workbench谱分析 PPT
合集下载
ANSYS Workbench 前后处理 ppt课件
1.2载荷及约束的施加 载荷类型
加速度 重力加速度 旋转加速度
压力 静水压力 力 远端载荷 轴承载荷 螺栓载荷 力矩 线压力 热载荷 节点载荷
一、前处理技术
1.2载荷及约束的施加 载荷类型
固定约束 强迫位移约束 远端位移约束 无摩擦支撑约束 仅压缩约束 圆柱面约束 弹性支撑约束 约束方程
一、前处理技术
–可以对局部的单元大小进行控制 • 对于单元尺寸，可以定义被选边、面或零件的平均单元尺寸。 • 对于边，用户可以定义边上的划分份数。 – 用户控制网格尺寸，可以得到比较相对统一的网格密度，还可 以得到比定义整体边的长度更密或更疏的网格。
如图所示，左边是默认的网格划 分，然而右边是局部尺寸控制。
注意通过sizing控制的右边在定 义的边上有相对一致的网格密度
机械与动力工程学院 CAD/CAM工程技术研究中心
Ansys Workbench 前处理及后处理技术
主要内容
一、静力学有限元分析的前处理技术 材料属性及网格划分 载荷及约束的施加 单/多载荷步静力求解
二、静力学有限元分析的后处理技术 分析求解方法 结果查看 分析结果处理
实例操作讲解
三、练习
一、前处理技术
前处理是创建分析模型的阶段，也是将连 续的求解域离散为一组单元的组合体，用在每 个单元内假设的近似函数来分片地表示求解域 上待求的未知场函数的过程。
在正确建立单元类型、施加载荷及边界条 件的材料类型、定义求解器所需的控制卡片等 各类满足求解所需的必要信息后，即可得到求 解器可以识别的模型文件，然后提交求解器进 行解算。
一、前处理技术
网格的节点和单元参与有限元求解 – 对实体模型进行网格划分，网格在矩阵方程中 求解。 – 在求解开始，自动生成默认的网格。 – 用户可以预览网格，检查是否满足要求。
一个PPT让你搞懂AnsysWorkbench疲劳分析应用
一个PPT让你搞懂AnsysWorkbench疲劳分析应用
结构失效的一个常见原因是疲劳，其造成破坏与重复加载有关。
疲劳通常分为两类：
1）高周疲劳是当载荷的循环（重复）次数高(如1e4 -1e9)的情况下产生的。
因此，应力通常比材料的极限强度低。
应力疲劳（ Stress-based）用于高周疲劳。
2）低周疲劳是在循环次数相对较低时发生的。
塑性变形常常伴随低周疲劳，其阐明了短疲劳寿命。
一般认为应变疲劳（strain-based）应该用于低周疲劳计算。
在ANSYS Workbench结构分析模块的后处理中的疲劳计算工具可以完成高周疲劳和低周疲劳的计算。
ANSYS+Workbench辅导资料PPT
– ANSYS Emag (stand alone or enabled task) – ANSYS Multiphysics license keys.
ANSYS, Inc. Proprietary
© 2004 ANSYS, Inc.
Workbench Emag Markets
Target markets: • Solenoid actuators • Permanent magnet devices • Sensors • Rotating Electric machines
• A skew angle may be identified for the coil winding slots • Many motor designs employ a skewed coil form.
© 2004 ANSYS, Inc.
ANSYS, Inc. Proprietary
A line body can be promoted to a winding body. Turns and cross-section (CS) dimensions are entered
© 2004 ANSYS, Inc. ANSYS, Inc. Proprietary
Winding Tool
– SiБайду номын сангаасulation
© 2004 ANSYS, Inc.
