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快速学会一项分析-平板的模态法频响分析OS-T:1305

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模态分析是一种用于研究结构动态特性的技术,它通过识别结构的固有频率、阻尼比和振型来分析结构在动态载荷下的响应。频响分析则是研究结构在特定频率激励下的响应,通常用于确定结构在特定频率下的动态行为。
相较于直接法,模态法的优势在于它通过将物理坐标转换为模态坐标,解耦了耦合的运动方程,从而大幅降低了计算量。
模态法适用于大型模型,特别是当结构的模态数量较少时,可以快速求解频响分析问题。这种方法特别适用于有高频激励的情况,因为它能够高效地处理大规模有限元模型的动力学响应。模态法的另一个优势是它允许对结构的特定模态进行分析,这在研究结构的特定振动特性时非常有用。
然而,模态法的精度受限于所选取模态的数量,如果模态截断不当,可能会导致分析结果的精度下降。总的来说,模态法在处理大型结构或需要快速求解的情况下,提供了一种有效的频响分析手段。。
本教学案例演示了如何导入现有的 FE 模型,应用边界条件,并在平板上执行模态频率响应分析。
在开始之前,请将本教程中使用的文件复 制到您的工作目录。http://majorv.help.altair.com/minorv/simulation/tutorials/hwsolvers/optistruct/OS-T-1305/modal_response_flat_plate_input.zip
使用模态法对平板施加频率变化的单位载荷激励。将使用后处理工具HyperView 和 HyperGraph 中来可视化变形、振型响应和频率-相位输出特性。

一、启动 HyperMesh 并设置 OptiStruct 用户配置文件

一.启动 HyperMesh。此时将打开User Profile对话框。
二.选择OptiStruct并单击OK。这将加载用户配置文件。它包括相应的模板、宏菜单和导入阅读器,将 HyperMesh 的功能缩减为与生成 OptiStruct 模型相关的功能。

二、导入模型

一.点击File>Import>Solver Deck。导入选项卡将添加到您的选项卡菜单中。
二.对于 File type,选择OptiStruct
三.选择 文件 图标 。此时将打开 Select OptiStruct 文件浏览器。
四.选择您保存到工作目录的modal_response_flat_plate_input.fem文件。
五.单击Open
六.点击Import,然后点击Close关闭 Import 选项卡。

