广泛应用于各种工程领域，帮助工程师评估和优化结构的振动和动力学性能。
ansys实例命令流-谱分析命令流
/FILNAME, Beam,1 ！定义工作文件名。
/TITLE, Beam Analysis ！定义工作标题。
/PREP7!定义单元。
ET,1,BEAM188!定义材料属性。
MPTEMP,,,,,,,,MPTEMP,1,0MPDATA,EX,1,,2.1e5MPDATA,PRXY,1,,0.3MPTEMP,,,,,,,,MPTEMP,1,0MPDATA,DENS,1,,7.9e-6! 定义杆件截面■200。
SECTYPE, 1, BEAM, RECT, , 0 SECOFFSET, CENTSECDATA,10,10,0,0,0,0,0,0,0,0!建立几何模型。
K,1, ,, ,K,2,350,, ,!生成立柱。
LSTR, 1, 2!以上完成几何模型。
!以下进行网格划分。
FLST,5,1,4,ORDE,1FITEM,5,1CM,_Y,LINELSEL, , , ,P51XCM,_Y1,LINECMSEL,,_YLESIZE,_Y1, , ,50, , , , ,1 !定义单元大小。
!分配、划分平板结构。
LMESH, 1!分析类型施加载荷并求解。
FINISH/SOLUTIONANTYPE,2 ！定义分析类型及求解设置。
MSAVE,0 ！模态提取方法。
MODOPT,LANB,10EQSLV,SPARMXPAND,10, , ,0 ！模态扩展设置。
LUMPM,0PSTRES,0MODOPT,LANB,10,0,0, ,OFFMXPAND,10,0,0,1,0.001,!施加约束。
FLST,2,2,3,ORDE,2FITEM,2,1FITEM,2,-2/GODK,P51X, , , ,0,ALL, , , , , ,!求解。
FINISH/SOL/STATUS,SOLUSOLVE!定义谱分析。
FINISH/SOLUTIONANTYPE,8SPOPT,PSD,10,1PSDUNIT,1,DISP,386.4,PSDFRQ,1, ,13.8,40,50.6,73,120 !定义谱—频率表。
有限元方法与ANSYS应用第7讲有限元的基础理论与方法 有限元案例分析 动力分析
有限元法分析的基本理论与方法
★ 有限元案例分析—谐响应分析
完全法谐响应分析----加载并求解
步骤：
2 定义分析类型和分析选项
· 选项： Mass Matrix Formulation[LUMPM]
此选项用于指定是采用缺省的分布质量矩阵（取决 于单元类型）还是集中质量矩阵。建议在大多数应用中 采用缺省的分布质量矩阵。但对于某些包含“薄膜”结 构的问题，集中质量近似矩阵经常能产生较好的结果。
有限元法分析的基本理论与方法
★ 有限元案例分析—谐响应分析
三种求解方法----完全法
优点：
· 用单一处理过程计算出所有的位移和应 力。 · 允许定义各种类型的载荷：节点力、外 加的（非零）位移、单元载荷（压力和温 度）。 · 允许在实体模型上定义载荷。
有限元法分析的基本理论与方法
★ 有限元案例分析—谐响应分析
步骤：
9 观察结果
2.派生数据 · 节点和单元应力 · 节点和单元应变 · 单元力 · 节点反作用力，等等。
有限元法分析的基本理论与方法
★ 有限元案例分析—谐响应分析
缩减法谐响应分析
缩减法的分析过程由五个主要步骤组成： 1.建模； 2.加载并求得缩减解； 3.观察缩减解结果； 4.扩展解（扩展过程）； 5.观察已扩展的解结果。 在这些步骤中，第1步的工作与完全法的相同。
有限元法分析的基本理论与方法
★ 有限元案例分析—谐响应分析
任何持续的周期载荷作用在结构系统中 所产生的持续性周期响应（谐响应）。
有限元法分析的基本理论与方法
★ 有限元案例分析—谐响应分析 谐响应分析寻求对已知幅值载荷的
响应振幅。 该载荷随时间以已知频率呈正弦形
式变化。
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ANSYS 动力分析
- 谱分析实例
谱分析实例- 工作台的响应谱分析
说明：
确定一个工作台在如下加速度谱作用下的位移和应力：
操作指南：
1. 清除数据库，读入文件table.inp 以创建模型的几何和网格。
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2. 模态分析，求解15 个模态，注意选择计算单元结果。
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查看前几个模态形状：
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3. 返回/Solution，选择新分析- 谱分析：
