第一十五章 响应谱分析

15.3.1  建立有限元网格模型

    根据实际问题的特点，对所分析的问题进行初步计划；建立反映真实物理情况的CAD模型或简化的CAD模型，并对其划分有限元网格；定义单元类型、单元选项、实常数、截面特性和材料特性。

    在进行响应谱分析时，要注意如下内容：

    1）只有线性行为是有效的，如果指定了非线性单元，它们将被当做是线性的。例如，如果分析中包含了接触单元，则系统取其初始状态的刚度值并且不再改变此刚度值。

    2）材料特性可以是线性的、各向同性的或正交各向异性的、恒定的或与温度相关的。

    3）必须指定杨氏模量EX（或某种形式的刚度）和密度DENS（或某种形式的质量）。

15.3.2  获得模态解

    结构的模态解（固有频率和振型）是计算谱解所必需的。第12章讲解了模态分析的基本过程，这里还需注意以下几点：

    1）应使用分块 Lanczos法（默认）、PCG Lanczos法、超节点法或缩减法提取模态，其余分析方法对下一步的响应谱分析是无效的。

    2）所提取的模态数目应足以表征在感兴趣的频率范围内结构所具有的响应，模态频率范围应覆盖响应谱频率范围的1.5倍。

    3）为简化分析过程并提高分析精度，在模态分析中应扩展所有模态。

    4）必须在施加激励谱的位置添加自由度约束。

15.3.3  设置单点响应谱分析求解控制选项

    模态分析完成后，重新进入求解器，并定义分析类型为谱分析（ANTYPE, SPECTR），再通过谱分析对话框设置求解选项，如图15-2所示。

图15-2  Spectrum Analysis对话框

    图15-2中定义了单点响应谱分析，并设置求解所需的模态数为12。

15.3.4  施加边界条件及载荷

    响应谱的类型可以是位移、速度、加速度、力或PSD。除力谱外，其余所有谱都是地震谱，即假定它们都作用于结构的基础上。谱值-频率曲线既可通过GUI方式定义，也可通过命令流方式定义，详见例15-1。

15.3.5  合并模态

    对于响应谱分析，ANSYS提供了5种模态合并方法：

    1）SRSS（Square Root of Sum of Squares）法

    2）CQC（Complete Quadratic Combination）法

    3）DSUM（Double SUM）法

    4）GRP（Grouping）法

    5）NRLSUM（Naval Research Laboratory SUM）法

    模态合并方法的具体示例详见例15-1。

15.3.6  求解

    在执行求解命令之前，可将当前模型进行备份，以便以后可恢复模型。

    执行求解命令：

    /SOLU

    SOLVE

    或者采用GUI方式提交求解：

    Main Menu>Solution>Solve>Current LS

15.3.7  查看结果

    单点响应谱分析的结果是以POST1命令的形式写入模态合并文件（Jobname.mcom）中的，这些命令依据某种方式（模态合并方法指定的）计算结构的最大响应。响应包括总位移（或速度，或加速度）、总应力（或应力速度，或应力加速度）、总应变（或应变速度，或应变加速度）和总反作用力（或总反作用力速度，或总反作用力加速度）。

    首先进入普通后处理器 POST1，再读入Jobname.mcom文件，查看结果。