【推荐】：ansys频谱分析注意事项

andyll

在频谱数据点超出20个时该如何进行单点响应谱分析  
FESAFE疲劳计算中交变剪应力输出  
· 使用弧长法所需要注意的问题  
· 在谱分析完成后,在组合模态之前如何获得结构每阶模态的响应  
  
在频谱数据点超出20个时该如何进行单点响应谱分析  
在进行单点响应谱分析时，需要用FREQ和SV命令输入频谱曲线上的数据点，但该命令最多只允许输入20个数据点，这在频谱曲线比较复杂，必须取较多的数据点才能准确代表曲线的情况下是不够的，那么当数据点超出20个时该怎么办呢？  
  
这可以通过多次连续求解来解决这个问题，具体为将频谱曲线分割为若干段，每段包含不超过20个数据点，在完成模态分析之后，依次进行各段频谱的谱分析（每段完成分析后，立即删除对应的频谱数据，然后输入下一段频谱数据再接着进行求解），在所有频谱段都完成分析后，进行模态合并，就会得到整个频谱激励对应的结构响应。  
  
有一点需要注意，频率曲线的频率范围通常需要包含整个模态分析提取出来的频率范围，如果某个模态频率不在频谱曲线的频率范围内，则该模态频率对应的谱值将按照频谱曲线上最接近它的频率对应的谱值来计算。所以需要注意：  
  
1、在各段的分割点处，应该增加一个数据点，将频率往相邻段延伸一个小量，并设定该点对应的谱值为一个小量（如1e-6），这样可以保证相邻段的模态频率不会引起不应该出现的响应（它的响应应该对应于它所在的频率段）。  
2、如果模态分析得到的有些模态超出了频谱的频率，则在整个频谱曲线的首尾也应该设定两个数据点，将曲线适当延伸，并赋予很小的谱值，这样可以保证，超出范围的模态对结构响应没有贡献，否则他们会工具首尾的谱值来计算，得到不切实际的结果。这一点适用与任何谱分析。  
  
下面为一个实例的命令流。再这个例子中频谱曲线包括了10个数据点，为了说明这种用法，将其分割为两段，每一段包括5个数据点。  
!运行此命令流时需要设定工作名为test  
/prep7  
et,1,beam189  
mp,ex,1,1e11  
mp,prxy,1,0.3  
mp,dens,1,8000  
sectype,1,beam,rect,,0  
secoffset,cent  
secdata,0.5,0.5  
k,,0,0,0  
k,,10,0,0  
k,,0,1,0  
lstr,1,2  
lesize,1,,,10  
lsel,s,line,,1  
latt,1,,1,,3,,1  
lmesh,1  
FINISH  
/SOL  
  
DK,1, , , ,0,ALL, , , , , ,  
! 模态分析  
ANTYPE,2  
MODOPT,LANB,10  
MXPAND,10, , ,1  
MODOPT,LANB,10,0,0, ,OFF  
SOLVE  
FINISH  
  
!单点响应谱分析  
/SOLUTION  
ANTYPE,8  
SVTYP,0,1,  
SED,0,1,0,  
!前半部分谱曲线分析，其中最后一个数值是为了让频率超出此范围的谱值为0  
FREQ,1,5,10,15,20,20.001  
SV,0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,1e-6  
SOLVE  
  
FREQ !删除前半个谱曲线  
  
!后半部分谱曲线，其中第一个数值是为了让频率低于此范围的谱值为0  
!最后一个数值是为了让频率超出此范围的谱值为0  
FREQ,29.999,30,40,50,60,70,70.001  
SV,0,1e-6,0.5,0.4,0.3,0.2,0.1,1e-6  
SOLVE  
  
!模态合并  
SRSS,0.001,DISP  
SOLVE  
FINISH  
  
!后处理  
/POST1  
/INPUT,'test','mcom','E:\KXD\USER\',, 0  
PLNSOL,U,Y,0,1  
  
此命令流执行后生成的模态合并文件test.mcom的内容为：  
/COM,ANSYS RELEASE 7.0 UP20021010 17:30:42 05/30/2003  
/COM, test.mcom  
LCOPER,ZERO  
LCDEFI,1, 1, 1  
LCFACT,1, 0.202085E-02  
LCASE,1  
LCOPER,SQUARE  
LCDEFI,1, 1, 2  
LCFACT,1, 0.970845  
LCOPER,ADD,1,MULT,1  
LCDEFI,1, 1, 4  
LCFACT,1, -0.251891  
LCOPER,ADD,1,MULT,1  
LCOPER,SQRT  
/COM,ANSYS RELEASE 7.0 UP20021010 17:30:42 05/30/2003  
/COM, test.mcom  
LCOPER,SQUARE  
LCDEFI,1, 1, 5  
LCFACT,1, 0.621186E-03  
LCOPER,ADD,1,MULT,1  
LCDEFI,1, 1, 6  
LCFACT,1, 0.369361E-01  
LCOPER,ADD,1,MULT,1  
LCOPER,SQRT  
  
