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nastran动力学培训


动力学培训内容介绍
1.模态分析 2.瞬态响应分析 3.频率响应分析 4.强迫运动 5.随机响应分析

结构动力学分析
一、模态分析 ? 求解器:103 ? 质量矩阵形式:MSC认为耦合质量比集中质量更精确,在 动力分析里出于对计算速度的考虑,更倾向于使用集中质 量。 ? 使用方法:用PARAM,COUPMASS,1选择耦合质量; 缺省为

集中质量。 ? 求解方法:推荐的Lanczos方法。 ? EIGRL卡片

二、瞬态响应分析
? 分析目的:计算时变激励载荷作用下结构的动力行为。 载荷的形式可以是外力或强迫运动。 ? 两种数值方法:直接法和模态法。直接法对全部耦合的 运动方程进行直接数值积分来求解;而模态法则是利用 结构的振型来对耦合的运动方程进行缩减和解耦,然后 再由单个模态响应的叠加得到问题的最终解答。 ? 求解器:直接法 SOL 109;模态法 SOL 112 ? 直接瞬态响应中的阻尼
B ? B1 ? B 2 ? G 1 1 K ? ? GEKE W3 W4

(续)
? G=整体结构的阻尼系数(PARAM,G) W3=感兴趣的整体结构阻尼转化频率-弧度/秒(PARAM, W3) W4感兴趣的单元结构阻尼转化频率-弧度/秒(PARAM, W4) KE=单元刚度矩阵 由于瞬态分析不允许出现复系数。所以,结构阻尼通过等 效的粘性阻尼来施加。即PARAM,G和PARAM,W3同 时定义。 模态法的特点:模态截断。一般模态法并不需要计算所有的 模态,对于动力响应计算,经常仅需要最低的几阶模态就 足够了。

(续)
? ? ? ? PARAM,LFREQ 给出保留模态频率的下限 PARAM,HFREQ 给出保留模态频率的上限 PARAM,LMODES 给出被保留的最低频率模态的数量。 载荷卡片:
时变载荷 TLOAD1(与表联用)
载荷类型(力、力矩或者强迫位 移、速度、加速度)

DAREA或SPCD入口

指定表的号

(续)
? TLOAD2
载荷作用的起止时间

频率

相位角

载荷集的组合-DLOAD卡
整体比例因子 第2个载荷的比例因子 及TLOAD标识号

(续)
? DAREA卡
Grid number Component号

比例因子

? LSEQ卡
定义作为动态载荷来应用的静态载荷。 通过LOADSET工况控制命令来选中LSEQ模型数据卡 包含一个DAREA卡,以表明是和TLOAD卡一起作用的载荷集。

(续)
静态载荷标识

与TLOADi中对应

温度载荷标识

?例:

(续)
? 该结构受到随时间变化的激励作用:1磅/平方英寸的压力 载荷作用在整个板的表面,以250HZ的频率变化;一个50 磅的力加在顶端的角上,其变化频率也是250HZ,但与压 力载荷有180度的相位差。两个时间的动力载荷都只持续 作用0.008秒。作用g=0.06的结构阻尼,并把它转化为频 率为250HZ的等效粘性阻尼。对该结构进行0.04秒的瞬态 分析。

(续)
? ? ? ? SOL 109 TIME 30 CEND TITLE= TRANSIENT RESPONSE WITH TIME DEPENDENT PRESSURE AND POINT LOADS SUBTITLE= USE THE DIRECT METHOD ECHO= PUNCH SPC= 1 SET 1= 11, 33, 55 DISPLACEMENT= 1 SUBCASE 1 DLOAD= 700 $ SELECT TEMPORAL COMPONENT OF TRANSIENT LOADING (必须) LOADSET= 100 $ SELECT SPACIAL DISTRIBUTION OF TRANSIENT LOADING(可选) TSTEP= 100 $ SELECT INTEGRATION TIME STEPS (必须) $

? ? ? ? ? ? ?
?

? ?

