ANSYS分析类型与求解控制选项详解

一、  模态分析求解控制选项

模态分析求解控制选项主要包括 MODOPT、EXPASS、MXPAND、LUMPM、SUBOPT、RIGID、MSAVE  及 PSTRES。



1.   定义模态分析方法

命令:MODOPT, Method, NMODE, FREQB, FREQE, PRMODE, NrmkeyMethod - 模态分析的模态提取方法,其值可取:=LANB(缺省):分块兰索斯法;

=SUBSP:子空间迭代法;

=REDUC:缩减法或凝聚法;

=UNSYM:非对称法(不能用于随后的谱分析);

=DAMP:阻尼法(不能用于随后的谱分析);

=QRDAMP:QR阻尼法(不能用于随后的谱分析);

=SX:变换技术求解

NMODE - 要提取的模态数目。当为子空间迭代法时,能提取的最大模态数目为总自由度的一半。

FREQB - 感兴趣的频率范围的起点或低端频率。

FREQE - 结束频率或高端频率.

PRMODE - 对缩减法定义输出的缩减模态数。

Nrmkey - 定义模态形状标准化控制。

如 Nrmkey=OFF(缺省)则相对质量矩阵进行归一化处理,如要进行谱分析或模态叠加分析,应该选择此项。如 Nrmkey=ON 则相对单位矩阵进行归一化处理,如在后续分析中要获取各阶模态的最大响应则应选择此项。



2.   定义分析的扩展过程

命令:EXPASS, Key

其中 Key 为扩展过程选项,其值可取:
=OFF(缺省):没有扩展过程;
=ON:使用扩展。
该命令指定模态分析、子结构分析、屈曲分析、瞬态分析和谐分析的扩展过程。其使用方法是必须先明确执行 “FINISH” 并再次进入求解层 /SOLU 后执行。


3.   定义模态扩展数目

命令:MXPAND, NMODE, FREQB, FREQE, Elcalc, SIGNIF

NMODE - 扩展和写入的模态数目。

FREQB - 感兴趣的频率范围的起点或下限。

FREQE - 感兴趣的频率范围的终点或低端频率。

Elcalc - 单元计算控制。

如 Elcalc=NO(缺省)则不计算单元结果和支承反力;

如 Elcalc=YES 则计算单元结果和支承反力。

SIGNIF - 仅扩展显著级超过 SIGNIF 阀值的模态。SIGNIF 定义为该模态的模态系数除以所有模态中的最大模态系数。

任何低于 SIGNIF 阀值的模态均不扩展,阀值越高,则扩展的模态数越少。SIGNIF 的缺省值为 0.001,SIGNIF 仅适用于单点或 DDAM 响应分析中。

该命令的缺省设置是扩展模态形状并写入文件,以便检察模态形状而不需再次进入求解层,但单元应力不扩展。对于缩减法、非对称法和阻尼法需要进行扩展分析。


4.   定义质量矩阵公式

命令:LUMPM, Key

其中 Key 为控制参数,如 Key=OFF(缺省)则采用与单元相关的质量矩阵公式,即一致质量矩阵;如 Key=ON 则采用集中质量矩阵,对于细长梁或非常薄的壳体可获得较好的结果。


四、  瞬态分析求解控制选项

瞬态分析求解控制选项除静态分析中的基本选项外主要有 TIMINT、KBC、ALPHAD、BETAD、DMPRAT、MDAMP、TRNOPT、TINTP、LVSCALE、DMPEXT、MDPLOT。


1.   打开瞬态效应

命令:TIMINT, Key, Lab

Key - 瞬态效应开关。

如 Key=OFF 不使用瞬态效应(静态或稳态);

如 Key=ON 计入瞬态效应(质量或惯性)。

Lab - 瞬态效应应用的自由度标识符,其值主要可取:

=ALL(缺省):应用于所有可用的自由度上。

=DTRUC:仅用于结构分析的自由度。

该命令缺省时, 对静力分析 (ANTYPE,STATIC)  为关闭状态;对瞬态分析 (ANTYPE,TRANS)  为打开状态。


2.   阶跃荷载和斜坡荷载

命令:KBC, KEY

KEY=0 为斜坡荷载,KEY=1 为阶跃荷载。

当某个荷载步中的子步数大于 1 时,需要指明荷载是哪种荷载。缺省时下列情况可使用不同的荷载方式,如:

使用斜坡荷载:

① SOLCONTROL,ON 且 ANTYPE,STATIC 时;

② ANTYPE,TRANS 且 TIMINT,OFF 时;

③ SOLCONTROL,OFF 时。

使用阶跃荷载:

仅在 ANTYPE,TRANS 且 TIMINT,ON 时才可使用阶跃荷载。

如果指定为斜坡荷载,大部分荷载当为第一次施加时,都是从零到当前荷载步之间的插值。删除荷载则是阶跃荷载方式,但体积荷载是渐变的,因惯性荷载不能删除只能重新设置为 0 故也是渐变的。表格型边界条件不支持斜坡荷载方式,所以使用时应注意。

