workbench谱分析

ANSYSWorkbench梁壳结构谱分析（二）模态分析ANSYS Workbench梁壳结构谱分析（二）模态分析1 概述模态分析是动力学分析基础，如响应谱分析、随机振动分析、谐响应分析等都需要在模态分析基础上进行。

模态分析简而言之就是分析模型的固有特性，包括频率、振型等。

模态分析求解出来的频率为结构的固有频率，与外界的激励没有任何关系，不管有无外界激励，结构的固有频率都是客观存在的，它只与刚度和质量有关，质量增大，固有频率降低，刚度增大，固有频率增大。

一般情况，当外界的激励频率等于固有频率时，结构抵抗变形能力小，变形很大（产生共振原因）；当外界激励频率大于固有频率时，动刚度（动载荷力与位移之比）大，不容易变形；当外界激励频率小于固有频率时，动刚度主要表现为结构刚度；当外界激励频率为零时，动刚度等于静刚度。

2 模态分析该模型框架采用Beam188单元模拟，外表面采用Shell181单元模拟。

该结构的总重量为800kg，分析时将其他附件的质量均布在框架上。

边界条件为约束机柜与地面基础连接螺栓处的6个自由度（Remote Displacement）。

具体建模过程详见《ANSYS Workbench梁壳结构谱分析（一）梁壳建模》或点击下方阅读原文获取。

模态分析详细过程如下：（1）划分网格：单击【Mesh】，右键【Insert】=Sizing，设置【Scope】→【Geometry】=选取所有部件，【Definition】→【Type】→【Element Size】=20。

单击【Mesh】，右键【Generate Mesh】生成网格。

（2）边界条件：单击【Modal (B5)】，右键【Insert】→【Remote Displacement】，设置【Scope】→【Geometry】=分别选择框架4个立柱，并分别按照如下操作：【Definition】→【Define By】=Components，【X Component】=0mm，【YComponent】=0mm，【Z Component】=0mm，【X Remotion】=0°，【Y Remotion】=0°，【Z Remotion】=0°，其余默认。

第8章响应谱分析响应谱分析（的最大响应。

响应谱分析广泛应用于建筑的地震响应、机载电子设备的冲击载荷响应等。

通过本章的学习，读者可掌握★ 了解谱分析。

8.1谱分析概述谱分析是一种将模态分析的结构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。

它主要应用于时间历程分析，以便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）的动力响应情况，因此在进行谱分析之前必须要进行模态分析。

所谓谱，就是指谱值与频率的关系图，它表达了时间历程载荷的强度和频率。

谱分析有三种形式：响应谱分析方法、动力设计分析方法、功率谱密度方法。

响应谱分析方法又包括单点谱分析与多点谱分析两种类型。

在谱分析中只有线性行为才是有效的，任何非线性单元均作为线性处理。

如果含有接触单元，则其刚度始终是初始刚度。

进行谱分析时必须定义材料的弹性模量和密度，材料的任何非线性将被忽略，允许材料特性是线性、各向同性或各向异性、随温度变化或不随温度变化。

8.2 响应谱分析流程在ANSYS Workbench左侧工具箱中Analysis Systems下的Response Spectrum上按住鼠标左键拖动到项目管理区Modal的A6栏，即可创建响应谱分析项目，如图8-1所示。

当进入Mechanical后，单击选中分析树中的Analysis Settings即可进行分析参数的设置，如图8-2所示，在响应谱分析中不支持非线性特性。

第8章 响应谱分析图8-1 创建响应谱分析项目图8-2 响应谱分析参数设置在Mechanical 模块下，响应谱分析的步骤包括：对模型进行模态分析。

定义响应谱分析选项。

施加载荷和边界条件。

对问题进行求解。

进行结果评价和分析。

详细的设置参数在前面的章节中已经介绍过，这里不再赘述，如想深入了解相关内容，请参考前面的章节进行学习。

在响应谱分析中，加载位移约束时位移必须为0值，通常在模态分析结束后一般要查看模态分析的前几阶（一般为前六阶）固有频率和振型，然后再进行随机振动分析的设置（载荷及边界条件），响应谱分析中的载荷为加速度、速度及位移（方向激励谱），如图8-3所示。

