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1 激励的确定

(1)定义外力为载荷的函数;
(2)MSC Nastran中的几种定义;
💡
1) RLOAD1: 用实部和虚部定义频变载荷; 2) RLOAD2: 用幅值和相位定义频变载荷; 2) LSEQ: 用静态载荷产生动态载荷。
(3)用DLOAD数据集卡组合频变力;
(4)用RLOADi由DLOAD工况控制卡选择。

1.1 RLOAD1卡片

定义如下频变载荷:
{P(f)}={A[C(f)+iD(f)]ei(θ2πfτ)}\left \{ P(f) \right \} =\left \{ A\left [ C(f)+iD(f)\right ]e^{i(\theta -2\pi f \tau)} \right \}
格式:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
RLOAD1
SID
DAREA
DELAY
DPHASE
TC
TD
示例:
RLOAD1
5
3
1
其中:
💡
SID = 集合识别号(大于零的整数); DAREA = 定义参数A的DAREA卡的识别号(大于或等于零的整数); DELAY = 定义参数τ\tau的DELAY卡的识别号(大于或等于零的整数); DPHASE = 定义参数θ\theta的DPHASE卡的识别号(大于或等于零的整数); TC = 给定C(f)的TABLEDi卡的集合识别号,见说明(2)(大于或等于零的整数); TD = 给定D(f)的TABLEDi卡的集合识别号,见说明(2)(大于或等于零的整数);
说明:
💡
(1)动力载荷集合必须由工况控制命令 DLOAD = SID 选取; (2)如何DELAY 、DAREA、DPHASE、TC 或TD 中的任何一个为空或零,则相应的τ\tau、A、θ\theta、C(f)或D(f)也将是零。TC 或TD两者之中可以有一个为空或零,不允许同时为零或空; (3)可以通过规定一个DLOAD卡,将RLOAD1的载荷和RLOAD2的载荷组合在一起,即RLOAD1卡和RLOAD2卡的SID不能相同; (4)SID对于所有的RLOAD1、RLOAD2、TLOAD1和TLOAD2卡均是唯一的,每个卡都有其唯一的SID号。

1.2 RLOAD2卡片

定义如下频变载荷:
{P(f)}={AB(f)ei{ϕ(f)+ θ2πfτ } } \left \{ P(f) \right \} =\left \{ A\cdot B(f)e^{i\left \{ \phi (f)+  \theta -2\pi f\tau  \right \} }  \right \} 
格式:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
RLOAD2
SID
DAREA
DELAY
DPHASE
TB
TP
示例:
RLOAD2
5
3
7
其中:
💡
SID = 集合识别号(大于零的整数); DAREA = 定义参数A的DAREA卡的识别号(大于或等于零的整数); DELAY = 定义参数τ\tau的DELAY卡的识别号(大于或等于零的整数); DPHASE = 定义参数θ\theta的DPHASE卡的识别号(大于或等于零的整数); TB= 给定B(f)的TABLEDi卡的集合识别号,见说明(2)(大于或等于零的整数); TP = 给定ϕ(f)\phi (f)的TABLEDi卡的集合识别号,见说明(2)(大于或等于零的整数);
说明:
💡
(1)动力载荷集合必须由工况控制命令 DLOAD = SID 选取; (2)如何DELAY 、DAREA、DPHASE、TB或TP 中的任何一个为空或零,则相应的τ\tau、A、θ\theta、B(f)或ϕ(f)\phi (f)也将是零。 (3)可以通过规定一个DLOAD卡,将RLOAD1的载荷和RLOAD2的载荷组合在一起,即RLOAD1卡和RLOAD2卡的SID不能相同; (4)SID对于所有的RLOAD1、RLOAD2、TLOAD1和TLOAD2卡均是唯一的,每个卡都有其唯一的SID号。