三、搭建模型

3.1 施加载荷和边界条件
在以下步骤中,模型一条边被约束。在板的自由边缘角上的一个点上沿正 z 方向向上施加单位垂直载荷。首先,创建两个Load Collector(spcs 和 unit-load)。
一.在 Model Browser  中,右键单击并选择Create>Load Collector
二.对于 Name ,输入 spcs
三.单击Color并从调色板中选择一种颜色。
四.对于 Card Image,设置为None
将创建新的Load Collector spcs。    
五.在 Model Browser  中,右键单击并选择Create>Load Collector
六.对于 Name ,输入 unit-load
七.单击Color并从调色板中选择一种颜色。
将创建一个新的Load Collector unit-load。
八.点击Display Numbers图标  以打开 Numbers 面板。
九.点击nodes>displayed
十.选中 display 旁边的框。
十一.选择绿色的on按钮。
现在应该显示平板上的所有节点编号。
3.2 创建 Constraints
一.在模型浏览器中,右键单击Load Collector spcs,然后选择Make Current
图 1.
二.单击BCs>Create>Constraints以打开 Constraints面板。
三.单击对象选择按钮,然后从弹出菜单中选择nodes。
四.单击nodes并选择节点 5、29、30、31 和 32    
图 2.要选择以应用单点约束的节点的图示
五.约束dof 1dof 2dof 3dof 4dof 5
o自由度 1、2 和 3 是 x、y 和 z 平移自由度。
o自由度 4、5 和 6 是 x、y 和 z 旋转自由度。
六.单击create
由于未选中 dof6,所选节点将可以绕 z 轴自由旋转。
七.点击return返回主菜单。
3.3 在平板上的某个点创建单位载荷
一.在模型浏览器中,右键单击Load Collector unit-load,然后选择Make Current
二.点击BCs>Create>Constraints以打开 Constraints 菜单。
三.通过单击选择板上的节点编号 19
图 3.为 Creating Unit Vertical Load 选择的节点    
四.取消选中除 dof3 之外的所有 dof,然后单击dof3右侧的=并输入值 1
五.单击load types=并验证是否已从扩展实体选择菜单中选择 DAREA。
六.单击create,然后单击return
单位载荷将应用于所选节点。
3.4 创建频率范围表
一.在模型浏览器中,右键单击并选择Create>Curve
此时将打开一个新窗口。
二.对于 Name ,输入 tabled1
三.在表中,输入 x(1) = 0.0, y(1) = 1.0, x(2) = 1000.0, y(2) = 1.0
四.关闭 Curve Editor 窗口。
五.从 Curves中选择tabled 1。
六.对于 Type,从下拉菜单中选择TABLED 1。
这提供了 0.0 到 1000.0 的频率范围,在此范围内具有常数 1.0。
3.5 创建与频率相关的动态载荷
一.在模型浏览器中,右键单击并选择Create>Load Step Inputs
二.对于 Name ,输入 rload2
三.对于 Config type ,从下拉列表中选择Dynamic Load – Frequency Dependent。
四.对于 Type,然后从下拉列表中选择RLOAD 2。
五.对于 Excited,单击Unspecified>Loadcol
六.Select Loadcol对话框中,从Load Collector列表中选择unit-load,然后单击OK完成选择。
七.对于 TB,请选择tabled 1曲线。
激励的类型可以是施加的载荷(力或力矩)、强制位移、速度或加速度。RLOAD2 load step input 中的字段 Type 定义载荷类型。默认情况下,该类型设置为 applied load。
3.6 创建一组频率
一.在 Model Browser  中,右键单击并选择Create>Load Collector
二.对于 Name ,输入 freq1    
三.单击Color并从调色板中选择一种颜色。
四.对于 Card Image,从下拉菜单中选择FREQi。
五.选中FREQ 1 选项并在 NUMBER_OF_FREQ1 字段中输入 1。
六.在弹出窗口中更新以下字段。
一.对于 F1,输入 20.0
二.对于 DF,输入 20.0
三.对于 NDF,输入 49
七.单击Close
这创建了一组从 20.0 开始的频率,以 20.0 为增量和 49 个频率。频率由  fi = F1 + DF * (i - 1)  给出,其中  i = 1  到  (NDF + 1) ,这就是扫频卡片。
3.7 创建用于特征值分析的模态方法
一.在模型浏览器中,右键单击并选择Create>Load Step Inputs
二.对于 Name ,输入 eigrl
三.单击Color并从调色板中选择一种颜色。
四.对于 Config type ,选择Real Eigen Value Extraction
