ANSYS谱分析.doc

4.1谱分析的定义 谱分析是一种将模态分析的结果与一个已知的谱联系起来计算模型的位移和应力的分析技术。谱分析替代时间历程分析，主要用于确定结构对随机载荷或随时间变化载荷(如地震、风载、海洋波浪、喷气发动机推力、火箭发动机振动等等)的动力响应情况。4.2什么是谱 谱是谱值与频率的关系曲线，它反映了时间历程载荷的强度和频率信息。ANSYS的谱分析有三种类型：响应谱分析单点响应谱（Single-pointResponseSpectrum，SPRS）多点响应谱（Multi-pointResponseSpectrum，MPRS）动力设计分析方法（DynamicDesignAnalysisMethod，DDAM）功率谱密度（PowerSpectralDensity，PSD）在ANSYS/Professional产品中只提供单点响应谱方法。4.2.1响应谱分析 一个响应谱代表单自由度系统对一个时间历程载荷函数的响应，它是一个响应与频率的关系曲线，其中响应可以是位移、速度、加速度、力等。响应谱又分为如下两种形式：4.2.1.1单点响应谱 在模型的一个点集上定义一条(或一族)响应谱曲线，例如在所有支撑处，图4-1（a）所示。ANSYS/LinearPlusprogram中只能进行单点响应谱分析。4.2.1.2多点响应谱 在模型的不同点集上定义不同的响应谱曲线，图4-1（b）所示。图4-1单点响应谱和多点响应谱4.2.2动力设计分析方法 该法是一种用于分析船用装备抗振性的技术，它所使用的谱是从美国海军研究实验室报告(NRL1396)中一系列经验公式和振动设计表得来的。4.2.3功率谱密度 功率谱密度谱是一种概率统计方法，是对随机变量均方值的量度。一般用于随机振动分析，连续瞬态响应只能通过概率分布函数进行描述，即出现某水平响应所对应的概率。功率谱密度是结构在随机动态载荷激励下响应的统计结果，是一条功率谱密度值频率值的关系曲线，其中功率谱密度可以是位移功率谱密度、速度功率谱密度、加速度功率谱密度、力功率谱密度等形式。数学上，功率谱密度值频率值的关系曲线下的面积就是方差，即响应标准偏差的平方值。与响应谱分析相似，随机振动分析也可以是单点的或多点的。在单点随机振动分析时，要求在结构的一个点集上指定一个功率谱密度谱；在多点随机振动分析时，则要求在模型的不同点集上指定不同的功率谱密度谱。4.2.4确定性分析与概率分析 响应谱和动力设计分析方法都是定量分析技术，因为分析的输入输出数据都是实际的最大值。但是，随机振动分析是一种定性分析技术，分析的输入输出数据都只代表它们在确定概率下的可能性发生水平。4.3谱分析使用的命令 建立有限元模型和执行谱分析所使用的命令与其它有限元分析完全一样。同样，无论进行那种分析都可选用相似的GUI操作进行建模和求解。本章节后的“谱分析例题（GUI交互方法和命令与批处理方法）”，讲述在GUI和命令环境下进行谱分析过程。如果要更详细地了解ANSYS的命令，参看ANSYS命令参考手册。下面将详细地探讨两种常用的谱分析方法-单点响应谱（SPRS）和随机振动（PSD）。动力设计方法（DDAM）和多点响应谱（MPRS）分析将简单地讨论与前两种分析步骤的不同点。4.4单点响应谱(SPRS)分析步骤 单点响应谱分析有如下五个步骤：1.建造模型；2.获得模态解；3.获得谱解；4.扩展模态；5.合并模态；6.观察结果。结构的振型和固有频率是谱分析所必须的数据，因此要先进行模态分析。另外，在扩展模态时，只需扩展到对最后进行谱分析有影响的模态就可以。4.4.1建造模型 该步与其它分析类型建立模型的过程相似，即定义工作名、分析的标题、单元类型、单元实常数、材料性质、模型几何形状等。注意以下两点：只有线性行为在谱分析中才是有效的。任何非线性单元均作为线性处理。如果含有接触单元，那么它们的刚度始终是初始刚度，不再改变；必须定义材料弹性模量（EX）（或其他形式的刚度）和密度（DENS）。材料的任何非线性将被忽略，但允许材料特性是线性的、各向同性或各向异性以及随温度变化或不随温度变化。4.4.2获得模态解 结构的模态解（固有频率和振型）是计算谱解所必须的。模态分析的具体过程在模态分析中已经阐述过，这里还需注意以下几点：使用BlockLanczos法（缺省）、子空间法或缩减法提取模态。非对称法、阻尼法、QR阻尼法以及PowerDynamics法对下一步谱分析是无效的；所提取的模态数目应足以表征在感兴趣的频率范围内结构所具有的响应；如果使用GUI交互式方法进行分析，模态分析设置MODOPT对话框的扩展模态选项置为NO状态，那么模态计算时将不进行模态扩展，但是可以选择地扩展模态（参看MXPAND命令的SIGNIF输入项的用法）。