ANSYS, Inc. Proprietary
Winding Bodies & Tool
• Feature: Design Modeler (DM) includes two new tools to allow a user to easily create current carrying coils: – Winding Bodies: Used to represent wound coils for source excitation. The advantage of these bodies is that they are not 3D CAD objects, and hence simplify modeling/meshing of winding structures. – Upon “attach to Simulation”, Winding Bodies are assigned as Conductor bodies. – Winding Tool: Used to create more complex coils for motor windings. The Winding Tool uses a Worksheet table format to drive the creation of multiply connected Winding Bodies. Or a user can read in a text file created by MSExcel.
ANSYS, Inc. Proprietary
© 2004 ANSYS, Inc.
Workbench Emag Markets
Target markets: • Solenoid actuators • Permanent magnet devices • Sensors • Rotating Electric machines
• A skew angle may be identified for the coil winding slots • Many motor designs employ a skewed coil form.
© 2004 ANSYS, Inc.
ANSYS, Inc. Proprietary
A line body can be promoted to a winding body. Turns and cross-section (CS) dimensions are entered
© 2004 ANSYS, Inc. ANSYS, Inc. Proprietary
Winding Tool
– SiБайду номын сангаасulation
© 2004 ANSYS, Inc.
ANSYS, Inc. Proprietary
Winding Bodies & Tool
• Feature: Design Modeler (DM) includes two new tools to allow a user to easily create current carrying coils: – Winding Bodies: Used to represent wound coils for source excitation. The advantage of these bodies is that they are not 3D CAD objects, and hence simplify modeling/meshing of winding structures. – Upon “attach to Simulation”, Winding Bodies are assigned as Conductor bodies. – Winding Tool: Used to create more complex coils for motor windings. The Winding Tool uses a Worksheet table format to drive the creation of multiply connected Winding Bodies. Or a user can read in a text file created by MSExcel.
ANSYSWORKBENCH教程(格式)PPT课件
• In Design Simulation, there are three types of bodies which can be analyzed.
– Solid bodies are general 3D volumes/parts. – Surface bodies are only areas. – Line bodies are only curves.
3-5
ANSYS Workbench - Simulation
General Preprocessing Procedure
… Types of Bodies
Training Manual
• Solid bodies are geometrically and spatially 3D:
– These are meshed with higher-order tetrahedral or hexahedral solid elements with quadratic shape functions
• In this chapter, navigating through the GUI without the Wizards will be covered.
Model shown is from a sample Mechanical Desktop assembly.
February 2, 2004 Inventory #002010
• Surface bodies are geometrically 2D but spatially 3D:
Training Manual
ANSYS License DesignSpace Entra DesignSpace Professional Structural Mechanical/Multiphysics
– Solid bodies are general 3D volumes/parts. – Surface bodies are only areas. – Line bodies are only curves.
3-5
ANSYS Workbench - Simulation
General Preprocessing Procedure
… Types of Bodies
Training Manual
• Solid bodies are geometrically and spatially 3D:
– These are meshed with higher-order tetrahedral or hexahedral solid elements with quadratic shape functions
• In this chapter, navigating through the GUI without the Wizards will be covered.
Model shown is from a sample Mechanical Desktop assembly.
February 2, 2004 Inventory #002010
• Surface bodies are geometrically 2D but spatially 3D:
Training Manual
ANSYS License DesignSpace Entra DesignSpace Professional Structural Mechanical/Multiphysics
workbench动力学分析实例 PPT
Step 1 – Create the Project Schematic
Start ANSYS Workbench and follow the sequenced steps using the abbreviations shown below:
– DC = Double Click with Left Mouse Button – SC = Single Click with Left Mouse Button – RMB = Right Mouse Button Selection – D&D = Drag and Drop = Hold Left Mouse Button down on item while
Since the material is sufficiently defined, the blue question marks and yellow fields are no longer present in the data table.
Note: The resulting stress-strain curve is elastic – perfectly plastic. No strain hardening can develop.
Data to define a new material model.
Note: An existing material model in the Explicit Materials library could have been selected, but there are restrictions on element types that can be used with certain material models, which will be discussed later.
workbench瞬态动力分析PPT课件
和上面的情形相似，不过施加的位移是真实数值而非“小”数值。比如，若 u0 = 1.0且v0 = 2.5，则应当在时间间隔0.4内施加一个值为1.0的位移：
...
