ANSYS结构动力学分析-2.ppt

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1、模态叠加第7章第7章模态叠加A.定义模态叠加B.学习如何使用模态叠加的方法C.模态叠加实例TOC-2模态叠加A.定义和目的模态叠加是用于瞬态分析和谐响应分析的一种求解技术，它是将从模态分析获得的各个振形分别乘以响应系数后叠加起来计算动力学总响应是一个用来求解线性动力学问题的快速、有效的方法另一种可选用的方法是直接积分方法，这种方法需要较多的时间。下面来比较这两种方法TOC-3模态叠加…定义和目的总体运动方程：TOC-4模态叠加是假设U(t)能用结构模态形状的线性叠加来表示。这里[F]是模态形状f1,f2,f3,...fm,矩阵模态叠加…定义和目的TO

2、C-5总体运动方程两边乘以[F]T，如下式：自然模态的正交性如下所示：如果有比例阻尼，如下：模态叠加…定义和目的定义‘m’为模态数，这样就简化成求解‘m’的单自由度非耦合方程的问题该方程可以用非阻尼求解器（如：波前求解器）求解如果规定了非比例阻尼，那么‘m’个单自由度方程系统就和阻尼矩阵发生耦合。该方程系统一定要用QR阻尼求解器求解最后的解（不考虑阻尼）是：TOC-6模态叠加…定义和目的模态叠加法无论运动方程是非耦合的（仅比例阻尼）或耦合的（非比例阻尼），求解速度很快仅当需要少量模态来描述响应时才有效需要使用模态解中的特征向量只用于线性分析，不能有非

3、线性选项决定要需要使用多少阶模态是比较困难的，很少几个模态就可能得到良好的位移结果，但只能得到很差的应力结果直接积分法完全耦合的运动方程，求解很费时间对大多数问题都有效不需要特征向量然而大多数动力分析是从模态求解开始的在瞬态分析中允许有非线性性质决定积分时间步长Dt比决定要叠加的模态个数更为容易TOC-7模态叠加B.步骤五个主要步骤：建模获得模态解转换成谐响应分析和瞬态分析加载并求解查看结果TOC-8模态叠加建模模型与模态分析所考虑的问题相同只能用线性单元和材料，忽略各种非线性性质注意密度!此外,若有与材料相关的阻尼,必须在这一步中定义参见第一章中建

4、模要考虑的问题TOC-9模态叠加获得模态解建模获得模态解与模态分析步骤相同有少量差别,将在后面讨论TOC-10模态叠加…获得模态解模态提取：只有分块Lanczos法、子空间法、缩减法、powerdynamics或QR阻尼法有效提取对动力学响应有影响的所有模态在查看模态振形时模态扩展是必要的,但在进行模态叠加求解时并不需要如果要使用QR阻尼模态提取法，一定要在前处理或在模态分析中定义阻尼。在模态叠加、瞬态或谐响应分析中定义的阻尼将被忽略。TOC-11模态叠加…获得模态解载荷和约束条件：该步中必须施加所有的位移约束,位移约束值只能为零,非零值是不允许的如

5、果谐响应分析和瞬态分析中要施加单元载荷（如压力温度和加速度等）时,它们必须在这一步中定义。TOC-12求解器忽略模态求解中的载荷,但是将载荷向量写入.mode文件模态叠加切换到谐响应分析或瞬态分析建模获得模态解切换到谐响应分析或瞬态分析退出并重新进入求解器新分析：谐响应分析或瞬态分析分析选项：下面讨论阻尼：下面讨论TOC-13模态叠加…切换到谐响应分析或瞬态分析分析选项–除以下几点外均与完全谐响应分析或瞬态分析相似：求解方法：模态叠加法最大模态号：用于求解的最大模态号,缺省值为扩展的最高模态序号最小模态号：最低模态号,缺省值为1对于谐响应分析还有下列

6、选项：求解的频率分布选项用以形成平滑的响应曲线用于打印每个频率的模态参与系数选项TOC-14模态叠加…切换到谐响应分析或瞬态分析阻尼规定不要使用QR阻尼模态提取法大多数情况下应该规定某种形式的阻尼对模态叠加可有四种形式：Alpha（质量）阻尼Beta（刚度）阻尼均依赖整体和材料恒定阻尼比依赖于频率的阻尼比（模态阻尼）TOC-15模态叠加施加载荷与求解建模获得模态解转换成谐响应分析和瞬态分析施加载荷并求解只能施加力和加速度载荷，不能施加位移载荷来自模态分析的载荷矢量（后面讨论）在瞬态分析中用于初始静态求解的条件（后面讨论）在整个瞬态分析中的积分时间步长

7、是恒定的开始求解计算（SOLVE）TOC-16模态叠加…施加载荷与求解载荷矢量在模态叠加分析中，载荷矢量是施加单元载荷（压力、加速度和温度）的一种方法它是根据模态分析所规定的载荷由模态求解计算出来的施加载荷矢量时可以带有比例因子（缺省值为1.0）TOC-17模态叠加…施加载荷与求解瞬态分析中的初始静态解在模态叠加法瞬态分析中的初始静态解（时间=0）通常是一个静态解（使用波前求解器）对大模型需花很长的时间和磁盘空间为了避免发生这种情况（并且得到{U}t=0={0}）,在时间步=0时不要施加任何载荷TOC-18模态叠加…施加载荷与求解求解与全瞬态分析和谐

8、响应分析步骤相同在求解过程中仅计算出位移结果（没有应力和反作用力），位移结果被写入：jobnamerdsp瞬