否则，将扩展模态选项置为YES状态。材料相关阻尼必须在模态分析中进行指定；必须在施加激励谱的位置添加自由度约束；求解结束后退出SOLUTION处理器。4.4.3获得谱解 1.进入求解器(/SOLU命令)命令：/SOLUGUI:MainMenuSolution2.定义分析类型及分析选项ANSYS提供下表所示谱分析选项：表4.1分析类型及分析选项选项 命令 GUI 路径 新分析ANTYPE MainMenuSolution-AnalysisType-NewAnalysis 分析类型:谱分析ANTYPE MainMenuSolution-AnalysisType-NewAnalysis 谱分析类型:SPRSSPOPT MainMenuSolutionAnalysisOption 求解所需的扩展模态数SPOPT MainMenuSolutionAnalysisOption 选择新分析(ANTYPE命令)只能选择新分析(NewAnalysis)。选择分析类型(ANTYPE命令)选择谱分析作为分析类型。选择谱分析类型(SPOPT命令)选择单点响应谱(SPRS)分析。定义求解所需的扩展模态数(SPOPT命令)选择足够的扩展模态数，使足以覆盖谱所决定的频率范围，并足够表征结构的响应特性。求解的精度取决于所使用的模态数：数值越大，精度越高。如果要计算单元应力，SPOPT命令选项必须置为YES状态。3.定义载荷步选项。对单点响应谱分析而言，下面的选项是有效的：表4.2载荷步选项选项 命令 GUI 路径 谱选项 响应谱类型SVTYPMainMenuSolution-LoadStepOpts-Spectrum-Single-Point-Settings 激励方向SEDMainMenuSolution-LoadStepOpts-Spectrum-Single-Point-Settings 谱值-频率曲线FREQ,SVMainMenuSolution-LoadStepOpts-Spectrum-Single-Point-FreqTable/SpectrValues 阻尼（动力选项） b(刚度)阻尼BETADMainMenuSolution-LoadStepOpts-Time/FrequencDamping 恒定阻尼比BETADMainMenuSolution-LoadStepOpts-Time/FrequencDamping 模态阻尼MDAMPMainMenuSolution-LoadStepOpts-Time/FrequencDamping 响应谱的类型SVTYPE谱的类型可以是位移、速度、加速度、力或PSD。除了力谱以外，所有谱都是地震谱，亦即它们都是假定作用于结构的基础上。力谱用F或FK命令定义于非基础节点上，方向通过FX、FY和FZ方向指定。PSD谱SVTYPE,4在内部被转换成位移响应谱并被限定为平面窄带谱。更完整的随机振动分析参见“随机振动分析”章节。激励方向SED谱值与频率的关系曲线FREQ,SVSV和FREQ命令用于定义谱曲线，可定义一系列不同阻尼比的谱曲线。用STAT命令列表显示当前谱曲线的对应值。还可以用ROCK命令定义摆动谱。阻尼选项(动力分析选项)如果指定多种阻尼，ANSYS程序将计算出对应每个频率的有效阻尼比。接着，对谱曲线取对数计算出与该有效阻尼比对应的谱值。如果不指定任何阻尼，程序将自动选用阻尼最低的谱曲线。有关各种阻尼的详细介绍参见瞬态动力学分析“阻尼”一节。可以选用的阻尼有如下几种：1)b(刚度)阻尼BETAD定义频率相关阻尼比。2)恒定阻尼比DMPRAT指定在所有频率上具有。恒定的阻尼比3)模态阻尼MDAMP注意：材料相关阻尼比(MP,DAMP 命令) 可以选用，但只局限于模态分析。MP,DAMP 命令还可以指定材料相关的恒定阻尼比（不是其它分析中选用的材料相关刚度阻尼）。 4.开始求解计算Command:SOLVE GUI:MainMenuSolution-Solve-CurrentLS求解的输出结果包括参与系数表。作为打印输出的一部分，参与系数表列出了参与系数、(基于最低阻尼比的)模态系数以及每阶模态的质量分布。模态系数乘以振型就是每阶模态的最大响应。用*GET命令提取模态系数后，将其作为SET命令中的一个比例系数来完成这个过程。5.若要获得更多的响应谱解，只要重复3、4步即可。注意：这时的求解结果不要写进原来的结果文件。6.退出求解器Command:FINISH GUI:退出求解器。4.4.4扩展模态 1.将“ExpansionPassdialogbox”对话框中的扩展模态选项（expansionpassoption）设置为YES。