(续)
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? BEGIN BULK PARAM, COUPMASS, 1 PARAM, WTMASS, 0.00259 $ 3 PERCENT AT 250 HZ. = 1571 RAD/SEC. PARAM, G, 0.06 PARAM, W3, 1571. $ APPLY UNIT PRESSURE LOAD TO PLATE $ LSEQ, 100, 300, 400 $ PLOAD2, 400, 1., 1, THRU, 40 $(静态载荷) $ VARY PRESSURE LOAD (250 HZ) TLOAD2, 200, 300, , 0, 0., 8.E-3, 250., -90. $ APPLY POINT LOAD OUT OF PHASE WITH PRESSURE LOAD $ TLOAD2, 500, 600, , 0, 0., 8.E-3, 250., 90. $ DAREA, 600, 11, 3, 1. $ $ COMBINE LOADS $ DLOAD, 700, 1., 1., 200, 50., 500 $ $ SPECIFY INTERGRATION TIME STEPS TSTEP, 100, 100, 4.0E-4, 1 输出跳跃因子 ENDDATA

时间步数 作用时间

三、频率响应分析
? 频率响应分析是计算在稳态振动激励作用下结构动力响应 的一种方法(比如偏心旋转部件在一组转动频率下的旋转 分析)。 ? 在频率响应分析中,激励载荷是在频域中明确定义的,所 有外力在每一个指定的频率上都是已知的。而力的形式可 以是外力、也可以是强迫运动。 ? 与瞬态分析一样,也有两种方法供选用:直接法和模态法。 对应的求解器为SOL108、SOL111。

(续)
? 激励的定义:与瞬态响应中TLOAD对应,在频率响应中 为RLOAD。其中RLOAD1是按照实部与虚部的形式来定 义频变载荷;RLOAD2按幅值和相位的形式来定义频变载 荷。 ? 几点考虑:如果激励的最高频率比系统的最低谐振频率小 得多,那么使用静态分析就足够了;阻尼很小的结构在激 励频率接近于谐振频率的时候,会表现出很大的动力响应。 在这样的问题中,模型上一个小的改动(或仅换一台电脑 来计算)都可能产生响应的明显变化;如果希望对峰值响 应进行充分的预测,必须使用足够好的频率步长(Δ f)。 对每个半能带宽至少使用5个点。

(续)
? 频率响应分析中的定义卡 FREQ卡定义的是离散的激励频率。 FREQ1定义的是起始频率fstart,频率增量与增量的数量。 FREQ2定义的是起始频率fstart,终了频率和对数间隔的数 量。 FREQ3定义的是频率范围F1、F2和在两者之间使用线性 或对数插值的频率个数。 FREQ4在每个谐振频率处指定一个频率值,并在该值附近 指定等间距分布的激励频率的数量。 FREQ5指定的是一个频率范围以及此范围内自然频率的比 值。

(续)
? 例:在前一例子中的平板受不同频率激励载荷作用下的频 率响应。在20到1000HZ范围内使用20HZ的频率步长,并 取结构阻尼为g=0.06。

(续)
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? SOL 108 TIME 30 CEND TITLE = FREQUENCY RESPONSE DUE TO UNIT FORCE AT TIP ECHO = UNSORTED SPC = 1 SET 111 = 11, 33, 55 DISPLACEMENT(SORT2, PHASE) = 111 SUBCASE 1 DLOAD = 500 FREQUENCY = 100 $

(续)
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? BEGIN BULK PARAM, COUPMASS, 1 PARAM, WTMASS, 0.00259 $(使用重量单位) $ $ SPECIFY STRUCTURAL DAMPING $ PARAM, G, 0.06 $ $ APPLY UNIT FORCE AT TIP POINT $ RLOAD2, 500, 600, , ,310 $ DAREA, 600, 11, 3, 1.0 $ TABLED1, 310, , 0., 1., 1000., 1., ENDT $ $ SPECIFY FREQUENCY STEPS $ FREQ1, 100, 20., 20., 49 $ ENDDATA

四、强迫运动
? 用于分析带有地基加速度、位移和速度的输入的受约束结 构。 ? 直接指定法 ? 例:一端固支的矩形结构,在地基上受到沿Z方向频率为 250HZ的单位正弦脉冲加速度作用,使用直接方法,确定 该结构的瞬态响应。在地基上施加1000lb的大质量,使用 的结构阻尼系数:g=0.06,并将此阻尼转化为在250HZ下 的等效粘性阻尼。