TIMINT,OFF
! Time integration effects off
D, A L L , U Y, 1 . 0
! Initial displacement = 1.0
第10页/共52页
积分时间步长
• ITS 小到足够获取下列动力学现象： • 响应频率 • 载荷突变 • 接触频率 • 波传播效应
第11页/共52页
响应频率
• 响应频率
• 不同类型载荷激发系统不同的 响应频率；
• ITS小到足够获取所关心的最 高响应频率（最低响应周期）；
• 每个循环中有20个时刻点应是 足够的，即：
• 需要很小的ITS ，并且在波传播方向需 要精细的网格
• 显式积分法（在ANSYS-LS/DYNA采 用）可能对此更为适用
ITS Dx 3c
Dx 单元尺寸 L / 20 L 波长方向的长度
c 弹性波速 E
E 杨氏模量
质量密度
第15页/共52页
非线性响应
• 非线性响应
– 全瞬态分析可包括任何非线性类型. – 更小的 ITS 通常有助于平衡迭代收敛. – 塑性、蠕变及摩擦等非线性本质上是非保守的，需要精确地遵循载
的非线性 —— 大变形、接触、塑性等等.
第2页/共52页
求解方法
求解运动方程
直接积分法
模态叠加法
隐式积分
显式积分
完整矩阵法 缩减矩阵法
完整矩阵法 缩减矩阵法
第3页/共52页
求解方法
• 两种求解运动学方程方法: • 模态叠加法 • 直接积分法 • 运动方程可以直接对时间按步积分。在每个时间点（time = 0, Dt , 2Dt, 3Dt,….) ，需求解一组联立的静态平衡方程（F=ma）； • 需假定位移、速度和加速度是如何随时间而变化的， (积分方案选择) • 有多种不同的积分方案，如中心差分法，平均加速度法, Houbolt, WilsonQ, Newmark 等.
ANSYS_Workbench基础教程.ppt
Training Manual
12:00 – 1:00 1:00 – 1:30 1:30 – 2:00 2:00 – 2:30 2:30 – 3:30 3:30 – 4:00 4:00 – 4:30 4:30 – 5:00
Lunch Workshop 6.1 – Steady State Thermal Analysis Lecture – Chapter 7: Linear Buckling Analysis Workshop 7.1 – Linear Buckling Analysis Lecture – Chapter 8: Results Post-processing Workshop 8.1 – Results Processing Lecture – Chapter 9: CAD & Parameters Workshop 9.1 – Parameter Management
• Procedure for performing FEA simulations, including linear static, modal, and harmonic structural analyses and nonlinear steady-state thermal analyses
• Utilizing parameters for ‘what-if’ scenarios • Interfacing with the ANSYS solver for more advanced functionality
– Training Courses are also available covering the use of other Workbench modules (e.g. DesignModeler, Design Exploration, etc.) .
