譜分析理論第一部分響應(yīng)譜分析

1、譜分析理論第一部分響應(yīng)譜分析單點(diǎn)響應(yīng)譜分析多點(diǎn)響應(yīng)譜分析譜分析總論譜分析定義? 用來(lái)計(jì)算結(jié)構(gòu)在包括多種頻率的瞬態(tài)激勵(lì)下的響應(yīng).激勵(lì)可能來(lái)自地震、飛機(jī)噪聲、發(fā)射起動(dòng)譜是在頻率域中的載荷歷程.也可稱作為響應(yīng)譜.譜分析總論El Centro Earthquake ( 1940 )Acceleration vs. timeAcceleration spectrum (G vs. Hz)A structure subject to the El Centro earthquake can be analyzed using either a Transient analysis or spectrum

2、analysis.譜分析總論是模態(tài)分析延伸，用于計(jì)算結(jié)構(gòu)對(duì)地震及其它隨機(jī)激勵(lì)的響應(yīng)；計(jì)算在每個(gè)固有頻率處的給定譜值的結(jié)構(gòu)最大響應(yīng). 這個(gè)最大響應(yīng)作為模態(tài)的比例因子.將這些最大響應(yīng)進(jìn)行組合來(lái)給出結(jié)構(gòu)的總的響應(yīng).譜分析總論譜分析的替代方法是瞬態(tài)分析，二者區(qū)別為： 瞬態(tài)分析很難應(yīng)用于地震等隨時(shí)間無(wú)規(guī)律變化載荷的分析;在瞬態(tài)分析中，為了捕捉載荷，時(shí)間步長(zhǎng)必須取得很小，因而費(fèi)時(shí)且昂貴.然而，瞬態(tài)分析更加精確.在譜分析中，關(guān)鍵是快速獲得最大響應(yīng)，一些信息也會(huì)丟失（如相位角等）.譜分析總論應(yīng)用： 建筑物框架及橋梁 太空船部件 飛機(jī)部件 承受地震或其它不穩(wěn)定載荷的系統(tǒng)譜分析總論ANSYS可以進(jìn)行四種類型的譜分

3、析:單點(diǎn)響應(yīng)譜給模型中一個(gè)點(diǎn)集指定一條響應(yīng)譜曲線。比如對(duì)所有支撐點(diǎn).多點(diǎn)響應(yīng)譜對(duì)不同的點(diǎn)集指定不同的響應(yīng)譜曲線.動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)分析方法 (DDAM)是一種用于船用裝備抗振性的技術(shù)，它所用的譜是從美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室報(bào)告中一系列經(jīng)驗(yàn)公式和振動(dòng)設(shè)計(jì)表得到的.功率譜密度 (PSD)*是在隨機(jī)振動(dòng)中概率統(tǒng)計(jì)的方法.譜的定義譜分析中如何使用響應(yīng)譜來(lái)計(jì)算結(jié)構(gòu)的響應(yīng)參與因子Participation factor模態(tài)系數(shù)Mode coefficient模態(tài)合并Mode combination譜分析總論譜分析總論譜曲線代表了理想化的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在某激勵(lì)下的最大響應(yīng). 響應(yīng)可以是加速度、速度、位移或力.例如,四個(gè)單自由度

4、彈簧質(zhì)量系統(tǒng)置于振動(dòng)板上.它們的頻率分別是 f1, f2, f3, 和f4, 并且f1 f2 f3 File Read Input from.讀入*.mcom文件察看變形后的形狀圖形顯示應(yīng)力和應(yīng)變多點(diǎn)響應(yīng)譜（MPRS)分析選用MPRS而不是PSD作為譜分析類型;“PSD頻率”關(guān)系表對(duì)應(yīng)譜值頻率關(guān)系; 各譜之間不能定義任何程度的相關(guān)性(即,假定各譜之間是不相關(guān)的)。只計(jì)算（相對(duì)于基礎(chǔ)激勵(lì)的）相對(duì)結(jié)果，不計(jì)算絕對(duì)結(jié)果；除了PSDCOM的模態(tài)合并方法以外，其他所有模態(tài)合并方法都可以選用。多點(diǎn)響應(yīng)譜分析的結(jié)果是以POST1的命令格式寫入到模態(tài)合并文件（ Jobname.MCOM）中。 多點(diǎn)響應(yīng)譜分析與

5、隨機(jī)振動(dòng)分析（將在后面進(jìn)行討論）的過(guò)程除了以下六點(diǎn)外是相同的:第二部分隨機(jī)振動(dòng)隨機(jī)振動(dòng)分析概論隨機(jī)振動(dòng)分析基于概率統(tǒng)計(jì)學(xué)的譜分析.例如火箭在每次發(fā)射中由載荷（例如加速度載荷等）產(chǎn)生的不同時(shí)間歷程Reference: Random vibrations in mechanical systems by Crandall & Mark隨機(jī)振動(dòng)分析概論由于時(shí)間歷程不是確定的，所以瞬態(tài)分析不是可選的.而利用統(tǒng)計(jì)學(xué)標(biāo)本功率譜密度PSD代表載荷時(shí)間歷程.隨機(jī)振動(dòng)分析概論P(yáng)SD定義PSD是一條功率譜密度值頻率值的關(guān)系曲線，其曲線下的面積就是方差，即響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)偏差的平方值.PSD的單位是mean square/