1.3 频响分析的几点考虑

  1. 以0HZ频率激励一个无阻尼(或只有模态阻尼)系统,将产生与静力分析完全相同的结果。因此,如果激励的最高频率比系统的最低谐振频率小很多,那么使用静态分析就足够了;
  1. 阻尼很小的结构在激励频率接近于谐振频率,会表现出很大的动力响应。在这样的响应问题中,模型上的一个小的改动(或者仅仅换另外一台计算机来运行)就可能产生响应上的明显变化
  1. 如果希望对峰值响应进行充分的预测,必须使用足够小的频率步长。对每个半功率带宽,至少需要使用5个频率点;
  1. 为了得到高的计算频率,应使用非均匀频率步长。在谐振频率区域使用较小的频率步长,在离开谐振频率的区域使用较长的频率步长。

1.4 FREQ卡片

  1. 选择频率步长大小;
  1. FREQ卡片定义离散的激励频率;
  1. FREQ1定义fSTART、频率增量、增量数目;
  1. FREQ2定义fSTART、fEND及对数间隔数目;
  1. FREQ3定义F1、F2和在两者间线性或对数插值数目(基于频率向两端点聚集或中心聚集);
  1. FREQ4指定一个在共振频率附近的区域,等间隔分布的激励频率数(在激励频率中);
  1. FREQ5指定一个频率范围和频率范围内的固有频率的分数;
  1. FREQ2、FREQ4和FREQ5仅对模态法有效;
  1. FREQi数据卡由FREQUENCY = SID工况控制卡选取;
  1. 所有的FREQi数据卡用相同的ID;
  1. FREQ、FREQ1、FREQ2、FREQ3、FREQ4和FREQ5卡可以在同一分析中使用,以定义频率响应分析中的频率集。
格式:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
FREQ
SID
F1
F2
F3
F4
F5
F6
F7
F8
F9
F9
-etc.-
示例:
FREQ
3
2.98
3.05
17.9
21.3
25.6
28.8
31.2
29.2
22.4
19.3
其中:
💡
SID = 集合识别号(大于零的整数); Fi = 频率值,以单位时间圆周数为单位;
说明:
💡
(1)由工况控制卡 FREQUENCY = SID 选取; (2)所有具有相同频率集合识别号的FREQi卡都会被选用,重复的频率将会被忽略,如果fNfN1<DFREQfmaxfmin \left | f_{N} -f_{N-1} \right | < DFREQ\cdot \left | f_{max} - f_{min} \right | ,那么就认为fNf_{N}fN1f_{N-1}是重复的,这里的DFREQ是用户参数,其默认值为105 10^{-5} fmaxf_{max}fminf_{min}是组合后FREQi卡的最大和最小频率; (3)在模态分析里,在零激振频率下,从刚体模态得到的模态自由度解是可以丢掉的,非零模态解会被保留。

1.5 FREQ1卡

定义频率响应问题中的频率集,通过开始频率、频率增量和增量数目来定义。
格式:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
FREQ1
SID
F1
DE
NDF
示例:
FREQ1
6
2.9
0.5
13
其中:
💡
SID = 集合识别号(大于零的整数); F1 = 起始频率设置(大于零的实数); DF = 频率增量(大于零的实数); NDF = 频率增量的数量(大于零的整数,默认值为1)。
说明:
💡
(1)由工况控制卡 FREQUENCY = SID 选取; (2)F1和DF的单位是赫兹; (3)由此卡定义的频率为fi=F1+DF(i1) f_{i} =F1+D\cdot F\left ( i-1 \right ) ,式中i=1(NDF+1) i=1\sim \left ( NDF+1 \right ) ; (4)所有具有相同频率集合识别号的FREQi卡都会被选用,重复的频率将被忽略,如果fNfN1<DFREQfmaxfmin\left | f_{N} -f_{N-1} \right | < DFREQ\cdot \left | f_{max} - f_{min} \right | ,那么就认为fNf_{N}fN1f_{N-1}是重复的,这里的DFREQ是用户参数,其默认值为105 10^{-5} fmaxf_{max}fminf_{min}是组合后FREQi卡的最大和最小频率; (5)在模态分析里,在零激振频率下,从刚体模态得到的模态自由度解是可以丢掉的,非零模态解会被保留。