Command:EXPAND GUI:MainMenuSolutionNewAnalysis-Modal-Expansionpass-OnL.S.Opt-ExpansionPassSingleExpand-Modal-ExpandModes2无论使用BlockLanczos法、子空间法还是缩减法，都必须进行模态扩展。关于模态扩展，在动力学分析指南模态分析部分中作为独立的求解过程有详细讲述。另外，还需注意以下几点：只选择重要的模态进行扩展（参见MXPAND命令的SIGNIF项的用法）。如果使用GUI交互方法进行模态扩展操作，那么在模态分析阶段应将modalanalysisoptions对话框MODOPT中的modeexpansion选项设置为NO，以便把模态扩展作为一个独立的求解过程，并放在谱分析完成之后进行；只有扩展模态才能在以后的模态合并过程中进行模态合并操作；如果对谱所产生的应力感兴趣，这时必须进行应力计算。在缺省情况下，模态扩展过程是不包含应力计算的，同时意味着谱分析将不包含应力结果数据。如果需要扩展所有模态，只要在模态求解过程中执行MXPAND命令，就同时进行模态扩展过程。如果使用GUI交互方法，并想扩展所有模态，那么在模态分析阶段应将modalanalysisoptions对话框（MODOPT命令）中的modeexpansion选项设置为YES。如果只想扩展有明显意义的模态，就必须将模态扩展作为一个独立求解过程放在谱分析之后进行。注意：即使进行模态扩展分析，模态分析解都将写进结果文件（Jobname.RST ） 4.4.5合并模态 合并模态作为一个独立的求解阶段，包括以下步骤：1.进入求解器Command:/SOLU GUI:MainMenuSolution2.指定分析类型Command:ANTYPE GUI:MainMenuSolutionNewAnalysis选项：NewAnalysis （ANTYPE命令）：选择新分析。选项：AnalysisType：Spectrum（ANTYPE命令）：选择谱分析。3.选择模态合并方法对于单点响应谱分析，ANSYS提供了五种模态合并方法：1)SRSS法（SquareRootofSumofSquares）2)CQC法（CompleteQuadraticCombination）3)DSUM法(DoubleSum）4)GRP法（Grouping）5)NRLSUM法（NavamResearchLaboratorySum，NRLSUM）其中，NRLSUM法是DDAM谱分析中的典型方法。下列是选用不同模态合并方法的命令：Command:SRSSCQCDSUMGRPNRLSUMGUI:MainMenuSolutionNewAnalysisSpectrumAnalysisOpts-SPRSLoadStepOpts-SpectrumSpectrum-SinglePoint-ModeCombin这些命令允许下面三种类型的响应计算：位移（displacement，Label=DISP）：位移、应力和载荷等。速度（Velocity，Label=VELO）：速度、应力速度和力速度。加速度（Acceleration，Label=ACEL）：加速度、应力加速度和力加速度等。DSUM法也允许输入地震谱或冲击谱的延续时间。注意：CQC 法必须定义阻尼。另外，使用了材料相关阻尼（MP,DAMP,. ），在模态扩展时就必须计算单元结果( 第四步：扩展模态) （MXPAND 命令中Elcalc 选项设置为YES ）。 4.开始求解Command:SOLVE GUI:MainMenuSolution-Solve-CurrentLS模态合并时将建立一个POST1命令文件（Jobname.MCOM）。读入这个文件，POST1命令文件将利用模态扩展的结果文件（Jobname.RST）进行模态合并。文件Jobname.MCOM包含有POST1命令，它们将按指定模态合并方法计算出结构的总响应，获得最大的模态响应。模态合并方法决定了结构模态响应的合并方式：对于位移响应（Label=DISP），将合并每阶模态的位移和应力；对于速度响应（Label=VELO），将合并每阶模态的速度和应力速度；对于加速度响应（Label=ACEL），将合并每阶模态的加速度和应力加速度。5.退出求解器Command:FINISH GUI:退出求解器。注意：只要打开模态合并命令（SRSS 、CQC 、GRP 、DSUM 和NRLSUM ）的VELO 或ACEL 选项，对位移求解结果进行后处理，再重复模态合并过程，就可以得到除了位移结果之外的速度或加速度计算结果。 4.4.6观察结果 单点响应谱分析的结果是以POST1命令的形式写入模态合并文件(Jobname.MCOM)中的,这些命令依据(模态合并方法指定的)某种方式合并最大模态响应，最终计算出结构的总响应。