ansys workbench 热分析讲义PPT课件
nt
• “h” 和 “Tambient” 是用户指定的值 • 导热膜系数 h 可以是常量或是温度的函数
第15页/共26页
…热边界条件
• 与温度相关的对流：
• 为系数类型选择Tabular ( Te m p e r a t u r e )
• 输入对流换热系数-温度表格数据 • 在细节窗口中，为h(T)指定温度的
T2
T1
第12页/共26页
C. 热载荷
• 热流量：
• 热流速可以施加在点、边或面上。它分布在多个选择域上。 • 它的单位是能量比上时间（ energy/time）
• 完全绝热（热流量为0）：
• 可以删除原来面上施加的边界条件
• 热通量：
• 热通量只能施加在面上（二维情况时只能施加在边上） • 它的单位是能量比上时间在除以面积（ energy/time/area）
• 默认情况T下C，C基于模K型X中X定义10的,最00大0材/料A导S热M性DKIXAXG和整个几何边界框 的对角线ASMDIAG， TCC 被赋以一个相对较大的值。
• 这实质上为部件间提供了一个完美接触传导
第10页/共26页
… 组件-导热率
• 在ANSYS Professional 或更高版本，用户可以为纯罚函数和增广拉格朗日方程定义 一个有限热接触传导（TCC）。
Pinball Radius
右图中，两部件间的间距大于 pinball区域，因此在这两个部件间 会发生热传导。
第8页/共26页
… 组件-导热率
• 默认情况下，假设部件间是完美的热接触传导， 意味着界面上不会发生温度降
• 实际情况下，有些条件削弱了完美的热接触传导：
• 表面光滑度
• 表面粗糙度
• “h” 和 “Tambient” 是用户指定的值 • 导热膜系数 h 可以是常量或是温度的函数
第15页/共26页
…热边界条件
• 与温度相关的对流：
• 为系数类型选择Tabular ( Te m p e r a t u r e )
• 输入对流换热系数-温度表格数据 • 在细节窗口中，为h(T)指定温度的
T2
T1
第12页/共26页
C. 热载荷
• 热流量：
• 热流速可以施加在点、边或面上。它分布在多个选择域上。 • 它的单位是能量比上时间（ energy/time）
• 完全绝热（热流量为0）：
• 可以删除原来面上施加的边界条件
• 热通量：
• 热通量只能施加在面上（二维情况时只能施加在边上） • 它的单位是能量比上时间在除以面积（ energy/time/area）
• 默认情况T下C，C基于模K型X中X定义10的,最00大0材/料A导S热M性DKIXAXG和整个几何边界框 的对角线ASMDIAG， TCC 被赋以一个相对较大的值。
• 这实质上为部件间提供了一个完美接触传导
第10页/共26页
… 组件-导热率
• 在ANSYS Professional 或更高版本，用户可以为纯罚函数和增广拉格朗日方程定义 一个有限热接触传导（TCC）。
Pinball Radius
右图中，两部件间的间距大于 pinball区域，因此在这两个部件间 会发生热传导。
第8页/共26页
… 组件-导热率
• 默认情况下，假设部件间是完美的热接触传导， 意味着界面上不会发生温度降
• 实际情况下，有些条件削弱了完美的热接触传导：
• 表面光滑度
• 表面粗糙度
(PPT幻灯片版)最全的ANSYS-Workbench培训教程课件合集
• 详细的CAD支持列表在DS 的在线帮助中有 • 对于UNIX, UG NX 1.0支持，包括 8.0 Service Pack 3 • 对于 Mechanical Desktop, version 2004 DX (不是version 2004) 可以使用 • IGES 几何接口格式是免费的
• Licenses网络管理器FlexLM可用于ANSYS和Workbench的所 有产品
July 3, 2006 Inventory #002010 7-15
介绍
… 产品配置
Training Manual
• 因为每种产品都有不同的分析能力，在页面的右下角有一个带 标 记的表格，表明了支持的License种类:
– 培训中尽管有和ANSYS交叉的部分，但这部分课程不会专门 介绍如何使用ANSYS。有这方面需求的用户可以参加ANSYS 的入门培训。 – 这次培训的内容是ANSYS Workbench DS模块。DX和 DM也 各自有单独的培训。
July 3, 2006 Inventory #002010 7-2
– 热传递:
• 求解温度场和热流场的稳态热 分析， 允许与温度相关的 热传导和对流 支持 热应力分析
† The
list here reflects analysis capabilities possible within the Design Simulation GUI. Note, however, that the ANSYS license used dictates what functionality is available to the user.
