反应谱分析

反应谱分析
反应谱分析

北京迈达斯技术有限公司

目录

简要 (1)

设定操作环境及定义材料和截面 (2)

定义材料 (2)

定义截面 (3)

建立结构模型 (4)

主梁及横向联系梁模型 (4)

输入横向联系梁 (5)

输入桥墩 (5)

刚性连接 (7)

建立桥墩和系梁 (9)

输入边界条件 (10)

输入支座的边界条件 (10)

刚性连接 (11)

输入横向联系梁的梁端刚域 (12)

输入桥台的边界条件 (13)

输入二期恒载 (14)

输入质量 (15)

输入反应谱数据 (17)

输入反应谱函数 (17)

输入反应谱荷载工况 (18)

运行结构分析 (19)

查看结果 (20)

荷载组合 (20)

查看振型形状和频率 (21)

查看桥墩的支座反力 (24)

简要

本例题介绍使用MIDAS/CIVIL的反应谱分析功能来进行抗震设计的方法。

例题模型使用的是简化了的钢箱型桥梁模型,由主梁、横向联系梁和桥墩构成。桥台部分由于刚度很大,不另外建立模型只输入边界条件;基

础部分假设完全固定,也只按边界条件来定义。

下面是桥梁的一些基本数据。

跨径:45 m + 50 m + 45 m = 140 m

桥宽:11.4 m

主梁形式:钢箱梁

钢材:GB(S) Grade3(主梁)

混凝土:GB_Civil(RC) 30(桥墩)

图1. 桥梁剖面图[单位:

mm]

设定操作环境及定义材料和截面

开新文件(新项目),以‘Response.mcb’为名保存(保存)。

文件/ 新项目t

文件/ 保存( Response )

将单位体系设定为kN(力), m(长度)。

工具/ 单位体系

长度>m; 力>kN ?

定义材料

分别输入主梁和桥墩的材料数据。

模型/ 材料和截面特性/ 材料

材料号(1); 类型>S钢材

规范>GB(S); 数据库>Grade3 ?

材料号(2); 类型>混凝土

规范>GB-Civil(RC); 数据库>30 ?

定义截面

使用用户定义来输入主梁、横向联系梁以及桥墩的截面数据。

主 梁: 箱型截面 2000×2500×12×16/18 横向联系梁: 工字型截面 1500×300×12×12/12 柱 帽: 实腹长方形截面 1.5×1.5 桥 墩: 实腹圆形截面 1.5

主梁与桥墩连接的支座部分使用弹性连接(Elastic Link)来模拟。

模型 / 材料和截面特性

/ 截面

数据库/用户

名称 (主梁) ; 截面形状>箱型截面 ; 用户 偏心>中-中心

H ( 2 ) ; B ( 2.5 ) ; tw ( 0.012 ) tf1 ( 0.016 ) ; C ( 2.3 ) ; tf2 ( 0.018 )

名称 (横向联系梁) ; 截面形状>工型截面 ; 用户 偏心>中-中心

H ( 1.5 ) ; B ( 0.3 ) ; tw ( 0.012 ) ; tf1 ( 0.012 )

名称( 柱帽 ) ; 截面形状>实腹长方形截面

偏心>中-中心 用户 ; H ( 1.5 ) ; B ( 1.5 ) ?

名称 ( 桥墩 ) ; 截面形状>实腹圆形截面 用户 ; D ( 1.5 ) ?

图3. 定义截面

输入截面尺寸时,若只输入tf1,不输入t f2,则tf2与tf1相同。

建立结构模型

主梁及横向联系梁模型

使用建立节点建立节点后,通过扩展单元功能将节点按28 @5m扩展成梁单元来建立主梁。

顶面,捕捉节点(开), 捕捉单元(开)

自动对齐(开)

模型/ 节点/ 建立节点

坐标( 0, 0, 0 )

复制>复制次数(1); 距离(0, 7.7, 0)?

