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一个经典的PSD随机振动有限元分析实例

2018-6-8 16:44| 发布者: weixin| 查看: 1222| 评论: 0|原作者: weixin|来自: 声振之家公众号

摘要: 本文详细的介绍一个PSD随机振动有限元分析
  导语:
  南理工Alex-dreamer制作PSD:可以相互传阅学习,但是鄙视那些拿着别人成果随意买卖。

  PSD随机振动应用领域很广,比如雷达天线,飞机,桥梁,天平,地面,等等行业。虽然现在对这方面公开资料很少,但是我相信以后会越来越多,发展的越来越成熟。学术的浪潮总体是向前的,不会因为几个大牛保密自己的成果就会阻止我们对PSD研究,因此结合我的经验和爱好,我研究了一下两种PSD加载分析。我标价的原则是含金量大小和花费我的时间以及我的经验值,如果你觉得值,就买;不值就不要下了。因为我始终认为:士为知己者死,女为悦己者容。算是互相尊重。如果你得到这份资料,那就祝你好运!

  一、目的
  根据abaqus爱好者提出的PSD随机振动分析,提出功率谱如何定义及如何加载?如果功率谱是加速度的平方,如何加载?如果在输入点施加载荷功率谱如何定义?本文将给出详细的分析过程。

  二、随机振动基本概念

  1、随机振动的输入量和输出量都是概率统计值,因此存在不确定性。输入量为PSD(功率谱密度)曲线,分为加速度、速度、位移或者力的PSD曲线;最常见的是加速度PSD,常用语BASE MOTION基础约束加载。


  2、随机振动的响应符合正态分布,PSD实际上是随机变量的能量分布,也就是在不同频率上的方差值,反映不同频率处的振动能量,PSD曲线所围成的面积是随机变量总响应的方差值。


  3、RMS为随机变量的标准方差,将PSD曲线包络面积开平方即为RMS。


  4、随机振动输出的位移、应力、应变等值都是对应不同频率的方差值(即PSD值),量纲为x^2,当然也可以输出这些变量的均方根值(即RMS值);abaqus6.10以上版本可以直接在场变量里面输出设置。见下文。


  5、如果是单个激励源,定义为非相关性分析,如是多个激励源,则需要定义相关性参数。因此出现type=uncorrelated。


  三、模型简介

       1 、该模型很简单,是hypermesh中一个双孔模型。


  2、网格划分在hypermesh中完成,保证了雅克比>0.7以及网格其它质量的要求。网格与几何具有较高的吻合度。


  3、方案1(对应connect模型):在上方两个孔采用全约束方式,且加载的功率谱PSD密度是加速度功率谱,也就是说基于BASE基础约束,进行随机振动PSD分析。结果分析底部孔处某节点的结果响应。


  4、方案2(对应connect模型):在底部圆孔施加载荷force类型的功率谱PSD,与前者不同的是,这个不是基础施加PSD,而上某输入位置施加PSD。


  5、重点和难点见一下详细介绍。


  四、建模和导入在此略去。
  1、导入模型
1.png
  Fig 1 导入网格模型

  2、分析布定义以及设置
  第一步先进行频率提取分析,这里提取前20阶模态。采用lanczos法。
  第二步进行随机振动分析布设置,低频5Hz开始,高频2000Hz截至。
  Damping设置:开始模态阶数:1,结束模态阶数20,阻尼0.001。
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  Fig 2 分析布设置

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  Fig 3 模态分析设置

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  Fig 4 随机振动参数设置

5.png
  Fig 5 随机振动参数设置
  3、结果输出设置
  我们关心均方根应力输出,那么输出变量是勾选RS即可。其他变量输出读者自己选择。

  4、历史变量输出
  假如我们关心底部某节点的输出。
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  Fig 6 均方根输出设置

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  Fig 7 历史输出设置

  5、边界条件设置
  对基础点进行约束,也就是我们施加PSD的位置
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  Fig 8 历史输出设置

  6、如何编辑关键字
  方案一
  Model-Edit Keywords---random_force-m
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  结果分析
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  Fig 9 应力输出

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  Fig 10 均方根应力输出

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  Fig 11加速度响应输出

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  Fig 12 输出点加速度响应输出

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  模态阶数与频率关系输出

  方案二
  这次采用指定点输入激励PSD,来研究模型响应。原节点处固定方式不变,关键字有一定差异,详见下文。
  Tip:我这里输入定义了节点集,因此引入INPUT命名。
    · 1.分析布同上;输出点我变了,读者可以随意定义
    · 2.边界条件同上
    · 3.关键字编辑(对应connect-force模型)
17.png
18.png
  结果分析
19.png
  其它输出这里就不详细分析了

  作者:南理工Alex-dreamer

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