总响应包括总的位移（或总速度，或总加速度）以及在模态扩展过程中得到结果-总应力（或总应力速度，或总应力加速度）、总应变（或总应变速度，或总应变加速度）、总的反作用力（或总反作用力速度，或总反作用力加速度）。使用POST1后处理器观察结果。注意：如果要利用结果文件直接合并衍生应力（S1 、S2 、S3 、SEQV 和SI ），先读入文件Jobname.MCOM ，再执行SUMTYPE ，PRIN 命令。SUMTYPE ，COMP 命令是缺省命令，只能直接处理单元非平均组合应力，以及计算这些应力的衍生数据。关于SUMTYPE 命令，请参见动力学分析指南- 瞬态动力学分析的“创建和合并载荷工况”一节。 1.读入Jobname.MCOM文件（/INPUT命令）Command:/INPUT GUI:UtilityMenuFileReadFrom例如：执行下面的/INPUT 命令：/INPUT,FILE,ECOM!AssumesthedefaultjobnameFILE 2.显示结果1)显示变形形状(PLDISP命令)Command:PLDISP GUI:MainMenuGeneralPostprocPlotResultsDeformedShaped2)等值线显示Command:PLNSOL 或PLESOLGUI:MainMenuGeneralPostprocPlotResultsContourPlot-NodalSolu或ElementSolu使用PLNSOL或PLESOL命令以等值线形式几乎能够显示任意结果项，如：应力（SX、SY、SZ）、应变（EPELX、EPELY、EPELZ）和位移（UX、UY、UZ）。如果在此之前执行过SUMTYPE命令，PLNSOL或PLESOL命令的显示结果将受到SUMTYPE命令设置的影响（SUMTYPE，COMP或SUMTYPE，PRIN）。使用PLETAB命令能以等值线形式显示单元表数据，用PLLS命令能显示线单元数据。注意：使用PLNSOL 命令将衍生数据（如应力和应变）进行节点平均化处理，导致不同材料、不同壳厚度或其它不连续性单元共有的节点平均解意义十分模糊。为了避免这种问题，在执行PLNSOL 命令前先使用SELECTING 选择工具将具有相同材料、相同壳体厚度等单元选择出来，再分别执行PLNSOL 命令进行节点平均化处理。 3)向量显示（PLVECT命令）Command:PLVECT GUI:MainMenuGeneralPostprocPlotResultsVectorPlot-Predefined 4)列表显示Command:PRNSOL （nodalresults）PRESOL （element-by-elementresults）PRRSOL （reactiondata）GUI:MainMenuGeneralPostprocListResultsNodalSolutionMainMenuGeneralPostprocListResultsElementSolutionMainMenuGeneralPostprocListResultsReactionSolution5)其它后处理功能在POST1后处理器中，还有诸如提取指定路径上的应力分布、将结果转化到不同的坐标系以及对载荷工况进行组合等功能可以使用。具体操作细节参见动力学分析指南-瞬态动力学分析。以上六个步骤系统描述了进行单点响应谱分析的具体过程。如果采用批处理方式进行单点响应谱分析，还应注意以下两点：补上谱载荷的定义命令（SV、SVTYPE、SED和FREQ命令）后，上面的第二步和第三步（即模态求解和求得谱解过程）可以合并到模态分析求解（ANTYPE，MODAL）过程中去。补上模态合并命令后，上面的第四步和第五步（即模态扩展和模态合并求解过程）可以合并到模态分析求解（ANTYPE，MODAL且EXPASS，ON）过程中去4.4.7典型的单点响应谱分析命令流 /PREP7/TITLESeismicResponseofaBeamStructureET,1,BEAM3R,1,273.9726,(1000/3),14!A=273.9726,I=(1000/3),H=14MP,EX,1,30E6MP,DENS,1,73E-5K,1K,2,240L,1,2ESIZE,40LMESH,1NSEL,S,LOC,X,0D,ALL,UYNSEL,S,LOC,X,240D,ALL,UX,UYNSEL,ALLFINISH/SOLUANTYPE,MODAL!Mode-frequencyanalysisMODOPT,SUBS,10!Subspaceiteration,Extract10modeshapesSOLVEFINISH/SOLUANTYPE,SPECTR!SpectrumanalysisSPOPT,SPRS,10,YES!SinglepointspectrumSED,1!GlobalY-axisasspectrumdirectionSVTYPE,3!SeismicdisplacementspectrumFREQ,.1,800!FrequencypointsforSVvs.freq.tableSV,.44,.44!SpectrumvaluesassociatedwithfrequencypointsSOLVEFINISH/SOLUANTYPE,MODAL!Mode-frequencyanalysisEXPASS,ONMXPAND,10,YES,0.005!Expand10modeshapes,calculateelementstresses!setsignif=0.005SOLVEFINISH/SOLUANTYPE,SPECTRSRSS,0.15,DISP!SquareRootofSumofSquaresModecombination!withsignif=0.15anddisplacementsolutionrequestedSOLVEFINISH/POST1SET,LIST/INP,mcomPRNSOL,DOF!PrintnodalsolutionPRESOL,ELEM!PrintelementsolutioninelementformatPRRSOL,F!PrintreactionsolutionFINISH4.5随机振动(PSD)分析步骤 PSD分析包括如下六个步骤：1建造模型；2求得模态解；3扩展模态；4获得谱解；5合并模态；6观察结果。以上六步中，前两步跟单点响应谱分析一样，后四步将在下面作详细讲解。ANSYS/Professional产品中不能进行随机振动分析。如果选用GUI交互方法进行分析，模态分析选择对话框（MODOPT命令）中包含有是否进行模态扩展选项（MXPAND命令），将其设置为YES就可以进行下面的：扩展模态。这样，第二步（求得模态解）和第三步（扩展模态）就合并到一个步骤中进行计算。4.5.1扩展模态 无论选用子空间法、BlockLanczos法还是缩减法，都必须进行模态扩展。关于模态扩展，动力学分析指南模态分析部分“扩展模态”一节有详细讲述。另外还需注意以下几点：只有扩展后的模态才能在以后的模态合并过程中进行模态合并操作；如果对谱所产生的应力感兴趣，这时必须进行应力计算。在缺省情况下，模态扩展过程是不包含应力计算的，这同时意味着谱分析将不包含应力结果数据。模态扩展可以作为一个独立的求解过程，也可以放在模态分析阶段；在模态扩展结束之后，应执行FINISH命令退出求解器（SOLUTION）。正如动力学分析指南模态分析部分中讲述的那样，在进行模态分析时执行MXPAND命令就可以将模态求解和模态扩展合并成一步（GUI交互方法和批处理方法）。4.5.2获得谱解 功率谱密度谱求解时，系统数据库必须包含模态分析结果数据，以及模态求解获得的下列文件：Jobname.MODE、Jobname.ESAV、Jobname.EMAT、Jobname.FULL（仅子空间法和BlockLanczos法有）和Jobname.RST。1.进入求解器(/SOLU命令)Command:/SOLUGUI:MainMenuSolution 2.定义分析类型和分析选项对于谱分析类型(SPOPT命令)，选择功率谱密度(PSD)；若对应力结果感兴趣，则打开应力计算开关(SPOPT命令设置为ON)。只有在扩展模态过程中要求过计算应力，这时才能计算由谱引起的应力。3.定义载荷步选项。下面的选项适用于随机振动：谱数据功率谱密度（PSD）类型Command:PSDUNITGUI:MainMenuSolutionSpectrum-PSD-Settings功率谱密度类型可以是位移、速度、力、压力或加速度。在后面的第4.步和第5.步中将指定是基础激励还是节点激励。如果施加压力功率谱密度，则应在模态分析时就施加压力。定义功率谱密度频率二维表Command:PSDFREQ,PSDVALGUI:MainMenuSolutionSpectrum-PSD-PSDvsFreqMainMenuSolutionSpectrum-PSD-GraphTablesPSDFEQ和PSDVAL命令是用来定义功率谱密度频率二维表。第6.步将描述其它功率谱密度激励的施加方法。执行STAT命令可以显示功率谱密度表。阻尼（动力特性选项）这里可以指定下列种类的阻尼：a阻尼（ALPHD命令）、b阻尼（BETAD命令）、恒定阻尼比（DMPRAT命令）和频率相关阻尼比（MDAMP命令）。