快速学会一项分析-模态法瞬态响应分析OS-T: 1315
模态法瞬态响应分析是一种用于分析结构或系统在受到瞬态（即短时间内突然发生，且持续时间较短）激励后的动态响应的技术。这种方法通过识别系统的固有振动模式，即模态，来简化复杂系统的动态分析。在模态分析中，系统被假定为由若干个独立的振动模式组成，每个模态具有特定的频率、阻尼和振型。通过将瞬态激励分解到这些模态上，可以计算出每个模态的响应，然后将这些响应叠加起来，得到整个系统的瞬态响应。这种方法特别适用于大型结构或复杂系统的动态分析，因为它可以有效地处理系统的复杂性和非线性特性。
在本教程中，使用支架的有限元模型来演示如何使用 OptiStruct 进行模态瞬态动力学分析。HyperGraph 用于对支架在瞬态动态载荷下的变形特性进行后处理。
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-1315/bracket_transient.zip
图 1.支架的有限元模型
支架在两条腿的底部被约束。瞬态动态载荷将施加在顶部网格点处，支架在负 z 方向上围绕孔的平面。加载的时间历程如图 2 所示。模态瞬态分析的总运行时间为 4 秒，时间分为 800 个增量（即时间步长为 0.005）。模态阻尼被定义为所有模式的 2% 临界阻尼。考虑1000 Hz 的模态。在Spider的中心定义了一个集中质量单元，并监测该孔中心的集中质量的 z 向位移。
图 2.施加载荷的时间历史
一、启动 HyperMesh 并设置 OptiStruct 用户配置文件
1.启动 HyperMesh。
此时将打开 User Profile对话框。
2.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、打开模型
1.点击 File > Open > Model。
2.选择 保存到工作目录的 bracket_transient.hm 文件。
3.单击 Open。
bracket_transient.hm 数据库被加载到当前的 HyperMesh 会话中，替换任何现有数据。
三、搭建模型
3.1 创建TABLED1曲线
1.在模型浏览器中，右键单击并选择 Create > Curve。
2.对于 Name ，输入 tabled1。
3.在 Curve Editor 窗口中，输入如图 3 所示的值。
图 3.显示加载时间历史的表
4.关闭Curve编辑器。
5.在 Curves中，选择 tabled 1。
6.单击 Color 并从调色板中选择一种颜色。
7.对于 Card Image，从下拉菜单中选择 TABLED 1。
定义载荷时间历程的曲线TABLED1已创建。
3.2 创建 TSTEP Load Collector
1.在 Model Browser 中，右键单击并选择 Create>Load Collector。
2.对于 Name ，输入 tstep。
用于定义生成和输出解决方案的时间步长间隔的瞬态时间步长。
3.单击 Color并从调色板中选择一种颜色。
4.对于 Card Image，从下拉菜单中选择TSTEP。
5.对于TSTEP_NUM，输入 1 并按 Enter。
6.对于 N，输入时间步长数 800。
7.对于 DT，输入 0.005 的时间增量。
施加的载荷总时间为：800 x 0.005 = 4 秒。这是output的时间步长。NO 的默认值为 1.0。
8.单击 Close。
3.3 创建 DAREA Load Collector
定义支架顶面上的力。
1.在 Model Browser 中，右键单击并选择 Create>Load Collector。
2.对于 Name ，输入darea。
3.单击 Color 并从调色板中选择一种颜色。
4.对于 Card Image，选择 NONE。
5.单击 BCs > Create>Constraints 以打开约束面板。
6.点击 nodes > by sets。将显示两组set。
7.选择 force 并单击 select。属于force的节点将被选中。
图 4.
8.单击除 dof3 之外的所有自由度旁边的框，表示 dof3 是唯一的自由度。
9.对于 dof3，输入值 -1500。
10.对于 load types=，选择 DAREA。
11.单击 create。
这将创建一个1500 单位力，该力应用于选定节点的-z 方向。
12.点击 return 返回主菜单。
3.4 创建TABDMP1曲线
模态阻尼表，用于将阻尼定义为频率的表格函数。
1.在模型浏览器中，右键单击并选择 Create > Curve。
2.对于 Name ，输入 tabdmp1。
3.在 Curve Editor 窗口中，输入如图 5 所示的值。
图 5.
4.关闭 Curve 编辑器。
5.在 Curves中，选择 tabdmp 1。
6.单击 Color 并从调色板中选择一种颜色。
7.对于 Card Image ， 从下拉列表中选择 TABDMP 1。
8.对于 TYPE，切换到 CRIT 以指定临界阻尼。
9.将频率 0 和 1000 Hz 的频率和阻尼值填充为 0.02，阻尼为 0.02。这提供了目标频率范围的阻尼值表。
3.5 创建集中质量
1.选择 1D panel 单选按钮。
2.在面板上，选择 masses。
3.选择 nodes > by id。
4.在对话框中，输入 395 作为节点 ID。
5.对于 mass ，输入 1000。
图 6.
