HyperWorks进阶教程：OptiStruct铁塔的地震激励响应

铁塔架设完毕后，除承受自重和输电线等附件的静态荷载外，还会承受风载以及地震等动态载荷。本例将计算铁塔在地震加速度作用下的动力响应，通过强迫位移激励以及输入曲线描述可能的地震载荷，在OptiStruct中求解铁塔在地震冲击瞬间的动态响应。

采用 HyperMesh导人tower_TRAN.fem文件，如图6-8所示，模型采用国际标准单位制：N、m、kg，铁塔高为17.75m，总质量85.3t(85.3x10'kg)。导人的模型中已包含网格及所有材料属性，还包含载荷曲线定义SPCD_TABLED1。这里需要进行的设置包括：定义4个支座的强制位移SPCD：设置瞬态载荷TLOAD将强制位移与载荷曲线进行关联；设置瞬态分析时间步；设置SDAMPING阳尼；设置输出集(减小文件大小)。

图6-8 铁塔有限元模型

模型设置

Step01在模型浏览器中右击并选择Create，选择LoadCollector。-将 Name 改为“eigrl”。Card lmage 项选择 EIGRL。-在 V2 字段输人 100.0，表示提取铁塔结构 100Hz以下的振动模态。

Step 02在模型浏览器中右击并选择 Create，选择Load Collector。将Name 改为“SPCD”。单击面板的 Analysis→constraints按钮(见图6-9)，更改 load types 为SPCD；取消勾选dof2~dof6；在保留的 dofl 中输入1.0。单击nodes按钮后选择id为22、43、101、392的4个支座节点;单击Create按钮，创建 SPCD

图6-9在HyperMesh中设置X方向SPCD

Step03在模型浏览器中右击井选择 Create->Load Coector，如图6-10所示

-将Name 改为“TLOAD_X”。Card Image 项选择

-TLOADI-在ENCITEDID选项中，选择上一步创建的SPCD载荷。

-在TYPE选项中，选择DISP类型，表示该瞬态载荷为强迫位移形式-在TID选项中，选择-SPCD_TALBED1，定义该瞬态载荷的输入曲线

Siep 04在模型浏览器中右击并选择Create->Load Collector。

-将 Name 改为“TSTEP"。Card lmage 项选择 TSTEP。

_在TSTEP_NUM选项中，设置N为10000，DT为0.001，表示采用0.001的定步长计算10m步，总时长 10s。

Sep05在模型浏览器中右击并选择 Create-> load Collector(2020 版本 HyperMesh 以后，为击并选择 Create->Curve)。

-设置Name为“SDAMP”，Card Image 项选择 TABDMP1。-TYPE设置为 CRIT，输入图6-11所示的曲线数值，表示各阶模态阻尼比均为0.005

Step 06在模型浏览器中右击并选择Create->Set。-将 Name 改为“Grid Se!”。Card Image 项选择 SET_GRID.单击 Entity IDs 选项，选中 id为22、43、101、392、574的四个支座节点以及塔顶节点。

图6-10 在HyperMesh中设置 TLOAD1 卡片

图6-11在HyperMesh中设置SDAMPING(阻尼)

Step 07在模型浏览器中右击并选择 Create->Load Step，设置模态、法瞬态分析工况如图6-12所示

-将Name 改为“mtran";Analysis type 选择Transient(modal)SPC选择 SPC；DLOAD 选择TLOAD_X。

-METHOD(STRUCT)选择eigr；

-TSTEP选择TSTEPSDAMPING(STRUCT)选择SDAMP

Step08在模型浏览器中右击并选择 Create->0utput，定义工况结果输出，如图6-13所示。选DISPLACEMENT，在OPTION选项中选择SID，并选择GridSet集。

Step 09提交OptiStruct求解。在 Analysis 面板中单击OptiStruct按钮提交求解。也可以导出生成新的.fem 文件，使用 HyperWorks Solver Run Manager 对话框提交求解。

心结果查看

求解完成的.h3d输出文件容量仅为1.66M。使用HyperGraph打开.h3d文件，可以发现输出文件中仅包含所选SET对应的5个节点的位移输出曲线。绘制塔顶574号节点以及基础支撑22号节点的X方向位移曲线，如图6-14所示。可以看到，塔顶节点574 在基础激励的位移上叠加了铁塔本身的振动，而基础节点22的位移曲线与输人的 TABLEDI 保持一致。

图6-14在HyperGraph中绘制铁塔支座以及塔顶的振动曲线

为了进一步求取结构本身的振动，可以使用HyperGraph中的曲线数值计算功能得到塔顶相对基础激励的振动曲线。如图6-15所示，添加曲线/math 类型，定义表达式的横坐标为 plwlc1.x，纵坐标为 plwlcl.y-plwlc2.y。

可以看到，冲击激励下结构相对振动的最大相对振幅约为7”，发生时刻为0.15，随逐步衰减。而横向激励的峰值发生在0.55s，它们的发生时刻是不相同的。商到 HyperMesh 中调整输出，在Global Ouput中添加 STRAIN 输出，输出集选为 AIL,然次提交 OptiStruct 求解，可以看到，这种情况下.h3d输出文件的容量增大到300M。在 HyperGraph中打开新的求解结果，选择査看=530 的塔顶单元应变，如图6-16所示冲击作用下塔顶单元的最大应变也发生在0.15s附近。

图6-16在HyperGraph 中绘制塔顶单元的应变曲线

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。