(续)
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? SOL 109 TIME 30 CEND TITLE = TRANSIENT RESPONSE WITH BASE EXCITATION SUBTITLE = USING DIRECT TRANSIENT METHOD, NO REDUCTION ECHO = UNSORTED SPC = 200 SET 111 = 23, 33 DISPLACEMENT (SORT2) = 111 VELOCITY (SORT2) = 111 ACCELERATION (SORT2) = 111 SUBCASE 1 DLOAD = 500 TSTEP = 100 $

(续)
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? BEGIN BULK PARAM, COUPMASS, 1 PARAM, WTMASS, 0.00259 $ SPECIFY STRUCTURAL DAMPING PARAM, G, 0.06 PARAM, W3, 1571. $ APPLY EDGE CONSTRAINTS $ SPC1, 200, 12456, 1, 12, 23, 34, 45 $ $ PLACE BIG FOUNDATION MASS (BFM) AT BASE $ CMASS2, 100, 1000., 23, 3 $ $ RBE MASS TO REMAINING BASE POINTS $ RBE2, 101, 23, 3, 1, 12, 34, 45 $ $ APPLY LOADING TO FOUNDATION MASS $ TLOAD2, 500, 600, , 0, 0.0, 0.004, 250., -90. $ DAREA, 600, 23, 3, 2.588 $ $ SPECIFY INTEGRATION TIME STEPS $ TSTEP, 100, 200, 2.0E-4, 1 ENDDATA

五、随机响应分析
? 随机振动是只能在统计意义下描述的振动。在任何给定的 时刻,其振动的幅值都不是确切可知的;而相反,其振动 幅值的统计特性(平均值、标准偏差)是给定的。 ? 随机响应分析需要的输入 执行控制段 求解器:直接法(108)、模态法(111) 工况控制段 RANDOM(选择模型数据集中的RANDPS、RANDT 输入卡以及有关频率响应的输入卡,该段必须在子工况的 上面出现) 模型数据集段 RANDPS(功率谱密度的详细说明)

(续)
? RANDT1(频率响应的自相关时间滞后卡)

? 例:对于板模型,在Z方向强加一个基础运动,该运动由 表中的功率谱密度来描述。使用在边界上附加大质量的模 态方法(通过RBE2卡) ? 需要确定下列计算内容: ? 在激励位置(大质量)处的响应位移及加速度的功率谱密 度。 ? 在自由边的中心及拐角处的位移功率谱密度。(节点33和 35) ? 假设在整个频率范围内的临界阻尼比率为固定值3%。

(续)

SOL 111 $(模态求解法) TIME 30 CEND TITLE= RANDOM ANALYSIS - BASE EXCITATION SUBTITLE= USING THE MODAL METHOD WITH LANCZOS ECHO= UNSORTED SPC= 101 SET 111= 33, 55, 9999 ACCELERATION(SORT2, PHASE)= 111

(续)
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? METHOD= 100 FREQUENCY= 100 SDAMPING= 100 RANDOM= 100 DLOAD= 100 BEGIN BULK PARAM,COUPMASS,1 PARAM,WTMASS,0.00259 $ INCLUDE ’plate.bdf’ $ GRID, 9999, , 0., 0., 0. $ RBE2, 101, 9999, 12345, 1, 12, 23, 34, 45 $ SPC1, 101, 12456, 9999 $ CONM2, 6000, 9999, , 1.0E8 $ $ EIGENVALUE EXTRACTION PARAMETERS $ EIGRL, 100 , , 2000.

(续)
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

阻尼单位 TABDMP1, 100, CRIT, +, 0., .03, 10., .03, ENDT $ $ POINT LOADING AT TIP CENTER $ RLOAD2, 100, 600, , , 310 $ TABLED1, 310, +, 10., 1., 1000., 1., ENDT $ DAREA, 600, 9999, 3, 1.E8 $ $ SPECIFY FREQUENCY STEPS $ FREQ,100,30. FREQ1,100,20.,20.,50 FREQ4,100,20.,1000.,.03,5 $ $ SPECIFY SPECTRAL DENSITY $ RANDPS, 100, 1, 1, 1., 0., 111 $ 对数法插值,线性为LINEAR TABRND1, 111,LOG,LOG +, 20., 0.1, 30., 1., 100., 1., 500., .1, +, 1000., .1, ENDT $ ENDDATA


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