1.6 FREQ2

定义频率响应问题中的频率集,通过开始频率、结束频率和对数增量数目来定义。
格式:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
FREQ2
SID
F1
F2
NF
示例:
FREQ2
6
1.0
8.0
6
其中:
💡
SID = 集合识别号(大于零的整数); F1 = 起始频率设置(大于零的实数); F2 = 最终频率(大于零的实数,F2>F1); NF = 对数区间的个数(大于零的整数,默认值为1)。
说明:
💡
(1)由工况控制卡 FREQUENCY = SID 选取; (2)F1和DF的单位是赫兹; (3)由此卡定义的频率为fi=F1e(i1)df_{i} =F1\cdot e^{(i-1)d} ,式中i=1.2.,NF+1i=1.2.\cdots ,NF+1d=(1/NF)ln(F2/F1)d=(1/NF)\cdot ln(F2/F1); (4)所有具有相同频率集合识别号的FREQi卡都会被选用,重复的频率将被忽略,如果fNfN1<DFREQfmaxfmin\left | f_{N} -f_{N-1} \right | < DFREQ\cdot \left | f_{max} - f_{min} \right | ,那么就认为fNf_{N}fN1f_{N-1}是重复的,这里的DFREQ是用户参数,其默认值为105 10^{-5} fmaxf_{max}fminf_{min}是组合后FREQi卡的最大和最小频率; (5)在模态分析里,在零激振频率下,从刚体模态得到的模态自由度解是可以丢掉的,非零模态解会被保留。

1.7 FREQ3卡

通过指定两模态频率间的激励频率数来定义频率响应问题中的频率集。 格式:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
FREQ3
SID
F1
F2
TYPE
NEF
CLUSTER
示例:
FREQ3
6
20.0
200.0
LINEAR
10
2.0
其中:
🎿
SID = 集合识别号(大于零的整数); F1 = 以单位时间的圆周数表示的模态频率范围的下限(大于零的实数); F2 = 以单位时间的圆周数表示的模态频率范围的上限(大于零的实数); TYPE = LINEAR或LOG,规定了两频率之间的线性或对数插值方式(其默认值为LINEAR); NEF = 包含端点在内的每一个频率范围内激振频率的数量,第一子范围是在F1和边界内的第一个模态频率之间,第二子范围是在F1和边界内的第二个模态频率之间,其最后一个子范围是在边界内的最后一个模态频率与F2之间(大于1的整数,其默认值是10); CLUSTER = 规定频率区间内激振频率的聚集特征,见说明6(大于0的实数,默认值为1.0)。
说明:
💡
(1)由工况控制卡 FREQUENCY = SID 选取; (2)仅用于模态法频率响应求解(SOL11、SOL111、SOL146、SOL200),而在直接法频率响应求解中被忽略; (3)在上面的例子中,20到200范围内的每个模态区间内有10个频率,20与最低模态之间有10个频率,200与最高模态之间有10个频率; (4)如果激励频率接近结构的固有频率,则应定义一个大小合适的阻尼值; (5)所有具有相同频率集合识别号的FREQi卡都会被选用,重复的频率将被忽略,如果fNfN1<DFREQfmaxfmin\left | f_{N} -f_{N-1} \right | < DFREQ\cdot \left | f_{max} - f_{min} \right | ,那么就认为fNf_{N}fN1f_{N-1}是重复的,这里的DFREQ是用户参数,其默认值为105 10^{-5} fmaxf_{max}fminf_{min}是组合后FREQi卡的最大和最小频率; (6)在模态分析里,在零激振频率下,从刚体模态得到的模态自由度解是可以丢掉的,非零模态解会被保留。 (7)在设计优化中(SOL200),由此卡产生的激振频率是由第一个设计周期中计算出的自然频率得到的,并且在后续的设计周期中保持固定不变。换句话说,即使自认频率在优化过程中有了新的变化,激振频率也不再调整; (8)CLUSTER用来在响应变化最大的模态频率附近获得最好的结果,CLUSTER>1将在频率子范围端点附近给出更小的激振频率间隔,CLUSTER<1将在频率子范围中点附近给出更小的激振频率间隔,其计算公式为:fk^=1/2(f1^+f2^)+1/2(f1^+f2^)ξ1/CLUSTERSIGN(ξ)\hat{f_{k} } =1/2\left ( \hat{f_{1} }+\hat{f_{2} }\right ) +1/2\left ( \hat{f_{1} }+\hat{f_{2} }\right )\left | \xi \right | ^{1/CLUSTER}SIGN(\xi)
其中,ξ=1+2(k1)/(NEF1)\xi=-1+2(k-1)/(NEF-1)是-1到1之间的参数坐标,k是从1到NEF之间的变量(1,2,,NEF)(1,2,\cdots ,NEF)f1^\hat{f_{1}} = 频率子范围的下限,f2^\hat{f_{2}} = 频率子范围的上限,fk^\hat{f_{k}} = 第k阶激振频率,f^\hat{f} = 频率或对数频率,取决于TYPE规定的值。 例如F1=10,F2=20,NEF=11,TYPE=LINEAR,不同CLUSTER值的激振频率如下表所示:
激励频率序号
ξ
CLUSTER
C=0.25
C=0.5
C=1.0
C=2.0
C=4.0
1
-1.0
10.00
10.0
10.00
10.00
10.00
2
-0.8
12.95
11.8
11.0
10.53
10.27
3
-0.6
14.35
13.2
12.0
11.13
10.60
4
-0.4
14.87
14.2
13.0
11.84
11.02
5
-0.2
14.99
14.8
14.0
12.76
11.66
6
0
15.00
15.0
15.0
15.0
15.0
7
0.2
15.01
15.2
16.0
17.24
18.34
8
0.4
15.13
15.8
17.0
18.16
18.98
9
0.6
15.65
16.8
18.0
18.87
19.40
10
0.8
17.05
18.2
19.0
19.47
19.73
11
1.0
20.00
20.00
20.00
20.00
20.00