模型/ 单元/ 扩展单元

全选

扩展类型>节点 线单元

单元属性>单元类型>梁单元

材料>1:Grade3 ; 截面>1 : 主梁

生成形式>复制和移动

复制和移动>等间距

dx, dy, dz ( 5, 0, 0 ) ; 复制次数( 28 ) ?

图4. 输入主梁

输入横向联系梁

在主梁起点处使用建立单元功能连接两个节点建立一个横向联系梁后,可通过将该梁按纵桥方向复制来建立剩余横向联系梁。

节点号(开)

模型/ 单元/ 建立单元

单元类型>一般梁/变截面梁

材料>1:Grade3; 截面>2:横向联系梁; Beta Angle ( 0 )

节点连接( 1, 2 )

模型/ 单元/ 复制和移动

选择最新建立的个体

形式>复制; 复制和移动>等间距

dx, dy, dz ( 5, 0, 0 ) ; 复制次数( 28 )

图5. 输入横向联系梁

输入桥墩

如图6所示,在桥墩的位置建立模型后,通过刚性连接(Rigid Link)来模拟实际结构。桥墩的剖面如图7所示。

图6. 桥墩和上部结构连接示意图

图7. 桥墩模型

11.7

1.5

立面 侧面

[单位 : m]

7.0

1.5

1.5

刚性连接 弹性连接 1.25 0.20 0.75 0.75 2.0 2.0

2@3.85=7.7

刚性连接

刚性连接

[单位 : m]

刚性连接

选择主梁支座处的节点,将其向z轴方向复制,生成要进行刚性连接的节点。(参考图6)

显示

边界>一般支承(开)

多边形选择( 单元: 中跨中的单元)

激活

标准视图, 节点号(开)

模型/节点/ 复制和移动

单选( Nodes : 19, 20, 39, 40)

形式>复制; 复制和移动>任意间距

方向>z; 间距( -1.25, -0.2, -0.75 )

图8. 复制节点

在要建立桥墩和系梁的位置生成节点。

模型/ 节点/ 分割节点间距

分割>等间距>分割数量(2)

分割的节点号(67, 68) ; (69, 70)

模型/ 节点/ 复制和移动

单选(节点: 71, 72)

形式>复制; 复制和移动>任意间距

方向>y; 间距( 11.7/2, -11.7 ) ?

前次选择

方向>z; 间距-0.75, 7@-1 ) ?

图9. 输入桥墩的节点

建立桥墩和系梁

使用建立单元功能建立桥墩和系梁。(参考图7)

模型/ 单元

/ 建立单元

单元类型>一般梁/变截面梁

材料>2:30 ; 截面>3:柱帽

Beta Angle ( 0 ) ; 交叉分割>节点(开) (图10的○1)

节点连接( 73, 75 )

节点连接( 74, 76 )

材料>2:30 ; 截面>4:桥墩

Beta Angle ( 0 ) ; 交叉分割>节点(开)

节点连接( 77, 91 )

节点连接( 78, 92 )

图10. 建立系梁和桥墩

输入边界条件

输入支座的边界条件

使用 Zoom Window 放大系梁的连接部分,并使用弹性连接功能输入支座的边界条件。

窗口缩放 (放大第一个桥墩的系梁部分)

模型 / 边界条件 / 弹性连接

选择>添加/替换 ; 连接类型>一般类型

SDx (1e11) ; SDy (1e11) ; SDz (1e11) SRx (0) ; SRy (0) ; SRz (0)

两点 ( 59, 63 )

SDx (1e11) ; SDy (0) ; SDz (1e11) SRx (0) ; SRy (0) ; SRz (0)

两点( 60, 64 )

对齐,

窗口缩放 (放大第二个桥墩的系梁部分)

SDx (1e11) ; SDy (1e11) ; SDz (0) SRx (0) ; SRy (0) ; SRz (0)

两点( 61, 65 )

SDx (1e11) ; SDy (0) ; SDz (1e11) SRx (0) ; SRy (0) ; SRz (0)

