第一十二章 谐响应分析

Reduced（缩减）法正如其名所示，是用缩减矩阵来计算出谐响应解。缩减法谐响应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，下面解释其他步骤的细节。

12.4.1加载并求得缩减解

缩减解是指在主DOF处计算出的自由度解。得到缩减解需做的工作如下。

1．进入ANSYS求解器
命令：/SOLU
GUI：MainMenu︱Solution

2．指定分析类型和分析选项
除下面的差异外，用于缩减解的选项和完全法求解的选项基本相同。
1）选择Reduced求解方法。
2）可以包括预应力效应[PSTRES]。这要求在先前的静力学（或瞬态）分析中同样包含预应力效应，并得到相应的单元文件。详情参见“有预应力谐响应分析”。

3．定义主自由度
主自由度是表征结构动力学特性的基本自由度或动力学自由度。在缩减法谐响应动力学分析中，要求在施加了力或非零位移的位置处也要设置主自由度。在“模态分析”的“矩阵缩减技术”部分已经指出了选择主自由度应遵循的准则。

4．在模型上加载
要加载的简谐载荷和在完全法中所述的一样，但有以下几个限制。
1）只可加位移和力。不可施加单元载荷（如压力、温度和加速度）。
2）力和非零位移只能施加在主自由度上。

5．指定载荷步选项
除OUTRES和ERESX命令不可用外，其余选项和完全法中描述的相同。OUTPR命令用于控制主自由度处节点解的输出情况[OUTPR,NSOL,ALL（或NONE）]。

6．保存数据库的备份
命令：SAVE
GUI：UtilityMenu︱File︱Saveas

7．开始求解
命令：SOLVE
GUI：MainMenu︱Solution︱Solve︱CurrentlLS

8．如有其他载荷和频率范围，重复第4步到第7步
如果希望进行时间历程后处理（在POST26中），则一个载荷步和另一个载荷步的频率范围之间不能有重叠。还有一种处理多步载荷的方法，它允许将载荷步保存到文件中然后用一个宏进行一次性求解。

12.4.2观察缩减法求解的结果

缩减法谐响应分析求解结果保存在缩减法响应位移文件Jobname.RFRQ中。解是由主自由度处的位移组成的，位移解在各求解中按所用强制频率规律变化。与完全法一样，如果指定了阻尼或施加了异步（存在相差）载荷，位移将为复数形式。可以在POST26中把主自由度上的位移定义为频率的函数并进行观察。（现在还不能用POST1，因为完整自由度上的解至此还未得到。）
使用POST26的步骤与完全法描述的基本一样，但存在以下差别：
  在定义POST26变量前，用FILE命令指定从Jobname.RFRQ中读取结果数据。比如，若分析项目名为HARMONIC，FILE命令将为：
FILE ,HARMONIC,RFRQ
默认时POST26寻找的结果文件不是缩减法求解过程保存的结果文件。
  可处理的只有节点自由度数据（在主自由度上），因此只能用NSOL命令定义变量。

12.4.3 扩展解

扩展解是根据缩减解计算出在所有自由度上的位移、应力和力的解。这些计算只能按指定的频率和相位角进行。因此，在开始扩展过程前，应当先观察缩减解的结果（用POST26）并找到临界频率和相位角。
扩展过程并不是必须的。例如，如果主要关心的是结构上给定点的位移，那么缩减解就可以满足要求。而如果想确定非主自由度处的位移或者对应力解感兴趣，那么就必须进行扩展。应注意以下两点：
  缩减法求解过程中产生的.RFRQ，TRI，EMAT和ESAV文件都必须存在。
  数据库中应包含和缩减法求解过程所用模型一致的模型。