1.8 FREQ4卡

定义频率响应问题中的频率集,通过指定范围内每阶固有频率附近的激励频率数来定义。
notion image
格式:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
FREQ4
SID
F1
F2
FSPD
NF
示例:
FREQ4
6
20.0
200.0
0.3
21
其中:
💡
SID = 集合识别号(大于零的整数); F1 = 以单位时间的圆周数表示的模态频率范围的下限(大于零的实数); F2 = 以单位时间的圆周数表示的模态频率范围的上限(大于零的实数,F2>F1,默认值为1.020 1.0^{20} ); FSPD = 频率延展量,为每一个出现在F1到F2之间的模态频率规定+(-)延展量(大于0小于1的实数,默认值为0.100.10); NFM = 每个模态延展频率区间内的均匀间隔数(大于0的整数,默认值为3,如果是偶数,则NFM+1将被用到)。
说明:
💡
(1)由工况控制卡 FREQUENCY = SID 选取; (2)仅用于模态法频率响应求解(SOL11、SOL111、SOL146、SOL200),而在直接法频率响应求解中被忽略; (3)对于F1和F2内的每个自然频率,将在(1FSPD)fN (1-FSPD)\cdot f_{N} (1+FSPD)fN(1+FSPD)\cdot f_{N} 之间 产生NFM个激振频率; (4)在上边的例子中,对于每个出现在20到2000之间的固有频率fNf_N,在0.7fN0.7f_N1.3fN1.3f_N的频率范围内将产生21个等间距的激振频率。激振频率也可以基于不包括在范围(F1-F2)内的固有频率来计算,只要计算出的激振频率在求解范围内就可以了。类似的,即使基于(F1-F2)范围内的固有频率计算出的激振频率,如果落在求解范围之外,也会被舍弃; (5)频率延展也能用于半功率带宽。半功率带宽由2ξfN2\xi f_N给出,这里的ξ\xi指模态阻尼比,因此,如果指定FSPD等于模态阻尼比,那么NFM就规定了半功率带宽内激振频率的数量; (6)由于激振频率接近结构的固有频率,所以定义一定大小的阻尼值是很必要的; (7)所有具有相同频率集合识别号的FREQi卡都会被选用,重复的频率将被忽略,如果fNfN1<DFREQfmaxfmin\left | f_{N} -f_{N-1} \right | < DFREQ\cdot \left | f_{max} - f_{min} \right | ,那么就认为fNf_{N}fN1f_{N-1}是重复的,这里的DFREQ是用户参数,其默认值为105 10^{-5} fmaxf_{max}fminf_{min}是组合后FREQi卡的最大和最小频率; (8)在设计优化中(SOL200),由此卡产生的激振频率是由第一个设计周期中计算出的自然频率得到的,并且在后续的设计周期中保持固定不变。换句话说,即使自认频率在优化过程中有了新的变化,激振频率也不再调整; (9)在模态分析里,在零激振频率下,从刚体模态得到的模态自由度解是可以丢掉的,非零模态解会被保留。