两点( 62, 66 )

图11. 只激活连接部分的单元

弹性连接各方向弹簧的刚度需按单元坐标系输入。自由方向输入为“0”, 固定方向输入为“1e11”以保证其刚性运动。

刚性连接

将在实际位置建立的主梁和支座、支座和桥墩分别使用刚性连接 连接起来。(参考图6)

对齐,

窗口缩放 (放大第一个桥墩的系梁部分)

模型 /边界条件/ 刚性连接

单选( 节点 : 60 )

主节点号 ( 20 )

复制刚性连接(开)>方向>x ; 间距 ( 50 ) 类型>刚体 ?

单选(节点 : 59 )

主节点号( 19 )

?

单选(节点: 68 )

主节点号( 64 )

?

单选(节点: 67 )

主节点号( 63 )

?

单选(节点: 77 )

主节点号( 71 )

?

图12. 主梁和支座及桥墩间的刚性连接

已输入的刚性连接可进行复制。

输入横向联系梁的梁端刚域

由于建模时所有的单元是以中心轴为准相互连接的,故会有如图13所示的主梁和横向联系梁间由于主梁的梁宽导致的重复部分出现。对此可使用梁端刚域 功能通过输入刚域长度使程序在计算刚度时将该部分的影响排除。

输入梁端刚域长度的方法有整体坐标系和单元坐标系两种类型。若选择整体坐标系类型,则对于所输入的刚域长度不考虑荷载,只针对剩余的单元长度计算刚度和自重。

相反选择单元坐标系的话,只在计算刚度时排除输入的刚域长度,而在计算自重和施加荷载时则将该部分包含在内。(参考在线帮助手册)

这里使用单元坐标系来输入刚域长度。此时由于需在梁单元的i 、j 端输入轴向的刚域长度,故需事先确认梁单元的单元坐标系方向。

左面,

隐藏 (开)

模型 / 边界条件 / 梁端刚域

交叉线选择 (单元 : 横向联系梁)

选择>添加/替换 ; 梁端部刚域长度>类型>单元坐标系 RGDi ( 2.3/2 ) ; RGDj ( 2.3/2 )

图13. 输入横向联系梁的刚域长度

j 端

i 端

输入桥台的边界条件

本例题主梁与桥墩系梁的支座部分使用弹性连接和刚性连接功能来模拟。桥台的边界条件如图14所示。基础则假设其完全固定,故约束所有自由度。

图14. 桥台的约束条件

隐藏(关),标准视图,全部激活

模型/边界条件/ 一般支承

单选(节点: 1, 57)

选择>添加; 支承条件类型>Dy, Dz(开) ?

单选(节点: 2, 58)

选择>添加; 支承条件类型>Dz(开) ?

单选(节点: 91, 92)

选择>添加; 支承条件类型>D-All (开), R-All (开) ?

图15.输入边界条件

桥台

45 m50 m45 m

固定端

使用查询>查询节点

功能(图12的①)可在信

息窗口查询相应节点的

各种输入情况,并可非

常容易地查看两个节点

间的距离。

输入二期恒载

首先定义二期恒载的静力荷载工况。

荷载 /静力荷载工况

名称 ( DL ) ; 类型>恒荷载

图16. 输入静力荷载工况

假设二期恒载为10kN/m 大小的均布荷载,使用梁单元荷载功能输入。

左面

荷载 / 梁单元荷载

窗口选择 ( 单元 : 主梁,图17的○

1) 荷载工况名称>DL ; 选择>添加 荷载类型>均布荷载

方向>整体坐标系 Z ; 投影>否

数值>相对值 ; x1 ( 0 ) ; x2 ( 1 ) ; w ( -10)

