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1、动力学谱分析动力学谱分析第1页，共34页，编辑于2022年，星期五第第5章：谱分析章：谱分析第一节：谱分析的定义及目的第一节：谱分析的定义及目的第二节：基本概念和术语第二节：基本概念和术语第三节：如何进行响应谱分析第三节：如何进行响应谱分析第四节：谱分析的指导方针第四节：谱分析的指导方针第五节：随即振动分析第五节：随即振动分析第2页，共34页，编辑于2022年，星期五谱分析谱分析谱分析谱分析第一节：定义及目的第一节：定义及目的什么是谱分析？什么是谱分析？用于计算结构对多频信息瞬态激励的响应。用于计算结构对多频信息瞬态激励的响应。这些激励可能来源于地震、飞行噪音、飞行过程、导这些激励可能来源于地
2、震、飞行噪音、飞行过程、导弹发射等。弹发射等。频谱是载荷时间历程在频率域上的表示法频谱是载荷时间历程在频率域上的表示法参见响应频谱参见响应频谱在模态分析之后进行谱分析。在模态分析之后进行谱分析。计算结构在给定的每个自然频率频谱下的最大响应，计算结构在给定的每个自然频率频谱下的最大响应，这个最大响应是响应系数与振型的乘积。这个最大响应是响应系数与振型的乘积。这些最大响应组合在一起就给出了结构的总体响应。这些最大响应组合在一起就给出了结构的总体响应。第3页，共34页，编辑于2022年，星期五谱分析谱分析谱分析谱分析定义及目的（接上页）定义及目的（接上页）定义及目的（接上页）定义及目的（接上页）谱分
3、析的一种代替方法就是进行瞬态分析。谱分析的一种代替方法就是进行瞬态分析。瞬态分析很难应用于例如地震等随时间无规律变化载荷的分析瞬态分析很难应用于例如地震等随时间无规律变化载荷的分析在瞬态分析中，为了捕捉载荷，时间步长必须取得很小，因而费时在瞬态分析中，为了捕捉载荷，时间步长必须取得很小，因而费时且昂贵且昂贵瞬态分析通常需要花费更多的时间，特别是在要考虑许多零件和载瞬态分析通常需要花费更多的时间，特别是在要考虑许多零件和载荷条件的情况下。荷条件的情况下。瞬态分析的结果更加准确。瞬态分析的结果更加准确。谱分析能够快速的找到最大的响应，但忽略了部分信息（相位）。谱分析能够快速的找到最大的响应，但忽略
4、了部分信息（相位）。第4页，共34页，编辑于2022年，星期五谱分析谱分析谱分析谱分析定义及目的（接上页）定义及目的（接上页）定义及目的（接上页）定义及目的（接上页）加速度加速度 vs.时间时间加速度频谱加速度频谱(G vs.Hz)El Centro 地震地震(1940)El Centro 地震中的某结构既能用瞬态分析也能用谱分析地震中的某结构既能用瞬态分析也能用谱分析第5页，共34页，编辑于2022年，星期五谱分析谱分析谱分析谱分析定义及目的（接上页）定义及目的（接上页）定义及目的（接上页）定义及目的（接上页）在进行下列设计中要用到谱分析：在进行下列设计中要用到谱分析：核电厂（建筑物与装置）
5、核电厂（建筑物与装置）航空电子设备（飞行器、导弹）航空电子设备（飞行器、导弹）航天飞机零件航天飞机零件飞行器部件飞行器部件任何受到地震或其他不稳定载荷的结构或部件任何受到地震或其他不稳定载荷的结构或部件建筑物框架及桥梁建筑物框架及桥梁第6页，共34页，编辑于2022年，星期五谱分析谱分析谱分析谱分析第二节：术语及概念第二节：术语及概念主题包括：主题包括：频谱的定义频谱的定义响应谱如何用于计算结构对激励的响应：响应谱如何用于计算结构对激励的响应：参与系数参与系数 模态系数模态系数 模态组合模态组合第7页，共34页，编辑于2022年，星期五谱分析谱分析谱分析谱分析术语及概念（接上页）术语及概念（接