1.9 FREQ5卡

定义频率响应问题中的频率集,通过指定频率范围及该范围内的位置来定义。
格式:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
FREQ5
SID
F1
F2
FR1
FR2
FR3
FR4
FR5
FR6
FR7
-etc.-
示例:
FREQ5
6
20.0
200.0
1.0
0.6
0.8
0.9
0.95
1.05
1.1
1.2
其中:
💡
SID = 集合识别号(大于零的整数); F1 = 以单位时间的圆周数表示的模态频率范围的下限(大于零的实数); F2 = 以单位时间的圆周数表示的模态频率范围的上限(大于零的实数,F2>F1,默认值为1.020 1.0^{20} ); Fri= F1到F2范围内的固有频率倍数(大于零的实数);
说明:
💡
(1)由工况控制卡 FREQUENCY = SID 选取; (2)仅用于模态法频率响应求解(SOL11、SOL111、SOL146、SOL200),而在直接法频率响应求解中被忽略; (3)如果fN1f_{N1}为F1和F2间的固有频率,则fi=FRifNi f_{i} =FR_{i} \cdot f_{N_{i} } ; (4)在上边的例子中,频率列表为20~200范围内每个固有频率的0.6、0.8、0.9、0.95、1.0、1.05、1.1、1.2倍,如果计算结果导致激振频率小于F1或者大于F2,那么这些计算的频率将被忽略; (6)由于激振频率接近结构的固有频率,所以定义一定大小的阻尼值是很必要的; (7)所有具有相同频率集合识别号的FREQi卡都会被选用,重复的频率将被忽略,如果fNfN1<DFREQfmaxfmin\left | f_{N} -f_{N-1} \right | < DFREQ\cdot \left | f_{max} - f_{min} \right | ,那么就认为fNf_{N}fN1f_{N-1}是重复的,这里的DFREQ是用户参数,其默认值为105 10^{-5} fmaxf_{max}fminf_{min}是组合后FREQi卡的最大和最小频率; (8)在设计优化中(SOL200),由此卡产生的激振频率是由第一个设计周期中计算出的自然频率得到的,并且在后续的设计周期中保持固定不变。换句话说,即使自认频率在优化过程中有了新的变化,激振频率也不再调整; (9)在模态分析里,在零激振频率下,从刚体模态得到的模态自由度解是可以丢掉的,非零模态解会被保留。

1.10 动力数据复原

(1)矩阵法和模态位移法用来复原模态法频率响应分析中的数据:
矩阵法的耗费模态位移法的耗费=HF \frac{矩阵法的耗费}{模态位移法的耗费} =\frac{H}{F} 
式中:H-模态的数量,F-激振频率的数量。
(2)矩阵法是默认方法。当H<FH<F时,矩阵法更经济一些;
(3)模态位移法通过PARAMDDRMM-1命令选择。为了绘制“频率冻结”的变形结构图,应该选择这一项。

2 模态法频率响应与直接法频率响应的比较

模态法频率响应与直接法频率响应的比较如下表所示:
类型
模态法
直接法
小模型
大模型
少数几个激振频率的求解
许多激振频率的求解
💡
注:“√”表示其适用于这种分析

3 SORT1和SORT2输出的对比

SORT1和SORT2输出的对比如下表所示:
类型
瞬态分析
频率分析
直接法
模态法
直接法
模态法
默认值
SORT2
SORT2
SORT1
SORT2
绘制变形图需要
SORT1
SORT1
SORT1
SORT1
绘制XY图需要
SORT2
SORT2
SORT2
SORT2
💡
(1)SORT1按每一个激励频率点顺序输出节点、单元的计算结果; (2)SORT2按节点、单元的顺序输出每个激励频率下的计算结果; (3)对于频率响应分析来说,SORT1和SORT2是相当有用的; (3)SORT1和SORT2不能混用,使用完一个,再重新启动才能使用另外一个。

