HyperWorks仿真介绍：频响分析全攻略

1. 什么是频响分析？

频响分析，即为频率响应分析(Frequency Response Analysis)。指的是计算在稳态振动激励作用下结构动力响应的一种方法。

在频响分析中，激励载荷是在频域中显式定义的，所有的激励在每一个指定的频率上都是已知的，激励可以是外力也可以是强迫运动。

频响分析的典型应用包括NVH(Noise, Vibration, Harshness)分析，转子系统的载荷和直升机的叶片等。

想象给结构一系列的不同频率的正弦波激励，每个激励都可以进行瞬态分析。当系统达到稳定状态时，取其振动幅值。

频响分析的算法有直接法和模态法 ，其中模态法计算速度比直接法快，并且能够更精确的捕捉响应峰值。

一般把单位载荷下的频响称为传递函数 (Transfer Function)

传递函数/频响函数的特点在于：

-它代表线性系统单位激励下的频率响应

-代表线性系统的力/能量传递路径

-通过频响函数可以得到频率和阻尼

-复杂激励可以通过单位频响来叠加得到

模态法频率响应分析的基本步骤：

-定义SPC load collector并施加约束

-定义载荷：DAREA载荷卡片，可以是单位载荷，可以是任意幅值

-定义载荷曲线表：Tabled1、Tabled2、Tabled3、Tabled4

-定义求解过程要使用的频率序列或频率段：Freq、Freq1、Freq4

-定义简谐激励：Rload1，Rload2

-定义模态求解方法：EIGRL load collector

-定义模态阻尼表：Tabdmp1或者PARAM，G

2. OptiStruct 频响分析实例

以一个单边简支板为例，分析其频率响应。

设单边简支板长度为1000mm，宽度为500mm，厚度为10mm，弹性模量为210GPa，密度为7.85e-9ton/mm3，泊松比为0.3。

创建有限元模型 的基本步骤在之前有关于模态分析和瞬态分析的文章中，已经叙述过了，下面会略去一些简单操作。

1. 创建平板网格模型

首先创建平板的4个角点，生成一个大的平板单元，然后按F12快捷键对单元进行重新划分，取单元密度为20，对单元赋予材料，属性，对模型最左侧节点约束x、y、z轴方向的平动自由度(dof1、dof2、dof3勾选，其值为零)。

建好的有限元模型如图所示。

2. 创建单位载荷

为了后续输出指定节点的计算结果，需要显示出指定节点的编号。操作如下：

在tool面板下，点击number按钮，选择模型需要输出结果的节点，在本例中选择模型右边的三个节点，点击on，即显示出模型节点的编号。

创建一个Load Collector，命名为unit load, 点击analysis面板下的constrains按钮，选择右下角节点，施加z向单位载荷，load type 选择DAREA。

3. 创建单位幅频曲线

按Ctrl+F，输入tabled1，确定，将名称改为load freq，输入0，1和1000，1，就可以得到频率0~1000Hz，幅值为1的频率-幅值曲线。

4. 创建简谐激励

按Ctrl+F，输入rload2，确认，重命名为rload2。在EXCITEID中选择创建的单位载荷集unit load，在TB处选择创建的幅频曲线load freq，TYPE选择load。

注：rload1激励是按实部和虚部表示的，rload2激励是按幅值和相位表示的。

5. 创建分析频率点

按Ctrl+F，输入Freqi，确定，重命名为freqi。勾选FREQ1，在F1处输入20，在DF处输入20，NDF输入49。这表明了分析频率从20Hz开始，每间隔20Hz分析一个结果，直到1000Hz，即分析频率为20Hz、40Hz、60Hz……1000Hz。

注：FREQ输入的是任意的频率点，FREQ1输入的是线性分布的频率点，FREQ2输入的是对数分布的频率点，FREQ4可以加密共振点处的分析频率分布。

6. 创建模态分析方法

按Ctrl+F，输入eigrl，确定，在eigrl载荷集中的V2上填入2000。这表明模态分析的频率上限为2000Hz，因为模态截断的频率需要是激励频率的2倍以上。

7. 创建模态阻尼

按Ctrl+F，输入tabdmp1，确定，在阻尼表中输入0，0.02和1000，0.02。表明模态阻尼为0.02。

8. 创建模态分析步

创建分析步，命名为modal。分析类型选择正则模态，在SPC处选择spc载荷集，在METHOD(STRUCT)处选择eigrl。在label处填入modal。

注：label的值会在后处理中用到，填入modal可以在后处理结果中看到subcase1的名称就是modal。下文中也是如此。

9. 创建频响分析步

创建分析步，命名为freq_resp。在分析类型处选择Freq.resp(modal)，在SPC处选择spc载荷集，在DLOAD处选择rload2，在METHOD(STRUCT)处选择eigrl，在FREQ处选择freqi，在SDAMPING(STRUCT)处选择tabdmp1。在label处填入freq_resp。

10. 创建节点集合

创建一个set来放置需要输出信息的节点。节点选择前面显示编号的3、4、65号节点。

11. 创建输出参数

按Ctrl+F输入global_output_request，确定，勾选位移和加速度，在加速度的OPTION中选择SID，然后选择之前创建的节点集合。在位移的OPTION中选择ALL。表明输出节点集合处的加速度和模型的所有节点位移。

创建PARAM卡片，将AUTOSPC选为NO，将EFFMASS选为YES。在之前模态分析的文章中已有叙述过。

12. 提交计算并查看结果

将文件导出fem文件，用OptiStruct打开，计算，得到结果如下：

第1阶主频很小，这是由于模型单边简支，存在一个绕简支边的旋转自由度，所以第1阶模态为刚体模态。