注意，恒定阻尼比是利用DMPRAT命令指定给所有频率的。如果定义了多种阻尼，ANSYS将计算出对应每一频率的有效阻尼比。注意：若在PSD 分析中没有定义阻尼，即缺省时将使用1 的DMPRAT 。 Alpha（质量）阻尼Command:ALPHDGUI:MainMenuSolutionLoadStepOptsTime/FrequenceDampingBeta（刚度）阻尼Command:BETADGUI:MainMenuSolutionLoadStepOptsTime/FrequenceDamping恒定阻尼比Command:DMPRATGUI:MainMenuSolutionLoadStepOptsTime/FrequenceDamping频率相关阻尼比Command:MDAMPGUI:MainMenuSolutionLoadStepOptsTime/FrequenceDamping下面是随机振动分析的步骤：4.在节点上施加功率谱密度（PSD）激励当指定值1.0时，该节点就施加功率谱密度激励。反之，指定值0.0(或空值)时，该节点的功率谱密度激励将被删除。激励的方向由D命令(施加基础激励)中UX、UY、UZ的符号或者F命令(施加节点激励)中FX、FY、FZ的符号来决定。对于节点激励，非1.0的值充当激励缩放系数。对于压力功率谱密度，引入模态分析中生成的载荷向量(LVSCALE命令)，也可以使用缩放系数。注意，基础激励只能施加在模态分析中施加有约束的节点上。 Command:D、DK、DL或DA（施加基础激励）F或FK（施加节点激励）LVSCALE（施加压力PSD）GUI:MainMenuSolution-Loads-Apply-BasePSDExcit-OnNodes5.开始计算上述PSD激励缩放系数在PFACT命令的TBLNO域指定选用哪一个PSD表，Excit域指定是对基础激励还是节点激励的计算。Command:PFACTGUI:MainMenuSolution-LoadStepOptsSpectrum-PSD-CalculatePF6.定义其它PSD激励如果同一模型上有多个PSD激励，就按每一个功率谱密度表重复上面第3、4和5步的过程。然后根据实际情况确定各激励间的相关程度，恰当地选用下列命令：Command:COVAL（共谱值）QDVAL（二次谱值）PSDSPL（空间关系）PSDWAV（波传播关系）GUI:MainMenuSolution-LoadStepOptsSpectrum-PSD-Correlation在使用PSDSPL或PSDWAV命令时，PFACT命令的Parcor域分别设置为SPATIAL或WAVE。对于多点基础激励，由于PSDSPL和PSDWAV间的关系可能会大大增加CPU的计算量。在使用PSDSPL和PSDWAV命令（例如，FY不能施加到一个节点而FZ施加到另外一个节点）时，节点激励和基础激励输入必须是一致的。PSDSPL和PSDWAV命令不能用于压力PSD分析。7.设置输出控制项该分析只有一条输出控制命令PSDRES，它定义写入结果文件的输出数据的数量和格式。可以计算出三种结果数据：位移解、速度解、或加速度解，每一种解都可以是绝对值或对于基准值的相对值。Command:PSDRESGUI:MainMenuSolution-LoadStepOptsSpectrum-PSD-CalcControls下表列出了所有可以获得的分析结果。为了限制输入到结果文件的数据量，在模态扩展过程中执行OUTRES命令进行控制。执行命令OUTPR,NSOL,ALL将显示重要的模态方协差项的总列表。PSD分析结果数据列表求解类别项目类型位移求解（PSDRES命令中LABEL项为DISP）位移、应力、应变和力相对、绝对或都不是速度求解（PSDRES命令中LABEL项为VELO）速度、应力速度和力速度等相对、绝对或都不是加速度求解（PSDRES命令中LABEL项为ACEL）加速度、应力加速度和力加速度等相对、绝对或都不是8.开始求解计算(SOLVE命令)Command:SOLVEGUI:MainMenuSolutionCurrentLS9.退出求解器(FINISH命令)Command:FINISHGUI:退出求解器4.5.3合并模态 在求解过程中，模态合并可以作为独立步骤，其基本过程如下：1.进入求解器Command:/SOLU GUI:MainMenuSolution2.指定分析类型Command:ANTYPE GUI:MainMenuSolutionNewAnalysis 选项：NewAnalysis （ANTYPE命令）选择新的分析。