一、工作台概述工作台是一种用于地震工程领域的专用设备，用于测试结构在地震作用下的反应性能。

工作台中的标准反应谱法是一种常用的测试方法，它能够准确地模拟地震作用下的结构响应，为工程设计提供重要参考。

二、标准反应谱法原理标准反应谱法是基于结构的地震动力分析理论，结合结构的动力特性和地震波的特征，通过计算结构在地震作用下的动态响应，得到结构的反应谱。

标准反应谱法是一种动力分析方法，它考虑了地震波在结构中的传播、能量耗散和结构的非线性特性，可以更加真实地反映结构在地震中的行为。

三、标准反应谱法的测试流程1. 参数设置：在进行标准反应谱法测试前，需要确定结构的动力特性参数，例如质量、刚度和阻尼等。

2. 地震波输入：选择合适的地震波输入作为地震作用的激励信号。

地震波的特征对于反应谱的计算结果有重要影响，因此需要根据结构所处地区的地震活动特点和设计要求进行选择。

3. 动力分析：通过数值方法进行结构的动力响应分析，计算结构在地震作用下的位移、加速度和应力等动态响应参数。

4. 反应谱求解：根据结构的动态响应结果，通过频域分析方法得到结构的反应谱。

反应谱包括加速度反应谱、速度反应谱和位移反应谱，它们能够直观地表现出结构在地震中的响应情况。

5. 结果分析：根据反应谱的结果，评估结构在地震作用下的性能，例如最大位移、最大加速度等参数，为结构的设计和加固提供依据。

四、标准反应谱法的应用1. 地震工程：在地震工程中，标准反应谱法是评估结构受地震作用的性能的重要手段。

通过进行标准反应谱法测试，可以了解结构在地震中的响应情况，评估结构的破坏风险，为结构的设计和加固提供依据。

2. 结构设计：在结构设计阶段，标准反应谱法可以用于确定结构的设计地震动参数，包括地震作用下的设计基准响应谱、地震作用下的设计加速度等参数。

这些参数是结构设计的重要依据，能够保证结构在地震中的安全性能。

3. 结构评估：对于已经建成的结构，标准反应谱法可以用于对结构的抗震性能进行评估。

ANSYS中进行地震谱分析-ANSYSWorkbench-CAE软件-沈沉C...ANSYS中进行地震谱分析转自：这几天仔细研究了如何使用ANSYS进行地震谱分析的问题。

和大家分享下，不过有些问题我也不是太明白。

大家一起讨论。

地震谱分析的步骤：•建模•模态分析，并进行模态扩展•谱分析•查看结果这几个步骤是我结合ANSYS帮助文档中的介绍和里面的实例总结出来的，应该说是可靠的。

网上有很多文章介绍地震谱分析的，但是里面有很多出入，只能靠自己的一步一步地摸索，到底哪种方式才是正解。

首先说明一下，这里的地震谱是选自GR-63-CORE中的加速度频谱值。

所以在ANSYS中应该选用单点响应谱分析，即Single-Point Response Spectrum (SPRS)。

并不是有的地方说的PSD谱分析，因为GR-63-CORE中给出的根本就不是PSD谱。

下面把求解的代码附上，供大家参考：/SOLUANTYPE,MODALMODOPT,SUBSP,10MXPAND,10,,,YES !模态扩展，求解单元结果SOLVEFINISH/SOLUANTYPE,SPECTR ! 谱分析SPOPT,SPRS ! 单点响应谱分析，SED,,,1 ! Z轴，可对另外两个轴方向重新求解SVTYP,2 ! 加速度谱FREQ,0.3,0.6,2.0,5.0,15.0,50.0 ! 频率点SV,,0.2,2.0,5.0,5.0,1.6,1.6 ! 谱值SOLVEFINISH/POST1SET,LIST ! 固有频率*GET,MC1,MODE,1,MCOEF ! 一阶频率的模态系数MC1SET,1,1,MC1PLNSOL,U,Z,1 ! 节点位移结果ETABLE,SBYB,SMISC,33PLETAB,SBYB ! 单元应力结果，这里是对Beam188单元建的单元表，其它单元需做改变验证了几个问题：•SPOPT,SPRS这就后面加不加Element calculation key选项对结果没影响，即有的地方写成SPOPT,SPRS,,YES。

A N S Y S动力分析-谱分析实例?? 谱分析实例- 工作台的响应谱分析说明：确定一个工作台在如下加速度谱作用下的位移和应力：操作指南：1. 清除数据库，读入文件table.inp 以创建模型的几何和网格。

