mscnastran振动疲劳分析lec22振动疲劳

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1、第22章振动疲劳分析动力载荷疲劳所有的疲劳分析都要求确定应力/应变循环.幸运的是这并不一定要求是瞬态动力分析.疲劳分析选项:静态(或者准静态)疲劳分析通过时间历程来对静态应力或者应变进行比例缩放瞬态(直接法或者模态法)疲劳分析直接使用有限元分析的应力或者应变结果随机振动(频域应力PSD)疲劳分析转换PSD到期望的应力循环时域:静态方法(带或者不带惯性释放)瞬态方法(直接法或者模态法)频率域:频率响应分析(传递函数)随机振动分析分析域的选择动力响应计算是必须的吗?frequency传递函数Fn第一阶固有频率FL最高加载频率FL<1/3FN

2、是,如果最高加载频率大于第一阶固有频率的三分之一确定静态有限元分析载荷和约束,以模拟工作环境测量或者预测载荷时间历程Pk(t)弹性应力历程是通过线性叠加方法进行计算:wherek=loadcaseID.准静态分析准静态方法(线性叠加)-对于每个单元/节点重复s1A*L1(t)+s2A*L2(t)+...=sA(t)单位载荷下的应力局部应力历程载荷历程L2sAL1L1=1L2=1静态分析优点:有限元计算代价低.硬盘空间要求少.可以使同样的应力数据用于不同载荷事件的疲劳分析.(也就是多事件)自动排除可以用于在疲劳分析前选择实体以加速分析。缺点:

3、静态有限元分析要求的某些约束可能不理想.当系统固有频率接近外载频率时候精度不够.瞬态分析(时域)对于组合载荷的应力是通过有限元一点一点计算的.局部应力历程载荷时间历程L2sAL1L1L2疲劳分析对于长的时间历程,问题是求解时间和硬盘空间要求瞬态分析的类型直接(积分)瞬态整个系统的运动方程通过每一个时间步积分代价大(CPU时间和硬盘空间)可以计算非线性动力问题模态(叠加)瞬态方法系统的动力学特性和自由度被缩减到一组模态，因此求解速度比直接法快.需要选择一组合适的模态.限于线性问题(一般采用这个)Mode1×1.5Mode2×1.0+Mode3

4、×2.0+响应模态振型模态坐标Mode1Mode2Mode3模态叠加的概念用模态叠加法计算瞬态分析-repeatforeachnode/element模态应力局部应力历程模态响应sAr1模态2f1A*r1(t)+f2A*r2(t)+...=sA(t)r2模态1模态叠加CalculateModalStresses(usingNastranSOL103)CalculatemodalresponsesusingModalTransientAnalysis(NastranSOL112,SDISP(punch)=ALL)瞬态分析优点:考虑系统固有频率

5、接近外载频率情况下的动力影响.系统可以进行动态分析而不需要任何人工约束.模态法瞬态计算强度比直接法小.缺点:瞬态分析计算强度比静态大.需要很大的硬盘空间去储存每一时间步的应力状态.每一载荷事件需要分别计算.在疲劳分析前,不容易定位关键单元.用模态叠加计算瞬态响应使用模态法瞬态响应进行疲劳分析的常用方法是：在msc.fatigue中组合模态应力和模态响应去计算疲劳.这个方法和用nastran计算在计算上市等同的,。但有几个优点包括减少硬盘用量。使得结构动力响应计算不需要存储每一节点/单元的响应.考虑共振影响这个方法类似于准静态方法，模态参与因

6、子关联模态应力结合多体动力求解允许对整个装配体进行有效的瞬态分析模态叠加瞬态分析的优点需要明智地选择模态分析中模态数量，在Nastran中推荐用残余向量选项需要将模态响应转换为时间历程形式。当前Nastran支持使用Punch文件中的SDISP模态叠加瞬态分析缺点频域中疲劳分析频域为什么使用频域?PSDfrequencyPSDStressfrequency传递函数timeWindspeed时域OutputInputtimeHubStress在频域中计算疲劳的好处随机载荷的动力响应分析不需要完全的瞬态分析疲劳分析相当快分析可以在设计早期进行能

7、交互分析各种假定时域频域快速傅立叶变换(FFT)(丢掉相位)傅立叶逆变换(IFT)(创建随机相位)TimeinsecondsResponsevariation5101520Frequency(Hz)PowerSpectrumResponse2Hertz时间瞬态或者频域?频域分析可以考虑动力共振效果随机振动(PSD应力)组合PSD载荷下的应力PSD响应是通过对每一感兴趣的频率进行有限元计算得到的.局部应力PSD载荷PSD输入s^2/HzL1L2疲劳分析g^2/Hzg^2/Hz概率密度(DirlikorNarrowBand)应力重新求解到主平面

8、上多载荷输入用交叉PSD考虑相关性影响应力张量稳定性检查通过PSD计算疲劳寿命有7种求解方法,包括;Dirlik,SteinbergandNarrowBandsolutions振