1．重新进入ANSYS求解器
命令：/SOLU
GUI：MainMenu︱Solution

2．激活扩展过程及其选项
（1）激活扩展
命令：EXPASS
GUI：Main Menu︱Solution︱Analysis Type︱ExpansionPass
在弹出的对话框中选择。
（2）指定扩展的解的数目
命令：NUMEXP，HREXP
GUI：Main Menu︱Solution︱Load Step Opts︱ExpansionPass︱Singe Expand︱ Range of Solu's
弹出如图12-4所示的设置扩展求解对话框。

图12-4  扩展求解对话框

1）Numberof soluto expand[NUMEXP,NUM]选项：指定要扩展的解的数目。此数是指在一个频率范围（下一选项指定）内均布的要扩展出的解的数目。如NUMEXP,4,1000,2000指定在频率范围1 000Hz～2 000Hz间扩展出4个解（即扩展在频率为1 250Hz、1 500Hz、1 750Hz和2 000Hz处的解）。
2）Beginning time /Endding time [NUMEXP,BEGRNG,ENDRNG]选项：指定扩展频率范围。如果不需要扩展出多个解，可以用EXPSOL指定要扩展的单一解（指定解对应的载荷步、子步号或对应的频率值）。
3）Calculate elem results？[NUMEXP,Elcacl]选项：如果对应力和力的计算不感兴趣可以关闭这一选项。默认情形下计算应力和力。
4）PhaseAngle[HREXP]选项：如果在一个频率范围内要扩展多个解，建议对实部和虚部都进行扩展。这样，便可以很容易地在POST26中合并实部和虚部，以便观察位移、应力及其他结果的峰值。另外，如果扩展的是单一解，则可以用HREXP,angle指定峰值位移发生时的相位角。
（3）设置输出格式
命令：HROUT
GUI：Main Menu︱Solution︱Analysis Type︱Analysis Options
该操作用于确定谐响应位移解如何在输出文件Jobname.OUT中列出。可以选择实部/虚部方式（默认）或振幅/相位角方式。

3．指定载荷步选项
在谐响应扩展过程中唯一可用的载荷步选项是输出控制。
（1）PrintedOutput
设置在输出文件Jobname.OUT中要包含的结果数据。
命令：OUTPR
GUI：MainMenu︱Solution︱LoadStepOpts︱OutputCtrls︱SoluPrintout
（2）DatabaseandResultFileOutput
控制结果文件Jobname.RST中包含的数据。
命令：OUTRES
GUI：MainMenu︱Solution︱LoadStepOpts︱OutputCtrls︱DB/ResultFile
（3）ExtrapolationofResults
此选项设置采用复制结果到节点方式而非外插值方式（默认）来观察单元积分点结果。
命令：ERESX
GUI：MainMenu︱Solution︱LoadStepOpts︱OutputCtrls︱IntegrationPt
注意：OUTPR和OUTRES命令的FREQ域只可以为ALL或NONE。

4．执行扩展过程
命令：SOLVE
GUI：MainMenu︱Solution︱CurrentsLS

5．对其他需要扩展的解，分别重复步骤2、3和4
每一次扩展过程在结果文件中被保存为一个单独的载荷步。谱分析要求所有已扩展模态保存在一个载荷步中。

6．离开SOLUTION
现在可以在后处理器中观察结果了。
命令：FINSH
GUI：关闭Solution菜单。

12.4.4观察扩展解的结果

扩展过程的结果保存在结构分析结果文件Jobname.RST中。解是由下面的解扩展所用频率对应的数据组成的。

1．基本数据
节点位移（UX，UY，UZ，ROTX，ROTY，ROTZ）

2．派生数据
派生数据包括：节点和单元应力、节点和单元应变、单元力、节点反作用力。
可以用POST1观察这些结果数据。如果已在几个频率处扩展了解，那么可以用POST26得到应力对频率、应变对频率的关系等的曲线图。
用POST1（或POST26）的步骤和在完全法中描述的基本相同，只有一点不同：如果指定了在某个相位角处扩展解（HREXP,angle），则在每个频率处只生成一个解。可用SET命令从结果文件中读取。