6、Hz (如加速度PSD單位G2/Hz).PSD可以是位移、速度、加速度或力.隨機(jī)振動(dòng)分析概論輸入值：結(jié)構(gòu)的自然頻率及模態(tài)功率譜密度曲線（將在后面討論）輸出值：以1s位移和應(yīng)力表示最可能出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)響應(yīng)隨機(jī)振動(dòng)分析步驟六個(gè)主要步驟：建模獲得模態(tài)解轉(zhuǎn)換成譜分析類型定義和施加功率譜密度激勵(lì)求解察看結(jié)果獲得模態(tài)解載荷及邊界條件：對(duì)于基礎(chǔ)激勵(lì)，一定要約束適當(dāng)?shù)淖杂啥葘?duì)于壓力PSD， 在此步中施加壓力于想要的表面上文件： jobname.mode文件含有特征向量而且是對(duì)于頻譜求解所需要的阻尼阻尼：所有四種形式均可采用：-阻尼（質(zhì)量阻尼）-阻尼（剛度阻尼）恒定阻尼比與頻率相關(guān)的阻尼比（模態(tài)阻尼）如果沒(méi)有指明阻

7、尼，ANSYS將以1%的恒定阻尼作為缺省值定義并施加功率譜密度激勵(lì)定義并施加功率譜密度激勵(lì)：指明功率譜密度設(shè)置定義功率譜密度對(duì)頻率的數(shù)據(jù)表在想要的節(jié)點(diǎn)施加激勵(lì)功率譜密度設(shè)置功率譜密度設(shè)置：頻譜類型（單位）：加速度 （常規(guī)單位或 g2/Hz）速度位移力壓力表號(hào)的缺省值為1，對(duì)于多條功率譜密度曲線，使用表號(hào)典型命令：PSDUNIT，.功率譜密度頻率的數(shù)據(jù)表功率譜密度對(duì)頻率的數(shù)據(jù)表：指明表號(hào)（通常為1）然后一對(duì)一對(duì)地輸入頻率和功率譜密度值施加功率譜密度施加功率譜密度：施加步驟取決于功率譜密度類型加速度、速度或位移功率譜密度：這些是基礎(chǔ)上的激勵(lì)并且只能施加于以前約束過(guò)的節(jié)點(diǎn)上在 UX， UY或UZ （

8、Pick nodes.施加功率譜密度作用力功率譜密度：節(jié)點(diǎn)激勵(lì)作為數(shù)值為1.0（或希望的比例因子）的作用力施加在 FX， FY或FZ （激勵(lì)方向）上壓力功率譜密度：要求在模態(tài)分析中即施加壓力使用載荷矢量（在模態(tài)求解時(shí)計(jì)算出的）來(lái)施加壓力功率譜密度激勵(lì)求 解求解：激活功率譜密度模態(tài)組合方法指定計(jì)算的項(xiàng)目*計(jì)算參與系數(shù)*啟動(dòng)功率譜密度求解器*將在后面討論計(jì)算項(xiàng)目缺省的計(jì)算項(xiàng)目是計(jì)算相對(duì)于基礎(chǔ)激勵(lì)的位移解（包括應(yīng)力和應(yīng)變）；可以獲得相對(duì)于基礎(chǔ)的或絕對(duì)的速度和加速度解。計(jì)算參與系數(shù)必須計(jì)算模態(tài)對(duì)每一個(gè)定義的功率譜密度表的參與系數(shù)；指定基礎(chǔ)或節(jié)點(diǎn)激勵(lì)。啟動(dòng)功率譜密度求解器：結(jié)果寫入 .rst文件中典型命

9、令：PFACT，SOLVEFINISH查看結(jié)果查看結(jié)果：繪圖和列表顯示 1s 時(shí)的各參數(shù)時(shí)的數(shù)值 （POST1）生成響應(yīng)功率譜密度 （POST26）計(jì)算兩個(gè)量之間的協(xié)方差 （POST26）結(jié)果文件內(nèi)容結(jié)果文件最多可以有5個(gè)載荷步:載荷步 1： 模態(tài)結(jié)果，每階模態(tài)一個(gè)子步；載荷步2： 單位靜態(tài)解，每個(gè)PSD表一個(gè)子步； 如果不是基礎(chǔ)激勵(lì)則為空；載荷步3： 1s 位移解；載荷步4： 1s 速度解；如果沒(méi)要求輸出則為空。載荷步5： 1s 加速度解；如果沒(méi)要求輸出則為空。1s 結(jié)果的數(shù)值及意義隨機(jī)振動(dòng)結(jié)果為 1s時(shí)的各參數(shù)的值： 1s時(shí)的位移，1s 時(shí)的應(yīng)力等等；所有參數(shù)都假定為平均值為零的高斯（正態(tài)）分布；例如，最大位移 Umax表示Uimax 等為 或更小值的概率為 68%（1s）；它同時(shí)也表示為： Umax等為或更小的機(jī)率 為95%（2s） Umax