2. 模态分析，求解15 个模态，注意选择计算单元结果。

查看前几个模态形状：3. 返回/Solution，选择新分析- 谱分析：设置求解选项，选择单点谱分析，使用所有15 个模态：设置常数阻尼比0.01。

设置激励为X 方向的加速度谱：定义加速度谱：首先定义频率表：然后定义各频率点的谱值(加速度值)：定义阻尼比为0.02，然后输入个频率点的加速度值：使用Show States 可以查看设置结果：选择模态组合方法：使用SRSS 方法进行模态叠加，输出类型为位移。

其中的有效门限值(significance threshold) 使得在模态组合时只包含主要的模态，模态的有效门限值是模态系数与最大模态系数的比值。

要在组合时包含所有模态，使用0 值作为门限值。

点击Solve -> Current LS 进行求解：进入POST1，首先读入 .mcom 文件(File -> Input File From ...)，执行模态组合，然后查看桌子的位移，注意它的组号为9999：显示工作台的Mises 应力：注意：–大多数组合方法包含平方运算，这会导致应力分量正负号的丢失。

因此，从这些无正负号的应力分量导出的等效应力和主应力是非保守和不正确的；–如果对等效应力/ 应变和主应力/ 应变感兴趣，应该在读入jobname.mcom 文件前执行SUMTYPE, PRIN ( General Postprocessor > Load Case > Calc Options > Stress Option …) 命令。

从而会直接计算导出值，得到更为保守的结果。

设置如下，选择Comb Principals：从新读入 .mcom 文件，执行模态组合，然后查看桌子的应力，比前面Comb Conponent 略大一点：5. 如果有兴趣，自己可以分别在Y 和Z 方向施加加速度谱，重复这一分析。

Ansys Workbench界面命令说明1、 ANSYS15 Workbench界面相关分析系统和组件说明【Analysis Systems】分析系统【Component Systems】组件系统【CustomSystems】自定义系统【Design Exploration】设计优化分析类型说明Electric (ANSYS) ANSYS电场分析Explicit Dynamics (ANSYS) ANSYS显式动力学分析Fluid Flow (CFX) CFX流体分析Fluid Flow (Fluent) FLUENT流体分析Hamonic Response (ANSYS) ANSYS谐响应分析Linear Buckling (ANSYS) ANSYS线性屈曲Magnetostatic (ANSYS) ANSYS静磁场分析Modal (ANSYS) ANSYS模态分析Random Vibration (ANSYS) ANSYS随机振动分析Response Spectrum (ANSYS) ANSYS响应谱分析Shape Optimization (ANSYS) ANSYS形状优化分析Static Structural (ANSYS) ANSYS结构静力分析Steady-State Thermal (ANSYS) ANSYS稳态热分析Thermal-Electric (ANSYS) ANSYS热电耦合分析Transient Structural(ANSYS) ANSYS结构瞬态分析Transient Structural(MBD) MBD 多体结构动力分析Transient Thermal(ANSYS) ANSYS瞬态热分析组件类型说明AUTODYN AUTODYN非线性显式动力分析BladeGen 涡轮机械叶片设计工具CFX CFX高端流体分析工具Engineering Data 工程数据工具Explicit Dynamic（LS-DYNA） LS-DYNA 显式动力分析Finite Element Modeler FEM有限元模型工具FLUNET FLUNET 流体分析Geometry 几何建模工具Mechanical APDL 机械APDL命令Mechanical Model 机械分析模型Mesh 网格划分工具Results 结果后处理工具TurboGrid 涡轮叶栅通道网格生成工具Vista TF 叶片二维性能评估工具2、主菜单【File】文件操作【View】窗口显示【Tools】提供工具【Units】单位制【Help】帮助信息3、基本工具条【New】新建文件【Open】打开文件【Save】保存文件【Save As】另存为文件【Import】导入模型【Compact Mode】紧凑视图模式【Shade Exterior and Edges】轮廓线显示【Wireframe】线框显示【Ruler】显示标尺【Legend】显示图例【Triad】显示坐标图示【Expand All】展开结构树【Collapse Environments】折叠结构树【Collapse Models】折叠结构树中的Models项【Named Selections】命名工具条【Unit Conversion】单位转换工具【Messages：Messages】信息窗口【Simulation Wizard】向导【Graphics Annotations】注释【Section Planes】截面信息窗口【Reset Layout】重新安排界面4、建模【Geometry】几何模型【New Geometry】新建几何模型【Details View】详细信息窗口【Graphics】图形窗口：显示当前模型状态【Extrude】拉伸【Revolve】旋转【Sweep】扫掠【Skin/Loft】蒙皮【Thin/Surface】抽壳: 【Thin】创建薄壁实体【Surface】创建简化壳【Face to Remove】删除面：所选面将从体中删除。