6、上页）什么是频谱？什么是频谱？用来描述一个理想化系统激励响应的曲线，此响应可以是加速度、速度、用来描述一个理想化系统激励响应的曲线，此响应可以是加速度、速度、位移和力位移和力;例如：考虑安装于振动台上的四个单自由度弹簧质量系统，它们的频率分例如：考虑安装于振动台上的四个单自由度弹簧质量系统，它们的频率分别是别是f1，f2，f3及及f4，而且，而且f1f2f3 File Read Input from.读取读取jobname.mcom文件文件察看变形后的形状察看变形后的形状应力和应变的图表显示应力和应变的图表显示第28页，共34页，编辑于2022年，星期五响应谱分析步骤响应谱分析步骤响应谱分析步
7、骤响应谱分析步骤求解及察看结果命令（接上页）求解及察看结果命令（接上页）/POST1/INPUT，mcomPLDISP，PLNSOL，FINISH第29页，共34页，编辑于2022年，星期五响应谱分析步骤响应谱分析步骤建模建模获得模态解获得模态解转换成谱分析类型转换成谱分析类型定义响应频谱定义响应频谱求解及察看结果求解及察看结果第30页，共34页，编辑于2022年，星期五第四节：谱分析的指导方针第四节：谱分析的指导方针模态分析的指导方针模态分析的指导方针谱分析的指导方针谱分析的指导方针第31页，共34页，编辑于2022年，星期五提供足够的模态以包含频谱的频率范围提供足够的模态以包含频谱的频率范
8、围例如，如果频谱范围从例如，如果频谱范围从1到到1000Hz，凭经验，模态要提取和扩展到，凭经验，模态要提取和扩展到1500Hz推荐采用推荐采用Block Lanczos提取法提取法如果存在大量的约束方程，宜采用如果存在大量的约束方程，宜采用Lagrange乘子法（精确）乘子法（精确）如果材料依赖于阻尼率，就必须在模态分析中定义如果材料依赖于阻尼率，就必须在模态分析中定义谱分析的指导方针谱分析的指导方针谱分析的指导方针谱分析的指导方针模态分析的指导方针模态分析的指导方针第32页，共34页，编辑于2022年，星期五注意在谱分析中系统不记录结果文件，而是将模态组合指令写入注意在谱分析中系统不记录结
9、果文件，而是将模态组合指令写入jobname.mcom文件中文件中大多数组合方法包含平方运算，这会引起复合应力正负号的丢失，因此，大多数组合方法包含平方运算，这会引起复合应力正负号的丢失，因此，从这些无正负号复合应力导出的等效应力和主应力并不保守，也不正确。从这些无正负号复合应力导出的等效应力和主应力并不保守，也不正确。如果需要得到等效应力如果需要得到等效应力/应变和主应力应变和主应力/应变，应该在读入应变，应该在读入jobname.mcom文件前执行文件前执行SUMTYPE,PRIN（General Postprocessor Load Case Calc Options Stress Op
10、tions）命令。这会引起直接计算导出值时结果趋于保守。）命令。这会引起直接计算导出值时结果趋于保守。谱分析中每一模态的有效质量之和是全部有效质量。谱分析中每一模态的有效质量之和是全部有效质量。随着在谱分析中模态数量的增加，有效质量的每一部分应该接近结构的总随着在谱分析中模态数量的增加，有效质量的每一部分应该接近结构的总质量质量总的有效质量代表了在谱分析中是否包含足够的模态。总的有效质量代表了在谱分析中是否包含足够的模态。谱分析的指导方针谱分析的指导方针谱分析的指导方针谱分析的指导方针谱分析的指导方针谱分析的指导方针第33页，共34页，编辑于2022年，星期五实例实例响应谱分析响应谱分析在这个实例中，将确定工作台对于频谱激励的响应在这个实例中，将确定工作台对于频谱激励的响应详情请参看动力学实例补充资料详情请参看动力学实例补充资料第34页，共34页，编辑于2022年，星期五