介绍
… Design Simulation 概述
• DS可以做的分析类型:
• Licenses网络管理器FlexLM可用于ANSYS和Workbench的所 有产品
July 3, 2006 Inventory #002010 7-15
介绍
… 产品配置
Training Manual
• 因为每种产品都有不同的分析能力，在页面的右下角有一个带 标 记的表格，表明了支持的License种类:
– 培训中尽管有和ANSYS交叉的部分，但这部分课程不会专门 介绍如何使用ANSYS。有这方面需求的用户可以参加ANSYS 的入门培训。 – 这次培训的内容是ANSYS Workbench DS模块。DX和 DM也 各自有单独的培训。
July 3, 2006 Inventory #002010 7-2
– 热传递:
• 求解温度场和热流场的稳态热 分析， 允许与温度相关的 热传导和对流 支持 热应力分析
† The
list here reflects analysis capabilities possible within the Design Simulation GUI. Note, however, that the ANSYS license used dictates what functionality is available to the user.
介绍
… Design Simulation 概述
• DS可以做的分析类型:
第9章 WORKBENCH中的动力学分析简介(共90张PPT)
启动 Design Simulation
• 启动DS有两种方法:
– 从ANSYS Workbench中直接进入
– 直接从CAD系统中进入
Training Manual
DYNAMICS 8.1
DYNAMICS 8.1
WORKBENCH中的动力学分析
… ANSYS WORKBENCH概述
Training Manual
Design Simulation ANSYS Workbench
DesignXplorer
DesignModeler
FE Modeler
WORKBENCH中的动力学分析
… ANSYS WORKBENCH概述
Design Simulation 概述
• DS可以做的分析类型:
• 线性应力:
• 误差估计、应力、平安系数等，基于 承受静力载荷下的材料强度理论
ANSYS License DesignSpace Entra DesignSpace Professional Structural Mechanical/Multiphysics
Availability x x x x x
… 接触域
Training Manual
• 在模态分析中，接触对是可能出现的. 但是，由于模态分析是纯粹的线 性分析，所以接触对不同于非线性分析中的接触类型, 如下所示:
• 即使有间隙存在，“Pinball Region〞 的大小也能够改变和被显示出来. 这样，就能很好地确保绑定和不别离接触的建立.
• 有关pinball region的内容和如何定义其大小，请参考第 3 和 4章
• 对于ANSYS 结构licenses和更高的licenses, 假设外表将要被接触，但 实际上是自由面〔没有接触〕，那么摩擦接触和绑定接触将变得非常的 相似.
• 启动DS有两种方法:
– 从ANSYS Workbench中直接进入
– 直接从CAD系统中进入
Training Manual
DYNAMICS 8.1
DYNAMICS 8.1
WORKBENCH中的动力学分析
… ANSYS WORKBENCH概述
Training Manual
Design Simulation ANSYS Workbench
DesignXplorer
DesignModeler
FE Modeler
WORKBENCH中的动力学分析
… ANSYS WORKBENCH概述
Design Simulation 概述
• DS可以做的分析类型:
• 线性应力:
• 误差估计、应力、平安系数等，基于 承受静力载荷下的材料强度理论
ANSYS License DesignSpace Entra DesignSpace Professional Structural Mechanical/Multiphysics
Availability x x x x x
… 接触域
Training Manual
• 在模态分析中，接触对是可能出现的. 但是，由于模态分析是纯粹的线 性分析，所以接触对不同于非线性分析中的接触类型, 如下所示:
• 即使有间隙存在，“Pinball Region〞 的大小也能够改变和被显示出来. 这样，就能很好地确保绑定和不别离接触的建立.
• 有关pinball region的内容和如何定义其大小，请参考第 3 和 4章
• 对于ANSYS 结构licenses和更高的licenses, 假设外表将要被接触，但 实际上是自由面〔没有接触〕，那么摩擦接触和绑定接触将变得非常的 相似.
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 最简单的合并方法就是将所有的最大响应相加 但有可能所有的最大模态响应都在同一时间发 生.
• 几个标准的合并方法.
模态合并
• 六种不同的合并方法可以使用:
– CQC法 （完全平方组合法） – GRP法 （分组法） – DSUM法 （双和法） – SRSS （均方根法） – NRLSUM法 （美国海军实验室法） – PSD法（功率谱密度法）
– 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
• 如果施加Y方向的激励，那么模态1会有最高的 参与因子PF，模态 2会有低点的PF.而模态3则参 与因子为0.