ANSYS进行谱分析的方法2009-08-03 23:04:48【大中小】【打印】共有评论0条谱是谱值和频率的关系曲线，反映了时间-历程载荷的强度和频率之间的关系。

响应谱代表系统对一个时间-历程载荷函数的响应，是一个响应和频率的关系曲线。

谱分析是一种将模态分析结果和已知谱联系起来的计算结构响应的分析方法，主要用于确定结构对随机载荷或随时间变化载荷的动力响应。

谱分析可分为时间-历程分析和频域的谱分析。

时间-历程谱分析主要应用瞬态动力学分析。

谱分析可以代替费时的时间-历程分析，主要用于确定结构对随机载荷或时间变化载荷（地震、风载、海洋波浪、喷气发动机推力、火箭发动机振动等）的动力响应情况。

谱分析的主要应用包括核电站（建筑和部件），机载电子设备（飞机/导弹），宇宙飞船部件、飞机构件，任何承受地震或其他不规则载荷的结构或构件，建筑框架和桥梁等。

功率谱密度（Power Spectrum Density）：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PSD可以是位移PSD、速度PSD、加速度 PSD、力PSD等形式。

数学上，PSD-频率关系曲线下面的面积就是方差，即响应标准偏差的平方值。

ANSYS谱分析分为3种类型：1.响应谱分析（SPRS OR MPRS）ANSYS响应谱分为单点响应谱和多点响应谱，前者指在模型的一个点集（不局限于一个点）定义一条响应谱；后者指在模型的多个点集定义多条响应谱。

2.动力设计分析（DDAM）动力分析设计是一种用于分析船舶装备抗震性的技术3.随机振动分析（PSD）随机振动分析主要用于确定结构在具有随机性质的载荷作用下的响应。

与响应谱分析类似，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PSD；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PSD。

单点响应谱分析基本步骤（1）建立模型（2）求得模态解（3）求得谱解（4）扩展模态（6）观察结果1.模型的建立*只允许线性行为，任何非线性特性均作为线性处理，即非线性行为无效；*一定要定义弹性模量EX和密度DENS2.计算模态解结构的固有频率和模态振型是谱分析所必须的数据，在进行谱分析求解前需要先计算模态解。

基于ANSYSWorkbench的楼房地震响应分析（附源⽂件）依据上篇⽂章关于振动⽅⾯的科普，⼯作中遇到的往往是实际模型在地震中的计算，根据计算结果可以判别出该研究对象是否安全，在地震情况下是否可以正常⼯作，亦或者可以根据计算的受⼒分布图，推断出研究对象损坏的部件分布位置，或者说是容易损坏的⼯作零件。

本⽂将根据楼层在仿真地震中的计算提供ANSYS仿真思路，由于实际接触以及实际响应谱更为复杂，本⽂以⼀栋楼房在地震谱中的响应谱分析为例旨在说明ANSYS在地震以及预防地震⽅⾯可以提供的帮助。

振动问题都应计算研究对象的固有频率，与之前⽂章相类似的，本⽂应以modal模块起步，在modal模块的solution中，右击solution，选中transfer data to new并选择response spectrum。

由于笔者是在inventor中建模分析，这⾥稍有不同，也不再赘述。

建模mesh等步骤在此因不是重点，笔者不再赘述，本⽂将附带源⽂件，感兴趣的朋友可以⾃⾏前往下载。

由于上篇⽂章选择20阶固有频率，导致计算⽂件较⼤，⼤约有500MB，这⾥为节约时间，仅选取10阶固有频率。

固定楼房4⽀柱底部，计算得出楼房10阶固有频率，其计算结果如下。

mode Frequency（Hz）136.446236.483361.7354167.555167.646175.497178.598179.799181.0710244.95第⼀阶模态第⼆阶模态第三阶模态在响应谱中插⼊RS Displacement，选取相关条件，设定振动⽅向为Z⽅向，插⼊⾃定义响应谱数据，点击solve即可计算出相关结果，按照实际⼯程中需求，可以得出等效应⼒，形变等等数据。

综上所述，本⽂以⼀栋楼房的振动为例，计算出楼房所受等效应⼒等参数，⽽由于实际⼯程中振动⽅向更趋向于三个不同⽅向，即x,y,z轴三个⽅向，所以应该需要添加不同⽅向的响应谱并进⾏计算分析。