五.对于 Type ,选择EIGRL
六.单击V 1并输入值 0.0,然后单击V 2并输入值 1000.0
这指定了 0 Hz 到 1000 Hz 之间的频率范围,以便使用 Lanczos 方法提取特征值。
这里帮助文档存在问题,通常分析频率一般设为扫频频率的1.5倍。
3.8 创建load step
一.在模型浏览器中,右键单击并选择Create>Load Step
默认加载步骤模板现在显示在 Model Browser  下方的 Entity Editor 中。
二.对于 Name ,输入 subcase1
三.对于 Analysis type ,从下拉菜单中选择Freq.resp (modal)。
四.对于 METHOD(STRUCT),选择Unspecified>Load step inputs
五.Select Load Step Inputs对话框中,选择eigrl
六.对于 SPC,请选择Unspecified>Loadcol
七.Select Loadcol对话框中,选择spcs
八.对于 DLOAD, 从rload Load Step Inputs弹出窗口中选择Select 2
九.对于 FREQ,请单击Unspecified>Loadcol
十.Select Loadcol对话框中,选择freq 1    
创建一个 OptiStruct subcase,该subcase引用load collector  中的SPC、load step inputs中的 rload2 中的单位载荷(在load collector freq1 中定义的一组频率)和load step inputs中的定义的模态方法eigrl。
3.9 创建一组节点
一.在模型浏览器中,右键单击并选择Create>Set
二.对于 Name ,输入 SETA
三.对于 Card Image,选择None
四.将 Set Type 开关设置为non-ordered类型。
五.对于 Entity IDs, 从选择开关中选择Nodes。
六.单击Nodes并选择 ID 为 15、17 和 19 的节点。
七.单击proceed
3.10 创建一组 Outputs和 Mass Factors
一.点击Setup >Create>Control Cards打开控制卡面板。
二.选择GLOBAL_OUTPUT_REQUEST并选中 DISDISPLACEMENT 旁边的框。
三.单击字段框FORM(1)并从弹出菜单中选择PHASE。
四.单击字段框OPTION(1)并从弹出菜单中选择SID。
新字段显示为黄色。
五.双击黄色的SID框,然后从左下角的弹出选项中选择SETA。
值 1 现在显示在 SID 字段框下方。这将仅为set 1 中的节点设置输出。
六.点击return退出 GLOBAL_OUTPUT_REQUEST 菜单。
七.单击next并选择PARAM子面板。
八.使用左上角的箭头向下滚动列表,然后选中 COUPMASS 旁边的框。 COUPMASS  ,用于在特征值分析或动态分析中激活耦合质量矩阵方法。当使用  COUPMASS  参数时,OptiStruct 会使用耦合质量矩阵来改进大型模型的模态分析,这有助于提高计算效率并减少内存使用。
新的 PARAM 卡将显示在工作区屏幕中。
九.在 COUPM_V1 下方单击NO并从弹出菜单选项中选择YES。
选择 YES 将使用耦合质量矩阵方法进行特征值分析。
十.选中 G 旁边的框。
工作区域屏幕中将出现一个新窗口。
十一.单击下面的 G_V1,然后在字段框中输入值 0.06
该值指定了均匀结构阻尼系数,通过将临界阻尼 [C/C0] 比值乘以 2.0 获得。。结构阻尼是材料内部摩擦和材料之间摩擦的结果。在进行动态分析时,如频率响应分析或瞬态分析,考虑结构阻尼是非常重要的,因为它影响结构的振动响应。在  PARAM  卡片中设置  G  参数,可以指定结构的整体阻尼比。这个参数通常与模态阻尼或材料阻尼一起使用,以更准确地模拟结构在动态载荷下的响应。例如,如果钢结构的阻尼比通常在 0.01 到 0.1 之间。
十二.使用左上角的箭头向下滚动,然后选中 WTMASS 旁边的框。
工作区域屏幕中将出现一个新窗口。  WTMASS  参数用于将重量转换为质量。这个参数作为结构质量矩阵项的乘数,仅适用于结构,不适用于流体。如果材料密度以重量单位(而非质量单位)输入,则需要使用  WTMASS  参数来更新结构质量矩阵。默认情况下, WTMASS  的值为 1.0。
十三.单击下面的 WTM_V1,然后在字段框中输入值 0.00259
现在,工作  屏幕上的弹出菜单中出现了三个PARAM语句。
十四.单击return退出 PARAM 菜单。
十五.选择OUTPUT卡。
工作区中将出现一个新窗口。
十六.在 number_of_outputs 字段中,输入 3
十七.将第一个 KEYWORD 设置为HGFREQ。
使用 HGFREQ 会生成 HyperGraph 的频率输出表示。
十八.将第二个 KEYWORD 设置为OPTI。
十九.将第三个 KEYWORD 设置为H3D。
二十.双击 FREQ 下方的框,然后从所有关键词的弹出选择中选择ALL。
选择 ALL 将输出所有优化迭代。
二十一.单击return退出 OUTPUT。
二十二.点击return退出 Control Cards 菜单。