• 如果是X方向激励，那模态1 与2会有0参与因子， 而模态3会有较高的参与因子PF.
Y mode 2 2 mode3 X mode 1
模态系数
• 模态系数是“缩放因子”，用来和振型相乘来 得到最大响应.
1
2
3
4
谱分析总论
• 如果地基在频率f1下激励，那 这四个系统的响应记录如图所 u 示.
• 现在增加第二个激励f3 并记录
f
位移响应. 则系统1与系统3会 u
分别达到它们的峰值.
• 如果一个一般的包含多个频率
f
的激励施加，并只记录峰值响 u
应, 就会得到一条曲线. 这就
是谱曲线或称之为响应谱曲线.
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.
谱分析总论
• 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
• 参与因子Participation factor • 模态系数Mode coefficient • 模态合并Mode bination
谱分析总论
• 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 < f4.
而费时且昂贵.
• 然而，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.
Acceleration vs. time
Acceleration spectrum (G vs. Hz)
A structure subject to the El Centro earthquake can be analyzed using either a Transient analysis or spectrum analysis.
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
El Centro Earthquake ( 1940 )
• 对于结构的每一个模态，计算在每一个方向上的参与系数g i， g i 是衡 量该模态在那个方向上的参与程度（所有的模态分析均计算）；
• 按Ai=Si g i 计算每一个模态的模态系数Ai，其中Si 指的是模态 i的频谱 值；
• 按{ui} = Ai{yi}计算每一个模态的位移矢量{ui} ，其中{yi}是特征向量， {ui} 代表该模态的最大响应；
• 载荷和边界条件：对于基础激励，一定要约束适 当的自由度
• 文件：.mode文件包含有特征向量，并且此文件要 用于频谱求解
单点响应谱
✓ Build the model ✓ Obtain the modal solution
转向谱分析类型
• 退出并重新进入求解阶段 • 指定新分析：谱分析 • 分析选项 • 阻尼
f
谱分析总论
• 响应谱是一系列单自由度系统在给定激励下 的最大响应的组合.
• 谱分析输入包括响应谱曲线与激励方向.
参与因子
• 对结构的每阶模态，在激励方向的参与因子被计 算出来.
• 参与因子是振型和激励方向的函数. • 这是度量在激励方向一个模态对于结构变形的贡
献大小.
参与因子
• 例如，考虑下图的悬臂梁.
• 将单个模态响应{ui} 以某种方式进行组合（模态组合方法），计算结构 的整体响应 ；ANSYS有几种模态组合技术（后面讨论），具体选择哪一 种取决于政府或所采用的工业标准。
提取模态
– 模态的提取：
— 有效的方法只有Block Lanczos，子空间法或缩减法 — 提取足够多的模态，以包含频谱的频率范围 — 扩展所有的模态，只有扩展的模态才能用于频谱的 求解
• 模态系数Ai是 Ai = Sigi *
– Si 是在频率wi的响应谱值 – gi 第i阶模态的参与因子
• 最大模态响应通过下式计算
{U}i max = Ai {f}i
• 对于加速度、速度和力谱，有不同的计算公式.
模态合并
• 一旦每阶模态的最大响应在给定响应谱下已知， 那么就需要以某种方式合并这些响应以得到结 构的总的响应.
单点响应谱
• 下面讨论单点响应谱过程 主要步骤:
– 建立模型 – 获得模态解 – 转向谱分析 – 定义响应谱 – 求解并查看结果
响应谱
• 用来描述理想化系统对激励响应的曲线，此响应 可以是加速度、速度、位移和力;
• 响应谱反映了激励的频率特征，因而可用于计算 结构对相同激励的响应。一般步骤如下：
• 几个标准的合并方法.