17. 输入主梁二期恒载

输入质量

由于在进行反应谱分析之前需先进行特征值分析,故输入进行特征值分析所需的结构的质量。

在MIDAS/Civil中输入质量有两种类型。一个是将所建结构模型的自重转换为质量,还有一个是将输入的其它恒荷载(铺装及护栏荷载等)转换为质量。

对于结构的自重不需另行输入,即可在模型>结构类型对话框中完成转换。而二期荷载一般是以外部荷载(梁单元荷载、楼面荷载、压力荷载、节点荷载等)的形式输入的,可使用模型>质量>荷载转换为质量功能来转换。

本例题也使用上述两种方法来输入质量。

首先将所输入的二期荷载(梁单元荷载)转换为质量。

模型/ 质量/ 将荷载转换成质量

质量方向>X, Y, Z

转换的荷载种类>梁单元荷载(开)

重力加速度( 9.806 ); 荷载工况>DL

组合值系数( 1 ); 添加

图18. 将梁单元荷载转换为质量

下面将单元的自重转换为质量。

模型 / 结构类型

将结构的自重转换为质量 转换到 X, Y, Z

图19. 将结构的自重自动转换为质量

质量输入结束后,可使用查询>质量统计表格 功能确认质量输入得是否正确。表格中荷载转化为质量是指被转换成质量的外部荷载,结构

质量指的是被转换的自重。在表格下端的合计(图20的○1)里的数值为被

转换的所有质量的合计。

查询 / 质量统计表格

图20. 质量统计表格

输入反应谱数据

输入反应谱函数

进行抗震计算,这里使用振型分解反应谱法。输入地震荷载所需的各项参数如下。

如图21,将以上参数输入后就可自动得到公路工程抗震设计规范(JTJ 004-89)的地震影响系数曲线。

荷载 / 反应谱分析数据

/ 反应谱函数 > 添加

设计反应谱 ; 设计反应谱>China(JTJ004-89) 基本烈度>7 场地类别>Ⅰ

重要性修正系数>1.0 综合影响系数>0.20 最大周期( 10 )

图21. 输入反应谱函数

基本烈度:

7 场地类别: I 重要性修正系数:

1.0 综合影响系数:

0.20

最大周期:

