optistruct分析专题-频响分析（上）

1    与简谐激励作用下瞬态分析的区别与联系

图 1 无阻尼共振时程曲线

图 2 不同频率激励下无阻尼时程曲线

图 3 考虑阻尼的时程曲线

图 4 激励与响应时程曲线

图 5 强迫振动下的自由振动衰减

图 6 谐响应定义

2    为什么要做频率响应分析

3    频响分析的主要求解方法

3.1    直接法

3.2    模态叠加法

4    阻尼（重要）

4.1    什么是阻尼？

4.2    粘滞阻尼

4.3    滞变阻尼（结构阻尼）

4.4    瑞利阻尼（比例粘性阻尼）

4.5    模态阻尼

图 7 Nastran帮助中的模态阻尼定义

图 8 模态阻尼定义表

4.6    阻尼的定义

4.6.1    粘滞阻尼定义

上面用了很长的篇幅帮助大家去理解几种常用阻尼，那么在有限元分析程序中具体是怎么实现的呢？

我们从粘性阻尼说起，它一般通过基础的单元定义，比如cvisc单元的属性pvisc定义拉伸以及旋转粘滞阻尼系数，如下所示：

图 9 粘滞单元的阻尼定义

也可以通过cdamp单元的属性pdamp定义粘滞阻尼系数，如下所示：

图 10 阻尼单元的阻尼定义

还可以通过cbush单元的属性pbush定义在局部坐标系下各个方向的粘滞阻尼系数：

图 11 cbush单元的阻尼定义

看起来好像直接cbush完事儿了呗，为啥整一堆单元，而且都是一类阻尼？说实话，的确一个cbush单元就ok了，但是需要考虑到，很多时候我们并不需要这么多的参数，对于老手来说可能清楚哪些需要哪些不需要输入，而对于老手来说，cbush的可使用性太丰富了，可以端点重合也可以不重合，重合和不重合又分使用方向节点定义，方向矢量定义或者局部坐标系定义。所以很多简化单元，比如cdamp或者cvisc，这个单元的阻尼方向直接被端点方向确定，属性也只有连接方向或者其旋转方向的。

4.6.2    结构阻尼定义

结构阻尼可以分为全局阻尼（G）或者局部阻尼（GE）。对于局部定义结构阻尼，可以使用celas单元的属性pelas，cbush单元的属性pbush以及大部分材料属性的GE部分。

等下，怎么又是cbush，刚刚粘滞阻尼不也是它么，其实看下cbush的属性pbush全貌就知道了：

图 12 cbush可定义的属性

六个方向的刚度，六个方向的粘滞阻尼，六个方向的滞变阻尼，六个方向的质量（转动为惯性矩），所以说cbush是一个广义的弹簧阻尼单元，使用也相当广泛。

而对于全局的结构阻尼，我们可以通过卡片param→G定义，而这两种方式定义的结构阻尼是累加的，所以我们能看到help里面总的复刚度是这样两大部分：

4.6.3    瑞利阻尼

4.6.4    模态阻尼

模态阻尼需要按照阻尼表定义，也就是卡片tabdmp1（tabledamp 1），这个卡片能够后续直接被相应的分析卡片调用。

图 13 模态阻尼定义

默认情况下模态阻尼会当成粘性阻尼参与阻尼阵的计算，但是我们可以使用param→kdamp→-1，使其被软件当成结构阻尼参与复刚度的计算，这个时候建议按照软件的help进行如下操作流程：

图 14 模态阻尼转换为结构阻尼计算

翻译过来就是两步：①首先通过临界阻尼比类型定义阻尼比表②更改kdamp卡片到-1。

5    软件具体流程

经过艰难险阻，我们终于弄清楚了一些基本的概念，包括频响分析是什么？；为什么要做频响分析？；频响分析的主要求解方法；软件中阻尼的一些概念。到这里差不多本篇文章已经码字第三天了，在这些概念的支撑下，我终于有勇气进行相应的软件操作，当然里面有一系列问题叫做基础激励问题，这部分以及一些残留的像频响函数这种重要概念只好在下一次专题中进行说明。

    和前一篇模态分析一样，我先就Optistruct频响分析的给个思维导图：

图 15 Optistruct谐响应分析流程（重点）

貌似有点多内容，实际上精简下就也是很少，看起来多是因为涉及到一些表格以及计算定义上Optistruct给出了很多方式，不同方式针对不同问题都有着不同的优势，比如以计算频点为例：

图 16 不同计算频点方法

上图是分别使用freq1，freq2，freq3（偏置系数4），freq3（偏置系数0.25）得到的计算频点。通常情况下，由于动力学计算量很大，而共振峰值部分比较凸起，我们会希望取样能在共振频率部分具有较高的密度，在远离区域取样较少，因此上面几种方式很明显的显示出不同的取样密度，有助于我们减小计算量和存储量。

关于具体的案例在下篇中介绍。

本文部分内容可以参照前篇文章：

optistruct分析专题-模态分析