四、提交模型

一.在 Analysis  页面中,单击 OptiStruct 面板。
图 4.访问 OptiStruct 面板
二.单击save As
三.Save As对话框中,指定写入 OptiStruct 模型文件的位置,并在文件名中输入 flat_plate_modal_response
对于 OptiStruct 输入模型,建议使用 .fem 扩展名。
四.单击Save
input file 字段显示在Save As对话框中指定的文件名和位置。
五.将导出选项切换设置为all
六.将 run options toggle 设置为analysis
七.将内存选项切换设置为memory default    
八.单击OptiStruct启动 OptiStruct 作业。
如果作业成功,则新的结果文件应位于写入 flat_plate_modal_response.fem 的目录中。如果存在任何错误,flat_plate_modal_response.out 文件是查找错误消息的好地方,这些错误消息可以帮助调试输入模型。
写入目录的默认文件为:
flat_plate_modal_response.html:HTML 分析报告,提供问题表述和分析结果的摘要。
flat_plate_modal_response.out:OptiStruct 输出文件,其中包含有关文件设置、优化问题设置、运行所需 RAM 和磁盘空间量的估计值、每次优化迭代的信息以及计算时间信息的特定信息。查看此文件是否有警告和错误。
flat_plate_modal_response.h3d:HyperView 二进制结果文件。
flat_plate_modal_response.res:HyperMesh 二进制结果文件。
flat_plate_modal_response.stat:Summary,提供分析过程中每个步骤的 CPU 信息。

五、查看结果

此步骤介绍如何在 HyperGraph 中查看位移结果(.mvw 文件),以及如何了解此运行的位移输出(.disp 文件)。HyperView 结果文件 (.h3d) 仅包含节点集输出中指定的三个节点的位移结果。
一.在 OptiStruct 面板中,单击HyperView
HyperView 将启动并加载结果。此时将显示一个消息窗口,告知模型和结果文件已成功加载到 HyperView 中。
二.单击Close关闭消息窗口(如果出现)。
三.在 HyperView 窗口中,单击File>Open>Session
此时将打开 Open Session File 窗口。
四.选择运行作业的目录,然后选择文件 flat_plate_modal_response_freq.mvw
五.单击Open
此时将显示 discard 警告。
六.单击Yes
HyperGraph 中每页显示两个图形,总共显示三个页面。图形标题显示子工况 1(子工况 1)- 第 1 页上网格 15 的位移。
七.单击Axis工具栏图标 。选择Logarithmic选项并使用下面显示的参数制作结果的对数图。    
图 5.
此页面上有两组结果。顶部图表显示了相位角与频率 (log) 的关系。底部图表显示了节点 15 的位移的幅度与频率 (log) 的关系(见图)。
图 6.节点 15 的频率响应
八.在蓝色图形边框的正下方,单击Next Page图标 。
将显示第 2 页,其中显示了subcase 1 (subcase 1) - 节点 17 的位移。
图 7.节点 17 的频率响应    
九.再次单击Next Page图标  以显示包含subcase 1 (subcase 1) - 节点 19 的位移的第 3 页。
图 8.节点 19 的频率响应
HyperGraph 结果处理到此结束。
十.使用文本编辑器打开结果文件 (.disp)。
第二行的第一个字段显示迭代编号,第二个字段显示数据点数,第三个字段显示迭代频率。
第 3 行,第一个字段显示节点编号,然后是 x、y 和 z 位移幅值以及 x、y 和 z 旋转幅值。
第 4 行,第一个字段显示节点编号,然后是 x、y 和 z 位移相位角以及 x、y 和 z 旋转相位角。
             


来源:TodayCAEer
ACTOptiStructHyperMeshHyperView振动UM材料控制
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-10-14
最近编辑:1月前
TodayCAEer
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