10秒

反应谱函数中输入的最大周期必须包含特征值分析所计算出的最大、最小周期的范围。

输入反应谱荷载工况

输入反应谱函数后,按桥梁纵向(整体坐标系X 方向)和侧向(整体坐标系Y 方向)分别定义反应谱荷载工况。

荷载 / 反应谱函数

/反应谱荷载工况

荷载工况名称 ( X-dir ) ; 函数名称>CH-JTJ004-89 方向>X-Y ; 地震角度 ( 0 ) 放大系数 ( 1 ) 操作>添加

荷载工况名称 ( Y-dir ) ; 函数名称>CH-JTJ004-89 方向>X-Y ; 地震角度 ( 90 ) 放大系数 ( 1 ) ; 操作>添加

图22. 输入反应谱荷载工况

地震角度是指地震荷载的方向与整体坐标系X 轴的夹角,角度的符号对于Z 轴遵循右手法则。

地震荷载的方向与X-Y 平面平行,则选择‘X-Y ’ 方向。

谐响应分析定义与应用

谐响应分析的定义与应用 2009-11-14 09:43 任何持续的周期载荷将在结构系统中产生持续的周期响应(谐响应)。谐响应分析是用于确定线性结构在承受随时间按正弦(简谐)规律变化的载荷时的稳态响应的一种技术。分析的目的是计算出结构在几种频率下的响应并得到一些响应值(通常是位移)对频率的曲线。从这些曲线上可以找到“峰值”响应,并进一步观察峰值频率对应的应力。该技术只计算结构的稳态受迫振动,而不考虑发生在激励开始时的瞬态振动。(见图1)。谐响应分析使设计人员能预测结构的持续动力特性,从而使设计人员能够验证其设计能否成功地克服共振、疲劳,及其它受迫振动引起的有害效果。 图1(a)典型谐响应系统。F0及ω已知,u0和Φ未知。 (b)结构的瞬态和稳态动力学响应。 谐响应分析是一种线性分析。任何非线性特性,如塑性和接触(间隙)单元,即使定义了也将被忽略。分析中可以包含非对称系统矩阵,如分析在流体─结构相互作用中问题(参见<>的第5章)。谐响应分析也可以 分析有预应力结构,如小提琴的弦(假定简谐应力比预加的拉伸应力小得多)。 谐响应分析中用到的命令§2.2建模过程与执行谐响应分析可以使用其它类 型分析相同的命令。同样,无论进行何种类型的分析,均可以从用户图形界面(GUI)中选择等效的选项来建模和求解。 在后面的“谐响应分析实例(命令或批处理方式)”中,将会给出进行一个谐响 应分析需要执行的命令(GUI方式或者批处理方式运行ANSYS时用到的)。而“谐响应分析实例(GUI方式)”则描述了如何用ANSYS用户图形界面的菜单执行同 样实例分析的过程。(要了解如何用命令和用户图形界面进行建模,请参阅《ANSYS 建模与网格指南》)。 《ANSYS命令参考手册》中有更为详细的ANSYS命令说明,它们是按字母顺序进行组织的。 三种求解方法§2.3. 谐响应分析可采用三种方法:完全法(Full)、缩减法(Reduced)、模态叠加法(Mode Superposition)。(第四种方法,也是一种开销相对较大的方法,是将简谐载荷指定为有时间历程的载荷函数,进行相应的瞬态动力学分析,参见第三部分瞬态动力学分析中的叙述。)ANSYS/Linear Plus中只允许采用模态叠加法。 在研究每种方法的实现细节前,让我们先比较一下各种方法的优缺点。 完全法§2.3.1完全法是三种方法中最易使用的方法。它采用完整的系统矩阵计算谐响应(没有矩阵缩减)。矩阵可以是对称的或非对称的。完全法的优点是:

地震响应的反应谱法与时程分析比较 (1)

发电厂房墙体地震响应的反应谱法与时程分析比较 1问题描述 发电厂房墙体的基本模型如图1所示: 图1 发电厂墙体几何模型 基本要求:依据class 9_10.pdf的最后一页的作业建立ansys模型,考虑两个水平向地震波的共同作用(地震载荷按RG1.60标准谱缩放,谱值如下),主要计算底部跨中单宽上的剪力与弯矩最大值,及顶部水平位移。要求详细的ansys反应谱法命令流与手算验证过程。以时程法结果进行比较。分析不同阻尼值(0.02,0.05,0.10)的影响。 RG1.60标准谱 (1g=9.81m/s2) (设计地震动值为0.1g) 频率谱值(g) 33 0.1 9 0.261 2.5 0.313 0.25 0.047 与RG1.60标准谱对应的两条人工波见文件rg160x.txt与rg160y.txt 2数值分析框图思路与理论简介 2.1理论简介 该问题主要牵涉到结构动力分析当中的时程分析和谱分析。时程分析是用于确定承受任意随时间变化荷载的结构动力响应的一种方法。谱分析是模态分析的扩展,是用模态分析结果与已知的谱联系起来计算模型的位移和应力的分析技术。 2.2 分析框架: 时程分析:在X和Z两个水平方向地震波作用下,提取底部跨中单宽上的剪力、弯矩值和顶部水平位移,并求出最大响应。 谱分析:先做模态分析,再求谱解,由于X和Z两个方向的单点谱激励,因此需进行两次谱分析,分别记入不同的工况最后组合进行后处理得出结够顶部水平位移、底部单宽上剪力和弯矩的最大响应。 3有限元模型与荷载说明 3.1 有限元模型 考虑结构的几何特性建立有限元模型,首先建立平面几何模型,并将模型进行合理的切割,采用plane42单元,使用映射划分网格的方法生产平面单元(XOY平面)。然后,采用solid45