选项：AnalysisType：Spectrum（ANTYPE命令）选择谱分析。3.选择模态合并方法在随机振动中，只有PSD模态合并方法。该方法将计算结构中的1s位移、应力等。如果没有执行PSDCOM命令，程序将不计算结构的1s响应。Command:PSDCOM GUI:MainMenuSolution-LoadStepOpts-SpectrumPSD-ModeCombinPSD模态合并方法（PSDCOM命令）中的SIGNIF和COMODE选项指定参加模态合并的数目（PSDCOM命令）。如果检验这两个选项，记住打印第四步（获得谱解）中模态协方差矩阵，研究趋向于最终结果的模态的相对分布。4.开始求解Command:SOLVE GUI:MainMenuSolution-Solve-CurrentLS 5.退出求解器Command:FINISH GUI:退出求解器。4.5.4观察结果 随机振动分析的结果都写入结果文件Jobname.RST，它包括如下信息：1.模态分析结果中的扩展模态形状；2.基础激励静力解(PFACT,BASE命令)；3.如果要求进行模态合并(PSDCOM命令)，并且是利用PSDRES命令设置的，那么就有下列输出信息：1s位移解(位移、应力、应变、力)；1s速度解(速度、应力速度、应变速度、力速度)；1s加速度解(加速度、应力加速度、应变加速度、力加速度)。先在POST1后处理器中观察上述信息，然后在POST26处理器中计算响应PSD。4.5.4.1在POST1后处理器中观察结果 在观察结果之前，先要了解结果文件中结果数据结构，如下表所示。注意：如果只定义了节点PSD 激励，第2 载荷步的结果将是空的。同样，如果用PSDRES 命令放弃了位移、速度或加速度的求解, 对应的载荷步也将是空的。在功率谱密度分析时，将不生成载荷步3 、4 或5 中超单元位移文件（.DSUM ）。 PSD分析结果数据组织结构载荷步子步内容1123等第1阶模态的扩展了的模态解第2阶模态的扩展了的模态解第3阶模态的扩展了的模态解等等212等第1个PSD表的单位静态解第2个PSD表的单位静态解等等311s位移解411s速度解(如果要求了的话)511s加速度解(如果要求了的话)POST1后处理器中观察结果的步骤：1用SET命令将想要观察的结果数据读入数据库。例如，要读入1s位移解，执行命令：Command:SETGUI:MainMenuGeneralPostproc-ReadResults-FirstSet 2显示结果。使用SPRS分析中相同的选项来显示结果。注意：在随机振动分析中， 应力 并不是实际的应力而是应力的统计值，由PLNSOL 命令显示的节点平均应力可能是不合理的。 4.5.4.2在POST26中计算响应PSDs 已有了Jobname.RST和Jobname.PSD文件，用户就可以计算并显示响应PSDs结果文件中的任何信息（位移、速度和加速度）。计算响应PSDs的步骤：1.进入时间历程后处理器Command:/POST26GUI:MainMenuTimeHistPostPro2.存储频率向量。NPTS是加在固有频率两边以使得频率向量变得平滑的频率点的数目(缺省值是5)。频率向量保存为1。Command:STORE,PSD,NPTSGUI:MainMenuTimeHistPostProStoreData 3.定义保存感兴趣结果（位移、应力和反力等）的变量Command:NSOL,ESOL,和/或RFORCEGUI:MainMenuTimeHistPostProDefineVariables4.计算响应PSD并将其保存到一个指定变量，然后可用PLVAR命令来显示响应PSD。Command:RPSDGUI:MainMenuTimeHistPostProCalcRespPSD 4.5.4.3在POST26中计算协方差 用户可以计算结果文件中任意两个量(位移、速度和/或加速度)之间的协方差：1.进入时间历程后处理器/POST26Command:/POST26GUI:MainMenuTimeHistPostPro2.定义保存感兴趣结果(位移、应力和反力等)的变量Command:NSOL,ESOL,和/或RFORCEGUI:MainMenuTimeHistPostProDefineVariables3.计算每一个响应分量(相对或绝对响应)的大小，并保存到指定的对应变量中。然后，可以利用PLVAR命令来绘制伴（相对的）模态分布图，同时包含准静态和对总体协方差响应混合部分的分布。Command:CVARGUI:MainMenuTimeHistPostProCalcCovariance 4.获得协方差。