4 频率响应求解控制

4.1 执行控制段

求解序列SOL的输入:直接法使用SOL108;模态法使用SOL111

4.2 工况控制段

DLOAD (两种方法中都是必需项) LOADSET (两种方法中都是可选项) METHOD (模态法必需项) SDAMPING (模态法必需项) PREQUENCY (两种方法中都是必需项)

4.3 数据模型集段

ASET,OMIT (两种方法中都是必需项) EIGRL或EIGR (模态法必需项) FREQ (两种方法中都是必需项) RLOADi (两种方法中都是必需项) LSEQ (两种方法中都是可选项) DAREA (两种方法中都是必需项) DELAY (两种方法中都是可选项) DPHASE (两种方法中都是可选项) TABDMP1 (模态法可选项) DLOAD (两种方法中都是可选项)

4.4 输出控制

(1)节点输出结果卡片
🎿
ACCELERATION DISPLACEMENT (或VECTOR) OLOAD SACCELERATION SDISPLACEMENT SVELOCITY SVECTOR SPCFORCES VELOCITY MPCFORCE
(2)单元输出结果卡片
🎿
ELSTRESS(或STRESS) ELFORCE(或FORCE)

4.5 其他

🎿
OFREQUENCY —— 控制解答的输出频率

5 频变弹簧和阻尼器

  1. 弹簧刚度和阻尼器阻尼系数为频变函数;
  1. CBUSH定义一般弹簧、阻尼连接;
  1. PBUSH定义名义上的弹簧、阻尼连接;
  1. PBUSHT定义频变弹簧、阻尼器的值。

5.1 CBUSH卡片

定义广义弹簧—阻尼器结构单元,其刚度和阻尼可以是非线性的或随频率变化的。
格式:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
CBUSH
EID
PID
GA
GB
GO/X1
X2
X3
CID
S
OCID
S1
S2
S3
例1:非一致节点
CBUSH
39
6
1
100
75
例2:GB未被规定的情况
CBUSH
39
6
1
0
例3:一致节点(GA=GB)
CBUSH
39
6
1
100
6
例4:域6到域9为空和弹簧—阻尼偏移的非一致节点
CBUSH
39
6
1
600
6
0.25
10
0
10
10
其中:
🎿
EID = 单元识别号(大于零的整数); PID = PBUSH卡的属性识别号(大于零的整数,缺省值为EID); GA,GB = 弹簧阻尼器单元连接节点识别号,见说明(6)(大于零的整数); Xi = 在GA点位移坐标下,从GA点开始的方向矢量的分量(实数); GO = 使用节点GO提供向量ν的替代方法,向量ν的方向是从GA到GO ; CID = 单元坐标系识别号,0表示基本坐标系,若CID为空,则单元坐标系决定于GO或Xi ,见下图1及说明(3)(大于或等于零的整数或为空); S = 弹簧—阻尼器单元力的计算位置,参考下图(大于或等于0、小于或等于1的实数,默认值为0.5); OCID = 弹簧—阻尼偏移的坐标系标识号,见说明(9)(大于或等于零的整数,缺省值为-1,代表的是单元坐标系); S1、S2、S3 = OCID 大于或等于0时在OCID坐标系中弹簧—阻尼偏移的分量,见下图2所示及说明(9)(实数)。
说明:
🎿
(1)单元识别号对于所有其他单元识别号必须是唯一的; (2)图1绘出了BUSH单元的集合形状; (3)CID大于或等于零会覆盖GO和Xi; (4)对于非一致节点(GA≠GB),当GO或(X1,X2,X3)给定且没有规定CID时,直线AB是单元的X轴,而且方向矢量位于X-Y平面内(类似于CBEAM单元); (5)对于非一致节点(GA≠GB),当GO或(X1,X2,X3)给定且没有规定CID时,直线AB是单元的X轴,这一选项只有当K1(或B1)或K4(B4),或两者同时在PBUSH卡上被规定时(但是K2,K3,K5,K6或B2,B3,B5,B6均未被规定)才是有效的,如果K2,K3,K5,K6或B2,B3,B5,B6也被规定,则将产生致命错误信息; (6)如果GA和GB是一致的或GB为空,则必须规定CID; (7)如果PID参考一个PBUSHT卡,则CBUSH单元只能在剩余结构中定义且附属于任何被忽略的自由度; (8)单元阻抗输出是在CID坐标系下计算的,那么该坐标系下的结构阻抗是解耦的; (9)如果OCID = 1 或为空(默认值),则使用S面将S1、S2、S3忽略,如果OCID大于或等于零,则S将被忽略,而使用S1、S2、S3。