SolidWorks Simulation响应谱分析简介

SolidWorks Simulation响应谱分析简介 在Solidworks Simulation Premium 2011中,添加了一个线性动力分析模块——“响应波谱分析”。 插图一 响应谱分析又名冲击谱分析,是一种近似的方法用于预测受到基础激励(强迫振动)的结构峰值响应的分析方法。取代耗时的时间域瞬态分析,可以采用响应谱分析快速地近似分析结构的峰值响应(如动应力等)。响应谱分析可以作为一种设计工具。它用于计算结构对多频信息瞬态激励的响应,这些激励可能来源于地震、飞行噪声/飞行过程、导弹发射等,频谱是载荷时间历程在频率域上的表示法,您可以使用响应波谱分析而非时间历史分析,来估测结构对随机载荷或与时间有关的载荷环境(例如地震、风载荷、海浪载荷、喷气发动机推力或火箭发动机振动)的响应。 响应谱分析可以被应用多种领域,如航空电子设备 (飞行器 / 导弹)、航天飞机零件、飞行器部件及任何受到地震或其他不稳定载荷的结构或部件。下面就来看下,在Solidworks Simulation中是如何进行响应谱分析的。 首先,建立新的自命,选择线性动力类型,并从子类型中选择响应波谱分析。 插图二

在响应波谱分析中,模态分析结果作为已知波谱用来计算模型中的位移和应力。因此在,响应波谱分析算例属性中需设定要包含的模态分析频率数或相关参数。 插图三 在响应波谱选项中可以选择模式组合方法: 插图四

不同的组合方法会对结果有所影响,其中绝对值和方法结果最为保守。之后按照Simulation常规方法赋予零件材料参数及交互关系(注意,线性动力分析中,只可使用结合与允许贯通两种接触选项),并对结构给予合理约束,本例中是对电路板相应固定点添加固定约束。 插图五 响应波谱分析的载荷可以为统一基准激发或选定的基准激发,类型则有位移、速度、加速度三类,这里选择统一基准激发,并选择加速度,并使用如下参数: 插图六

有限元谐响应分析报告

谐响应分析实例 如下图所示,弹簧质量系统受力示意1图,载荷F(t)随时间变化如图2所示,起频率变化范围为0到9Hz。弹簧的刚度系数k1=k2=k3=300N/m,质量块M1=M2=1kg,F0=300N。求系统的位移频率响应。 图1 图2 操作过程 1.定义工作文件名和工作标题 (1)定义工作文件名。 GUI:Utility Menu》File》Change Jobname。 弹出下图对话框,在此出现的对话框输入“xie111”,并将“New long and error file”复选框选为“yes”,单击【ok】按钮。

图1定义工作文件名 (2)定义工作标题。 GUI:Utility Menu》File》Change Title命令。 在出现的对话框中输入“xie666”,单击【ok】按钮,如下图。 图2 定义工作标题 2.定义单元格 GUI:Main Menu》Preprocessor》Elements Type》Add/Edit/Delete

在弹出的对话框,单击add按钮,弹出对话框,选择左边滚动窗口中的“Combination”,从而选择右边滚动窗口中的“Spring-damper 14”,“Element type reference number”采用默认1.如图所示单击apply 按钮。在左边滚动栏中继续选择“Structural”及其下的“Mass”,在右边选择“3D mass 21”如图所示。 图3 单元定义对话框

图4 单元设置对话框 3.定义实常数 GUI:Main Menu》Preprocessor》Real Constant》Add/Edit/Delete。弹出Real Constant对话框,单击Add按钮,弹出Element Type for Real Constant对话框,选择“Type 1 COMBIN14”单击ok,弹出对话框,设置单元实常数为1,按ok按钮关闭对话框。 单击RealConstants对话框的Add按钮,弹出Element Type for Real Constant对话框,选择列表中的“Type 2 MASS21”单击ok按钮,弹出如图对话框,设置单元实常数为2。单击ok按钮,然后关闭对话框。