此文件的前半部分为前五个数据点产生的结构响应，后半部分加入了后五个数据点的响应，因此合并的结果与直接输入一个激励进行一次计算的结果是一样的，但在数据点超出20个时就不可能进行一次计算了，则本文讲述的方法可以解决这个问题。  
  
2003-7-14  
  
FESAFE疲劳计算中交变剪应力输出  
  
FE-SAFE疲劳分析时在非常复杂的载荷历程组合作用之下，计算出疲劳寿命、应力安全系数的同时，如何得到最大交变剪应力的输出呢？  
  
ANSYS的老用户们都是使用ANSYS软件中的疲劳分析工具在进行疲劳寿命计算，而ANSYS的疲劳计算以ASME锅炉和压力容器规范的第三部分和第八部分作为计算的依据，采用简化了的弹塑性假设和MINER累积疲劳准则。ANSYS中的计算过程如下：  
Each loading is compared to each other loading to compute a maximum alternating shear stress.  
  
A. First, a vector of stress differences is computed.  
B. Second, a stress intensity (|¨°I (i,j)) is computed .  
C. Then, the interim maximum alternating shear stress is obtained.  
D. The maximum alternating shear stress is calculated.  
  
在部分行业中就形成了各自的规范，比如将最大交变剪应力作为一个重点考察的量值。但这类物理量值是如何输出的呢？  
  
FESAFE能够非常方便的处理复杂载荷历程及其组合，在疲劳寿命计算时，FESAFE不能以云图方式输出每个节点的剪应力，但是可基于节点输出该值。在程序中使用“Export Histories and Diagnostics”对话框，选定需要得到剪应力结果信息的单元、节点，“Plottable Histories for List of Items”选项可输出到一文件。用“Open data file”可画出相应曲线。  
对于输入的历程曲线或计算得到的历程数据，都可以进行相应计算，得到我们想要的任何组合结果。[select: Amplitude >> Multiply, Divide, Add or Subtract Two Signals]  
  
从而得到结构交变剪应力结果。  
  
在谱分析完成后,在组合模态之前如何获得结构每阶模态的响应  
在谱分析完成后,进入POST1并利用*GET命令提取模态N的模态参与 系数,然后利用载荷工况(Load Case)功能创建载荷工况,并将提取 的模态参与系数指定为载荷工况的缩放系数,然后读入该载荷工况, 利用后处理功能处理。同理，可以获得其他模态的独立响应结果。 下面是获得一阶模态响应的命令流：  
  
*GET,PF1,MODE,1,PFACT !* 提取1阶模态的参与系数PF1  
/POST1  
SET,FIRST !* 读入1阶模态结果  
LCDEF,1,1,1, !* 将1阶模态结果定义载荷工况1  
LCFACT,1,PF1, !* 载荷工况1的缩放系数为PF1  
LCASE,1, !* 读入载荷工况1  
/EFACE,1 !* 后处理操作  
AVPRIN,0, ,  
PLNSOL,U,SUM,0,1  
  
2003/7/14  
使用弧长法所需要注意的问题  
1. 如果使用弧长法（ARCLEN,ON），则在求解过程中，下列增强收敛的工具关闭：线性搜索（LNSRCH），预测器（PRED），自适应下降（NROPT）  
  
2. 如果使用弧长法（ARCLEN,ON），则NSUBST命令的NSBMX、NSBMN值被忽略，而ARCLEN命令的MAXARC（相应于NSBMN，缺省为10）、MINARC（相应于NSBMX，缺省为0.001）值起相同作用；  
  
弧长半径由下式确定： R = SQRT((Delta Load factor)**2 + (Delta Displacement)**2)  
初始弧长半径为： R0 = (Total Load) / NSBSTP 初始时间步大小由NSUBST确定；  
第i子步的弧长半径Ri，由程序自动计算，在如下范围内： (MINARC * R0) < Ri < (MAXARC * R0)  
  
3. 如果MAXARC太大，可能得到一个错误的结果，比如步长太大，可能使求解跨过临界载荷点；  
  
4. 用弧长法作屈曲分析时，一定使用应力刚化，对于具有一致切向刚度特性的单元要求KEYOPT(2)=1；  
  
5. 要注意弧长法使用单一的标量载荷因子，所以所有施加的载荷必须成比例。当接触状态的改变引起接触力的位置、方向在两次迭代之间变化，则会引起问题。这不仅在ANSYS中有这个问题，在其它的非线性分析软件中都会遇到这样的困难。