模态合并
• 六种不同的合并方法可以使用:
– CQC法 （完全平方组合法） – GRP法 （分组法） – DSUM法 （双和法） – SRSS （均方根法） – NRLSUM法 （美国海军实验室法） – PSD法（功率谱密度法）
– 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
• 如果施加Y方向的激励，那么模态1会有最高的 参与因子PF，模态 2会有低点的PF.而模态3则参 与因子为0.
• 如果是X方向激励，那模态1 与2会有0参与因子， 而模态3会有较高的参与因子PF.
Y mode 2 2 mode3 X mode 1
模态系数
• 模态系数是“缩放因子”，用来和振型相乘来 得到最大响应.
1
2
3
4
谱分析总论
• 如果地基在频率f1下激励，那 这四个系统的响应记录如图所 u 示.
• 现在增加第二个激励f3 并记录
f
位移响应. 则系统1与系统3会 u
分别达到它们的峰值.
• 如果一个一般的包含多个频率
f
的激励施加，并只记录峰值响 u
应, 就会得到一条曲线. 这就
是谱曲线或称之为响应谱曲线.
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.
谱分析总论
• 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
• 参与因子Participation factor • 模态系数Mode coefficient • 模态合并Mode bination
谱分析总论
• 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 < f4.
而费时且昂贵.
• 然而，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.
Acceleration vs. time
Acceleration spectrum (G vs. Hz)
A structure subject to the El Centro earthquake can be analyzed using either a Transient analysis or spectrum analysis.
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
El Centro Earthquake ( 1940 )
• 对于结构的每一个模态，计算在每一个方向上的参与系数g i， g i 是衡 量该模态在那个方向上的参与程度（所有的模态分析均计算）；
• 按Ai=Si g i 计算每一个模态的模态系数Ai，其中Si 指的是模态 i的频谱 值；
• 按{ui} = Ai{yi}计算每一个模态的位移矢量{ui} ，其中{yi}是特征向量， {ui} 代表该模态的最大响应；
• 载荷和边界条件：对于基础激励，一定要约束适 当的自由度
• 文件：.mode文件包含有特征向量，并且此文件要 用于频谱求解
单点响应谱
✓ Build the model ✓ Obtain the modal solution
转向谱分析类型
• 退出并重新进入求解阶段 • 指定新分析：谱分析 • 分析选项 • 阻尼
f
谱分析总论
• 响应谱是一系列单自由度系统在给定激励下 的最大响应的组合.
• 谱分析输入包括响应谱曲线与激励方向.
参与因子
• 对结构的每阶模态，在激励方向的参与因子被计 算出来.
• 参与因子是振型和激励方向的函数. • 这是度量在激励方向一个模态对于结构变形的贡
献大小.
参与因子
• 例如，考虑下图的悬臂梁.
• 将单个模态响应{ui} 以某种方式进行组合（模态组合方法），计算结构 的整体响应 ；ANSYS有几种模态组合技术（后面讨论），具体选择哪一 种取决于政府或所采用的工业标准。
提取模态
– 模态的提取：
— 有效的方法只有Block Lanczos，子空间法或缩减法 — 提取足够多的模态，以包含频谱的频率范围 — 扩展所有的模态，只有扩展的模态才能用于频谱的 求解
• 模态系数Ai是 Ai = Sigi *
– Si 是在频率wi的响应谱值 – gi 第i阶模态的参与因子
• 最大模态响应通过下式计算
{U}i max = Ai {f}i
• 对于加速度、速度和力谱，有不同的计算公式.
模态合并
• 一旦每阶模态的最大响应在给定响应谱下已知， 那么就需要以某种方式合并这些响应以得到结 构的总的响应.
单点响应谱
• 下面讨论单点响应谱过程 主要步骤:
– 建立模型 – 获得模态解 – 转向谱分析 – 定义响应谱 – 求解并查看结果
响应谱
• 用来描述理想化系统对激励响应的曲线，此响应 可以是加速度、速度、位移和力;
• 响应谱反映了激励的频率特征，因而可用于计算 结构对相同激励的响应。一般步骤如下：