反应谱与时程理论对比

反应谱是在给定的地震加速度作用期间内,单质点体系的最大位移反应、速度反应和加速度反应随质点自振周期变化的曲线。用作计算在地震作用下结构的内力和变形。更直观的定义为:一组具有相同阻尼、不同自振周期的单质点体系,在某一地震动时程作用下的最大反应,为该地震动的反应谱。 反应谱理论考虑了结构动力特性与地震动特性之间的动力关系,通过反应谱来计算由结构动力特性(自振周期、振型和阻尼)所产生的共振效应,但其计算公式仍保留了早期静 力理论的形式。地震时结构所受的最大水平基底剪力,即总水平地震作用为: FEK= αG 其中α为地震影响系数,即单质点弹性体系在地震时最大反应加速度。另一方面地震影响系数也可视为作用在质点上的地震作用与结构重力荷载代表值之比。 目前,反应谱分析法比较成熟,一些主要国家的抗震规范均将它作为基本设计方法。不过,它主要适合用于规则结构。对于不规则结构以及高层建筑,各国规范多要求采用时程分析法进行补充计算。 地震作用反应谱分析本质上是一种拟动力分析,它首先使用动力法计算质点地震响应,并使用统计的方法形成反应谱曲线,然后使用静力法进行结构分析。但它并不是结构真实的动力响应分析,只是对于结构动力响应最大值进行估算的近似方法,在线弹性范围内,反应谱分析法被认为是高效而且合理的方法。反应谱分为加速度反应谱、速度反应谱和位移反应谱。基于不同周期结构相应峰值的大小,我们可以绘制结构速度及加速度的反应谱曲线。一般情况下,随着周期的延长,位移反应谱为上升曲线,速度反应谱为平直曲线,加速度反应谱为下降曲线,目前结构设计主要依据加速度反应谱。 加速度反应谱在短周期部分为快速上升曲线,并且在结构周期与场地特征周期接近时出现峰值,后面更大范围为逐渐下降阶段。峰值出现的时间与对应的结构周期和场地特征周期有关。一般来说结构自振周期的延长,地震作用将减小。当结构自振周期接近场地特征周期时,地震作用最大。 反应谱分析方法需要先求解一个方向地震作用响应,再基于三个正交方向的分量考虑结构总响应,即基于振型组合求解一个方向的地震响应,再基于方向组合求解结构总响应。 振型组合方法有SRSS法,CQC法。 1.SRSS法 SRSS法是平方和平方根法,这种方法假定所有最大模态值在统计上都是相互独立的,通过求各参与阵型的平方和平方根来进行组合。该法不考虑各振型间的藕联作用,实际上结构模态都是相互关联的,不可避免的存在藕联效应,对那些相邻周期几乎相等的结构,或者不规则结构不适用此法。《抗规》GB50011-2010规定的SRSS法为如下所示:

midas反应谱分析

反应谱分析 北京迈达斯技术有限公司

目录 简要 (1) 设定操作环境及定义材料和截面 (2) 定义材料 (2) 定义截面 (3) 建立结构模型 (4) 主梁及横向联系梁模型 (4) 输入横向联系梁 (5) 输入桥墩 (5) 刚性连接 (7) 建立桥墩和系梁 (9) 输入边界条件 (10) 输入支座的边界条件 (10) 刚性连接 (11) 输入横向联系梁的梁端刚域 (12) 输入桥台的边界条件 (13) 输入二期恒载 (14) 输入质量 (15) 输入反应谱数据 (17) 输入反应谱函数 (17) 输入反应谱荷载工况 (18) 运行结构分析 (19) 查看结果 (20) 荷载组合 (20) 查看振型形状和频率 (21) 查看桥墩的支座反力 (24)

简要 本例题介绍使用MIDAS/CIVIL的反应谱分析功能来进行抗震设计的方法。 例题模型使用的是简化了的钢箱型桥梁模型,由主梁、横向联系梁和桥墩构成。桥台部分由于刚度很大,不另外建立模型只输入边界条件;基 础部分假设完全固定,也只按边界条件来定义。 下面是桥梁的一些基本数据。 跨 径:45 m + 50 m + 45 m = 140 m 桥 宽:11.4 m 主梁形式:钢箱梁 钢 材:GB(S) Grade3(主梁) 混 凝 土:GB_Civil(RC) 30(桥墩) 图1. 桥梁剖面图[单位: mm]