Command:*GET,NameVARI,n,EXTREM,CVARGUI:UtilityMenuParametersGetScalarData 4.5.5典型的PSD分析命令流 !BuildtheModel/FILNAM,!Jobname/TITLE,!Title/PREP7!EnterPREP7.!Generatemodel.FINISH!ObtaintheModalSolution/SOLU!EnterSOLUTIONANTYPE,MODAL!ModalanalysisMODOPT,REDU!ReducedmethodM,.!MasterDOFTOTAL,.D,.!ConstraintsSAVESOLVE!InitiatessolutionFINISH!ExpandtheModes/SOLU!Re-enterSOLUTIONEXPASS,ON!ExpansionpassMXPAND,.!NumberofmodestoexpandSOLVEFINISH!ObtaintheSpectrumSolution/SOLU!Re-enterSOLUTIONANTYPE,SPECTR!SpectrumanalysisSPOPT,PSD,.!PowerSpectralDensity;No.ofmodes;!Stresscalcs.on/offPSDUNIT,.!TypeofspectrumPSDFRQ,.!Frequencypts.(forspectrumvaluesvs.!frequencytables)PSDVAL,.!SpectrumvaluesDMPRAT,.!DampingratioD,0!BaseexcitationPFACT,.!CalculateparticipationfactorsPSDRES,.!OutputcontrolsSAVESOLVEFINISH!CombinemodesusingPSDmethod/SOLU!Re-enterSOLUTIONANTYPE,SPECTR!SpectrumanalysisPSDCOM,SIGNIF,COMODE!PSDmodecombinationswithsignificancefactorand!optionforselectingasubsetofmodesfor!combinationSOLVEFINISH!ReviewtheResults/POST1!EnterPOST1SET,.!Readresultsfromappropriateloadstep,substep.!Postprocessasdesired.!(PLDISP;PLNSOL;NSORT;PRNSOL;etc.).FINISH!CalculateResponsePSD/POST26!EnterPOST26STORE,PSD!Storefrequencyvector(variable1)NSOL,2,.!Definevariable2(nodaldata)RPSD,3,2,.!CalculateresponsePSD(variable3)PLVAR,3!PlottheresponsePSD.!CalculateCovarianceRESET!ResetallPOST26specificationstoinitialdefaults.NSOL,2!Definevariable2(nodaldata).NSOL,3!Definevariable3(nodaldata).CVAR,4,2,3,1,1!Calculatecovariancebetweendisplacement!atnodes2and3.*GET,CVAR23U,VARI,4,EXREME,CVAR!Obtaincovariance.FINISH4.6随机振动分析结果应用 4.6.1随机振动结果与失效计算 随机振动的计算结果（rms,averagefrequence等）是各种失效计算的基础。这里仅仅就如何利用随机振动分析结果作出一些讨论，并不代表所有。假定所有随机过程为正态（高斯）平稳随机过程，确定失效的重要统计参数是均值(mean)、均方根（rms）和平均频率（averagefrequency）。在ANSYS中，PSD分析均假定均值为零。失效一般分成两类：一类是可逆的（随着激励的撤消而失效消失），如真空管、激光瞄准器和水晶激发器；第二类是不可逆的（随着激励的撤消而失效仍然存在），如结构件的断裂和机器零部件的疲劳破坏。一般情况下，振动越厉害，失效发生的可能性就越大。在随机工作状态下，至少存在三种失效方式：（1）一次失效，即研究对象的某物理量在工作时的数值第一次达到确定水平时就会出现失效。例如，当应力达到一定水平时，结构可能发生延展