模态瞬态疲劳分析全流程：从Nastran到Femfat

当结构件承受的载荷激励可能会引起结构共振的情况下，线性静态叠加计算出来的应力历程可能不够准确。当载荷引起了结构共振时，结构的某些位置的位移响应会比施加等值静态载荷时的位移值更大，因此结构的应力也会更大。

瞬态分析可以考虑结构的质量、刚度和阻尼，以及在分析中包含了动态载荷的瞬时效果来考虑这些动态效应。瞬态分析包括直接瞬态和模态瞬态，直接瞬态分析通过直接施加时间历程载荷，为了保证计算精度需要一定的计算步长，但随着模型规模的增大及计算时间的延长，需要大量的计算时间以及数据空间存储计算结果。虽然直接瞬态分析可以考察结构的实际响应，最大应力发生的时间等。因此需要根据实际情况选择使用直接瞬态法。另一种瞬态法为模态瞬态，结构的动态响应特性通过模态表示，只需要计算出结构所需要的模态，瞬态响应的计算则相对很快，大多数的情况下模态瞬态较直接瞬态的计算时间少。当然，模态瞬态计算还需要考虑模态截断、求解频率等问题。

本文主要简单介绍一下模态瞬态疲劳分析操作流程，FE求解软件使用nastran，疲劳分析软件使用Ncode和Femfat两种方式来实现。

第一步：模态瞬态分析（SOL112）

支架底座两个安装点通过RBE2抓到一起，通过SPC1约束12456。激励点施加随时间变化的载荷。计算两个工况，一个工况用于计算模态应力（op2文件），另一个工况用于计算瞬态模态位移时间历程结果（pch文件）。

激励点随时间变化的Z向加速度载荷

通过加速度功率谱分析，可以发现激励频率主要集中在6-150Hz之间，因此如果结构的频率也是在这个范围之内，静态载荷分析法是无法正确评估结构的疲劳响应。

模态瞬态分析求解设置，分析包含两个工况，工况1用于计算模态应力，工况2生成模态位移时间历程结果。

求解关键设置

1.特征值提取到300Hz（为保证结果精度，模态提取设置为2倍的激励频率）：

2.计算时间60s，和激励载荷时间一致。计算频率1000Hz，即步长0.001s：

3.结构阻尼0.05：

4.Z向加速度时间历程载荷：

Nastran的时间历程载荷激励文件可以通过TSToFETable模块来生成。

模态应力结果：

Mode1

Mode2

Mode3

模态位移时间历程结果

Mode2

Mode3

Mode4

第二步：模态瞬态疲劳分析

Ncode模态瞬态疲劳分析流程图

1.模态应力结果

2.模态位移时间历程结果

3.疲劳分析模块，包括载荷映射、材料映射和其他疲劳求解设置

4.疲劳分析结果

Ncode模态瞬态载荷设置：

疲劳分析载荷映射中，FE Load Cases(1)为模态应力结果，本例中有5阶模态。Time Series(2)中对应有5个模态位移时间历程结果。Load Case Assigments(3)中会在自动匹配模态应力结果和模态位移时间历程结果。

Femfat模态瞬态疲劳分析设置

Femfat模态瞬态疲劳分析使用ChannelMAX模块，模态应力保存在op2结果文件中。模态位移时间历程结果保存在pch文件中。由于femfat无法直接识别pch格式的文件，因此需要将pch格式的文件转换为femfat可识别的格式，如Ncode dac格式的文件。这可以通过使用Ncode来实现。

1.模态应力结果保存在op2结果文件中，结果中包含所有求解的模态阶次的应力结果。

2.模态应力结果有几个频率，就需要设置几个LC工况。

3.模态位移时间历程结果保存在pch文件中，femfat无法直接识别，可以通过Ncode将其转化为femfat可以识别的文件，如Ncode dac格式文件。

Ncode和femfat都可以进行模态瞬态疲劳分析。有限元求解设置是一致的，包括模态应力和模态位移时间历程结果的生成。Ncode可以直接识别nastran的模态位移结果pch文件，而femfat无法直接识别pch格式的结果文件，因此需要通过中间转换来完成，比如hypergraph、Ncode等工具或者自己写个转换工具。

模态瞬态疲劳分析和多通道静态疲劳分析的设置基本是一致的。

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