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所谓模态法,指的是先对结构进行模态分析获取实模态,而后将物理坐标u转换到模态主坐标q来求解动力学响应。采用模态法可以大大缩减计算规模,计算迅速高效。模态法还可以使用SDAMPING类型阻尼,可将仿真阻尼与实测模态进行结合,极大提高了应用的灵活性。实际工程应用中,更推荐采用模态法进行求解。
6.3.1模态法瞬态分析方法
模态法瞬态响应的动力学方程为
願¼()+で¡(e)+Kq(t)=∫(u)式中,q为模态坐标;ù±Ф'MФ、为模态质量矩阵;で亠Ф'CФ,为模态阻尼矩阵;〖=®为模态刚度;广-Ф了,为模态外激励。
在解耦的模态空间中,Newmark-β方法递推表达式如下
¢„=¡” +yΔt y +q..=q+Br ün.
其中,…,q…,”.,的表达式为
¡~=ú +(1-y)Δt y。1...-9.+alg.+4(--B#q..=[M+yÃLC +BAÈ 〖]'(f -℃q.-&g”)
最后利用模态变换关系,通过线性组合重新得到物理空间的位移。
(6-10)图 6-4 所示为典型的模态法瞬态响应在.fem 文件中的工况定义。除了边界条件、时间步、初始条件和外载荷的定义外,还需要定义实模态分析卡片METHOD。模态法瞬态响应支持SDAMPING 阻尼形式,在工况定义中使用SDAMPING进行引用。
u(t)= Фq(t)
6.3.2 模态截断
所谓模态截断,即采用模态法计算结构动力学响应时,一般不需要计算结构的所有模态,而需覆盖振动能量的低频段模态。只要截取的模态数量足够,就可以将误差控制在有限的范围内。常见的模态截断表达式为
u(t)= Φg(t)=∑4;q,(t)即仅采用前I阶低频模态来构造动力学响应,L远远小于结构的总自由度数。
将模态空间 Φ中的高频部分去除后,式(6-7)中矩阵、℃、的维度都大大地降低了,周此模态法所需的计算时间得到了极大的缩减。在 0piStrnct 中,模态截断频率通过模态分析卡片EIGRL或 EIGRA的频段范围来定义,一般需定义最高的模态截断频率,取值通常为外激励频率的2倍或以上。而最低的截断频率一般从零开始,表示需要保留所有的刚体模态。除此以外,0pisme还支持通过PARAM,LFREQ或防RAM,HEFREQ,以及IO选项 MODESELECT给出模态截断的上下限频率,以进一步缩小模态法计算的频段范围。例如,通过设置PARAM,LFREO 可以选择性地别除结构的刚体位移模态。
6.3.3 模态法阻尼类型
在模态法瞬态分析中可使用直接法瞬态分析的所有限尼形式;单元黏性阻尼、单元结构服尼比例阻尼、全局结构阻尼,并增加了对SDAMPING类型阻尼的支持。
ē=č,+a,M+a,〖+(Cx+∑EE)+SDAMPING(6-13)SDAMPING =diag(2ξ,m,ω,)= diag(25;ω,)式中,等号右端的(~)项均为式(6-5)中对应项()在模态空间的表述,也就是说(~)=Ф()。diag(25m,)为阻尼项,是一个对角阵。
本篇内容取自HyperWorks进阶教程系列的《OptiStruct结构分析与工程应用》,版权归原作者所有,如有侵犯您的权益,请及时联系我们,我们将立即删除。
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