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设置求解选项，选择单点谱分析，使用所有15 个模态：设置常数阻尼比0.01。
设置激励为X 方向的加速度谱：
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定义加速度谱：
首先定义频率表：
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然后定义各频率点的谱值(加速度值)：定义阻尼比为0.02，然后输入个频率点的加速度值：
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使用Show States 可以查看设置结果：
选择模态组合方法：使用SRSS 方法进行模态叠加，输出类型为位移。
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其中的有效门限值(significance threshold) 使得在模态组合时只包含主要的模态，模态的有效门限值是模态系数与最大模态系数的比值。
要在组合时包含所有模态，使用0 值作为门限值。
点击Solve -> Current LS 进行求解：
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进入POST1，首先读入 .mcom 文件(File -> Input File From ...)，执行模态组合，然后查看桌子的位移，注意它的组号为9999：
显示工作台的Mises 应力：
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注意：
–大多数组合方法包含平方运算，这会导致应力分量正负号的丢失。
因此，从这些无正负号的应力分量导出的等效应力和主应力是非保守和不正确的；
–如果对等效应力/ 应变和主应力/ 应变感兴趣，应该在读入jobname.mcom 文件前执行SUMTYPE, PRIN ( General Postprocessor > Load Case > Calc Options > Stress Option …) 命令。
从而会直接计算导出值，得到更为保守的结果。
设置如下，选择Comb Principals：
页脚内容11
从新读入 .mcom 文件，执行模态组合，然后查看桌子的应力，比前面Comb Conponent 略大一点：
页脚内容12
5. 如果有兴趣，自己可以分别在Y 和Z 方向施加加速度谱，重复这一分析。
附录输入文件table.inp
finish
/clear
/udoc,1,date,off
complete=0 ! 如果将此句改为complete = 1，将会执行完整的分析，否则只是生成模型/prep7
/title,TABLE DYNAMIC ANALYSIS
! Model generation
et,1,63
et,2,4
r,1,.75 ! Shell thickness
r,2,2.589,3.151,3.151,3,3 ! Beam properties
mp,ex,1,3e7
mp,prxy,1,0.3
mp,dens,1,7.3e-4
mp,ex,2,1e7
mp,prxy,2,0.3
mp,dens,2,2.6e-4
页脚内容13
k,1
k,2,60
k,3,60,,30
k,4,,,30
k,5,,36
k,6,60,36
k,7,60,36,30
k,8,,36,30
l,1,5 ! Legs
l,2,6
l,3,7
l,4,8
l,5,6,6 ! Edge bracing
l,6,7,4
l,7,8,6
l,8,5,4
a,5,6,7,8 ! Table top
type,2 ! Mesh the legs
real,2
mat,2
页脚内容14
esize,,4
lmesh,all
type,1
real,1
mat,1
amesh,1 ! Mesh table top
/view,,3,2,6
eplot
nsel,,loc,y,0
d,all,all
nsel,all
/pbc,u,,1
eplot
*if,complete,eq,1,then
/solu
antype,modal
modopt,lanb,15
mxpand,15,,,yes
solve
finish
页脚内容15
/solu
antype,spectrum
spopt,sprs,,yes
dmprat,.01
svtype,2
sed,1,0,0
freq,20,80,200,300
sv,,150.2,217,217,79.5
srss ! Mode combination method
solve
/post1
/inp,,mcom
pldisp,2
plns,s,1
finish
*endif
页脚内容16。