5.2 PBUSH卡片

定义广义弹簧—阻尼器结构单元性质。
格式:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
PUBSH
PID
“K”
K1
K2
K3
K4
K5
K6
“B”
B1
B2
B3
B4
B5
B6
“GE”
GE1
“RCV”
SA
ST
EA
ET
例1:规定刚度和结构阻尼
PUBSH
35
K
4.35
2.4
3.1
GE
0.06
RCV
7.3
3。3
例2:规定单位速度的阻尼力
PUBSH
35
B
2.3
其中:
🎿
PID = 属性识别号(大于零的整数); “K” = 指示下面的1到6域是刚度值的标志(字符); Ki = 从1到6方向的名义刚度值(实数,默认为0); “B” = 指示下面的1到6域是粘性阻尼的标志(字符); Bi = 以单位速度力为单位的名义阻尼系数(实数,默认为0); “GE” = 指示后续域是结构阻尼的标志(字符); GE1 = 名义结构阻尼常数(实数,默认值为0); “RCV” = 指定后面1到4域是应力或应变系数的标志(字符); SA = 从1到3平动分量的应力恢复系数(实数,默认值为1.0); ST = 从4到6旋转分量的应力恢复系数(实数,默认值为1.0); EA = 从1到3平动分量的应变恢复系数(实数,默认值为1.0); ET = 从4到6旋转分量的应变恢复系数(实数,默认值为1.0);
说明:
🎿
(1)对于直接法和模态法频率响应分析,通过使用PBUSHT卡,都可以使Ki、Bi或GE1随频率变化; (2)名义值用于除频率响应外所有类型的分析。对于模态法频率响应,正交模态使用名义Ki值计算,频变量可以用于所有激振频率; (3)如果未指定PARAM,W4,则在瞬态分析中忽略GE1; (4)单元应力是由应力系数与恢复的单元力相乘得到的; (5)“K”,“B”,“GE”或“RCV”卡可以以任意顺序规定。

6 频率函数装配

6.1 频响函数的概念

频响函数(Frequency Response Function,FRF),有时也称为传递函数。虽然从数学定义上来讲频响函数和传递函数是有区别的(频响函数是输出和输入的傅氏变换之比,传递函数是输出和输入的拉式变换之比),但在工程实际中常常不做严格区分。
频响函数的定义:单位输入(激励)下系统的响应,工程中常用于结构振动的研判。频响函数如下图所示:
则振动系统的频响函数为H=u/FH=u/F
振动分析中,频响函数的工程意义在于能反映工程结构的动力学特性,其物理意义为结构件上的加载点在单位载荷作用下,该结构上观测点在频域中的振动响应。因此可以用频响函数来表征部件。 频响函数具有如下特征:
  1. 频率响应,与频率相关;
  1. 与激励点位置、激励方向、振动观测点位置、观测点振动量坐标分量有关;
  1. 激励点与观测点可以相同,也可以不同;
  1. 根据响应的不同,由位移频响函数、速度频响函数和加速度频响函数等,此外,频响也可以是声学响应,如声压等。
频响函数矩阵:实际的工程结构,常有多个激励点和多个观测点,这样激励点和观测点之间的关系就可以用频响函数矩阵来描述。
对于振动系统,其频响分析的运动方程可写成如下形式:
(ω2[M]+iω[B]+[K]){u}=[Z]{u}={P}\left ( -\omega^{2} \left [ M \right ]+i\omega\left [ B \right ]+\left [ K \right ] \right ) \left \{ u \right \}=\left [ Z \right ]\left \{ u \right \} =\left \{ P \right \}
式中,[Z] \left [ Z \right ] 是刚度矩阵。