6.单击 create，然后单击 return。
3.6 创建 EIGRL Load Step Input
1.在模型浏览器中，右键单击并选择 Create > Load Step Inputs。
2.对于 Name ，输入 eigrl。
3.单击 Color 并从调色板中选择一种颜色。
4.对于 Config type ，从下拉菜单中选择Real Eigen value extraction。
5.对于 Type，从下拉菜单中选择 EIGRL。
6.对于 V1，输入 0.0。
7.对于 V2，输入 1000.0。
8.将 ND 字段留空，可提取1000 Hz 的模式。
3. 7 创建 TLOAD1 Load Step Inputs
1.在模型浏览器中，右键单击并选择 Create > Load Step Inputs。
2.对于 Name ，输入 tload1。
3.对于 Config type ， 从下拉列表中选择 Dynamic Load – Time Dependent。
4.单击 Color 并从调色板中选择一种颜色。
5.对于 Type， 从下拉列表中选择 TLOAD 1。
6.对于 Exciteid，单击 Unspecified>Loadcol。
7.在 Select Loadcol 对话框中，从load collector列表中选择 darea（在上一节中创建，用于定义支架顶面上的力）。
8.单击 OK 以完成选择。
9.同样，为 TID 字段选择 tabled 1 曲线（以定义加载的时间历程）。
激励类型可以是施加的载荷 （力或力矩）、强制位移、速度或加速度。TLOAD1 Load Step inputs中的字段 [TYPE] 定义load类型。默认情况下，该类型设置为 applied load。
3.8 创建Load Step
执行模态瞬态动态分析。
1.在模型浏览器中，右键单击并从 上下文菜单中选择 Create > Load Step。
2.对于 Name ，输入 transient。
3.将 Analysis type 设置为 Transient （modal）。
4.对于 SPC，请选择 spc。
5.对于 DLOAD，请选择 tload 1。
6.对于 TSTEP（TIME），选择 tstep。
7.对于 METHOD （STRUCT），选择Load Step inputs eigrl。
8.对于 SDAMPING （STRUCT），选择曲线 tabdmp 1。
将创建一个subcase，用于指定模态瞬态动态分析的载荷、边界条件和阻尼。
3.9 创建输出卡片
1.在 Analysis 页面中，单击 control cards。
2.在 Card Image 对话框中，单击 GLOBAL_OUTPUT_REQUEST。
3.定义 DISPLACEMENT 卡。
一.选择 DISPLACEMENT。
二.将 FORMAT（1） 的字段留空。
三.对于 FORM（1），请选择 BOTH。
四.对于 OPTION（1），选择 SID。
五.双击 SID 选择器并选择 center。
六.点击 return。
中心表示连接到mass单元的 spider 中心的节点，即节点 395。
4.定义 OUTPUT 卡。
一.选择 OUTPUT。
二.在 number_of_outputs= 字段中，输入 2。
三.对于 KEYWORD，选择 H 3D 和 HGTRANS。
四.对于 FREQ，请同时选择 ALL。
五.对于 H3D KEYWORD，将另一个字段设置为 blank。
六.点击 return。
5.单击 return 退出对话框。
四、提交工作
1.在 Analysis 页面中，单击 OptiStruct 面板。
图 7.访问 OptiStruct 面板
2.单击 save As。
3.在 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 bracket_transient_modal。
对于 OptiStruct 模型，建议使用 .fem 扩展名。
4.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。
5.将导出选项切换设置为 all。
6.将 run options toggle 设置为 analysis。
7.将内存选项切换设置为 memory default。
8.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 bracket_transient_modal.fem 的目录中。bracket_transient_modal.out 文件是查找错误消息的好地方，如果存在任何错误，这些消息可以帮助调试输入模型。
写入目录的默认文件为：
bracket_transient_modal.html：HTML 分析报告，提供问题表述和分析结果的摘要。
bracket_transient_modal.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。
bracket_transient_modal.h3d：HyperView 二进制结果文件。
bracket_transient_modal.res：HyperMesh 二进制结果文件。
bracket_transient_modal.stat：Summary，提供分析过程中每个步骤的 CPU 信息。
bracket_transient_modal.mvw：HyperView 会话文件。
只有在执行瞬态分析时，才会创建此文件。此文件会自动为文件中包含的位移、速度和加速度结果创建绘图。
五、查看结果
1.在 OptiStruct 面板中，单击 HyperView 以启动 HyperView。
2.在菜单栏中，单击 File > Open > Session。
3.在 Open Session File 对话框中，从 运行输入文件的目录中打开 bracket_transient_modal_tran.mvw。
由于载荷仅施加在 z 方向上，表示您对节点 395 的 z 位移时间历程感兴趣。
将创建文件中包含的位移结果的曲线。
4.在 Visualization 工具栏上，单击以打开 Curves Attributes 面板。
5.在曲线下，分别选择 X Trans 和 Y Trans 曲线，然后单击 Off。
图 8.
X Trans和Y Trans曲线处于禁用状态。
6.单击 以适合节点 395 的 y 轴（即 Z 位移）。
7.如果需要，您可以更改曲线的颜色和/或线条属性。
从上图中可以看出，节点 395 的位移在-z 方向上，因为载荷也在 -z 方向上。由于模型中存在结构阻尼，位移最终会减弱。