3. 定义质量阻尼系数

命令:ALPHAD, VALUE


4. 定义刚度阻尼系数

命令:BETAD, VALUE


5. 定义常阻尼比

命令:DMPRAT, RATIO


6. 定义振型阻尼

命令:MDAMP, STLOC, V1, V2, V3, V4, V5, V6

7. 定义瞬态分析选项

命令:TRNOPT, Method, MAXMODE, Dmpkey, MINMODE, MCout, TINTOPT


8. 定义瞬态积分常数

命令: TINTP, GAMMA, ALPHA, DELTA, THETA, OSLM, TOL, --, --, AVSMOOTH, ALPHAF, ALPHAM


9. 提取模态阻尼系数

命令:DMPEXT, SMODE, TMODE, Dmpname, Freqb, Freqe, NSTEPS



五、  谐分析求解控制选项

谐分析也称谐响应分析,其求解有一定的条件,如常刚度、阻尼和质量,所有荷载和约束位移都以相同的频率变化,不考虑瞬态效应,不考虑非线性性质(属于线性分析)但可考虑有预应力的情况等,因此其求解控制选项比较简单,主要相关命令有: HROPT、HROUT、HARFRQ、HREXP 及 LUMPM、EXPASS。

1. 定义谐分析选项

命令:HROPT, Method, MAXMODE, MINMODE, MCout, Damp

Method - 谐分析方法,可选择:

=FULL(缺省):完全法;不能用于有预应力的分析。

=REDUC:缩减法;可用于有预应力的分析。

=MSUP:模态叠加法;

=SX:变换求解技术;仅用于 DesignXplorer VT 产品中

=SXRU:仅用于 ANSYS DesignXplorer VT 产品中

Damp - 仅用于 ANSYS DesignXplorer VT 产品中。


2.   定义谐分析的输出选项

命令:HROUT, Reimky, Clust, Mcont

Reimky - 实部和虚部输出控制。

如为 ON(缺省)则以实部-虚部方式输出;

如为 OFF 则以振幅-相位方式输出。

Clust - 仅当采用模态叠加法(HROPT,MSUP)时,频率分割控制参数。

如为 OFF(缺省)则为均匀分割频率;

如为 ON则以固有频率分割。

Mcont - 仅当采用模态叠加法(HROPT,MSUP)时,模态贡献输出控制。

如为 OFF(缺省)则不输出各频率的模态贡献;

如为 ON 则输出每一频率的模态贡献。

命令 HARFRQ 为谐分析定义低端和高端频率,命令 HREXP 为谐分析扩展定义相位角等。另外前述的 LUMPM、EXPASS、NSUBST 等命令也相关。


六、  谱分析求解控制选项

谱分析是一种将模态分析和已知谱联系起来,计算模型位移和应力的分析技术。其过程要用到各种分析方法的具体设置,如单点谱分析设置等。这里仅介绍谱分析的求解控制选项。

命令:SPOPT, Sptype, NMODE, Elcalc

Sptype - 谱响应方法,可选择:

=SPRS(缺省):单点响应谱分析;

=MPRS:多点响应谱分析;

=DDAM:动力设计分析方法;

=PSD:随机振动谱,使用功率密度谱分析方法。

NMODE - 使用模态分析的前 NMODE 个模态,缺省为所有模态,但不得大于 1000。

Elcalc - 仅当 Sptype=PSD 时的单元结果计算控制。如为 NO (缺省)则不包括应力响应;如为 YES 则包括应力响应。



七、  子结构分析求解控制选项

子结构求解控制选项主要有:seopt  命令及 segen 、lumpm、eqslv、EXPASS 等命令。下面介绍子结构分析选项。

命令:SEOPT, Sename, SEMATR, SEPR, SESST, EXPMTH

Sename - 超单元矩阵文件名, 其扩展名为 SUB, 即文件全名为 Sename.SUB。

SEMATER - 矩阵生成控制,其值可选:

=1(缺省):生成刚度矩阵;

=2:生成刚度矩阵和质量矩阵;

=3:生成刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵。

SEPR - 输出选项,其值可取:

=0(缺省):不输出超单元矩阵和荷载向量;

=1:输出超单元矩阵和荷载向量;

=2:输出超单元荷载向量但不输出超单元矩阵。

SESST - 应力刚度控制保存控制,其值可取:

=0:不保存应力刚度矩阵;

=1:保存应力刚度矩阵。

EXPMTH - 扩展方法,可选择:

=BACKSUB(缺省):保存为扩展过程所需的三角化矩阵;

=RESOLVE:不保存三角化矩阵,在扩展过程中重新形成总刚矩阵。

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