6.2 频响函数装配的概念

频率响应函数装配(FRF Based Assembly,FBA)是指通过装配获得装配件(结构)的频响函数。
装配件的频响函数除了直接计算外,也可以由组成装配件的各零件的频响函数通过装配计算得到,这个计算过程就叫频响函数装配。频响函数的装配是通过满足在连接自由度上的位移协调和力平衡条件来实现的。
  1. 位移协调条件。组成装配件的零件在连接自由度上的位移相同
  1. 力平衡条件使某个零件在某连接自由度的力是其他零件在该连接自由度的合力
  1. 使用上面两个条件,在MSC Nastran中就可以从组成装配件的各零件的频响函数以及零件间的装配信息计算得到装配件的频响函数,而无需其他的信息
  1. 频响函数装配过程假设:
1) 所有零件的频响函数都具有相同的激励频率;
2) 频响函数的装配也是在这些激励频率下进行装配,即装配结果和各零件具有相同的激励频率。

6.3 频响函数装配在MSC Nastran中的实现

频响函数装配和频响函数计算一样,可以使用两种求解序列Direct Frequency Response Analysis(SOL 108)和Model Frequency Response Analysis(SOL 111)来进行分析

6.3.1 频响函数装配的应用过程

(1)FRF生产
1)使用求解序列SOL108或SOL111,在工况控制段使用FRF工况控制参数计算单个零件的FRF
  • 定义零件之间的连接点;
  • 零件的FRF和其他信息将被存储到指定的数据库或OP2文件中。生成装配(.asm)文件,其中包括FRFCOMP卡片数据用于后续的装配分析
2)单位载荷定义:使用FRFXIT或者FRFXITI卡片指定载荷作用点和载荷方向,FRFXIT和FRFXITI可以直接定义多个单位载荷,每个单位载荷自动产生一个工况,比常规的工况定义和使用DLOADs和RLOADi的载荷定义更加方便;
3)用户定义的载荷:使用标准的DLOAD工况控制命令指向DLOAD/RLOADi数据卡片;
4)自动产生下列各点的频响数据
  • 使用DISP,VELO或者ACCE输出请求卡片定义的所有点
  • 与PLOTEL卡片相关的所有网格点
  • 与STRESS/FORCE输出所指定的单元相连接的点
  • 所有施加载荷的点,包括单位载荷和用户指定的载荷
  • 所有连接节点
(2)FBA过程
1)在求解序列SOL108和SOL111中,使用工况控制命令FRF装配步骤1得到的零件的频响函数
2)需要装配的零件FRF由FRFCOMP卡片指定。该卡片内容在计算零件的FRF时自动产生(.asm文件),只需在FBA计算中包含进来即可。
3)零件FRF之间的连接节点由MSC Nastran程序自动确定也可以使用FRFCONN卡片指定标量点间的连接或一致节点之间的显式连接关系
4)零件之间的连接通常按刚性连接进行处理
  • 也可以使用FRFFLEX卡片定义一致网格点自由度之间的柔性连接,可指定柔性连接的刚度和阻尼,这些值可以是常数也可以随频率变化
  • 使用FRFRELS卡片可定义网格点连接自由度之间的释放。
5) 连接自由度有约束,需要使用FRFSPC1卡片指定,FRFSPC1在工况控制段由SPC工况控制命令来选择
6) 单位载荷:已经在零件的FRF(步骤1)中定义,本步骤无序再次定义
7) 用户定义的载荷:使用卡片FBALOAD、FBADLAY和FBAPHAS来定义
  • 这些卡片本质上是定义复杂的载荷系数,以便得到用户所需要的载荷。载荷定义后,其对应的响应将被相应的放大或缩小
  • 这些卡片由RLOAD1/RLOAD2卡片调用
  • 这些卡片在MSC Nastran内部将分别被转换成等效的DARES、DELAY和DPHASE卡片
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