设定操作环境及定义材料和截面 开新文件(新项目),以‘Response.mcb’为名保存(保存)。 文件 / 新项目t 文件 / 保存( Response ) 将单位体系设定为kN(力), m(长度)。 工具 / 单位体系 长度>m ; 力>kN ? 定义材料 分别输入主梁和桥墩的材料数据。 模型 / 材料和截面特性 / 材料 材料号(1); 类型>S钢材 规范>GB(S); 数据库>Grade3 ? 材料号(2); 类型>混凝土 规范>GB-Civil(RC) ; 数据库>30 ? 图2. 定义材料

ansys谐响应分析

问题描述 本实例是对如下图所示的有预应力的吉他弦进行谐响应分析。形状均匀的吉他弦直径为d ,长为l 。在施加上拉伸力F1后紧绷在两个刚性支点间,用于调出C 音阶的E 音符。在弦的四分之一长度处以力F2弹击此弦,要求计算弦的一阶固有频率f1,并验证仅当弹击力的频率为弦的奇数阶固有频率时才会产生谐响应。 几何尺寸:l =710mm c =165mm d =0.254mm 材料特性:杨氏模量EX =1.9E5 Mpa ,泊松比PRXY =0.3,密度DENS =7.92E-9Tn/mm 3 。 载荷为:F1=84N F2=1N 取弹击力的频率范围为从0到2000Hz ,并求解频率间隔为2000/8=250Hz 的所有解,以便观察在弦的前几阶固有频率处的响应,并用POST26时间-历程后处理器绘制出位移响应与频率的关系曲线。 一.选取菜单路径Utility Menu | File | Change Jobname ,将弹出Change Jobname (修改文件名)对话框,如图13.2所示。在Enter new jobname (输入新文件名)文本框中输入文字“CH13”,然后单击对话框中的ok 按钮,完成对本实例数据库文件名的修改。 选取菜单路径Main Menu | Preference ,将弹出Preference of GUI Filtering (菜单过滤参数选择)对话框,单击Structural(结构)选项使之被选中,以将菜单设置为与结构分析相关的选项。单击按钮,完成分析范畴的指定。 二.定义单元类型 1.选取菜单路径Main Menu | Preprocessor | Element Type | Add/Edit/Delete ,将弹出Element Types (单元类型定义)对话框。单击对话框中的按钮,将会弹出Library of Element Types (单元类型库)对话框 2.在图13.4所示的对话框左边的滚动框中单击“Structural Link ”,选择结构连接单元类型。接着在右边的滚动框中单击“2D Spar 1”,使其高亮度显示,选择2维弹性单元。单击对话框中的按钮,关闭单元类型库(Library of Element Types)对话框。 3.在Element Types (单元类型定义)对话框中的已定义单元类型列表框中将会列出定义的单元类型为:“Type 1 LINK1”。单击对话框中的按钮,关闭Element Types (单元类型定义)对话框,完成单元类型的定义。 三.定义材料性能和实常数 选取菜单路径Main Menu | Preprocessor | Material Props | Material Models ,2.依次双击Structural , Linear ,Elastic 和Isotropic ,将弹出1号材料的弹性模量EX 和泊松比PRXY 的定义对话框。在EX 文本框中输入1.9E5,PRXY 文本框中输入0.3。定义材料的弹性模量为1.9E5Mpa ,泊松比为0.3。单击对话框中的ok 按钮,关闭对话框。接着双击Density , 在DENS 文本框中输入7.92E-9,设定1号材料密度为7.92E-9Tn/mm 3 。单击ok 按钮,完成

SAP2000之反应谱分析

反应谱分析:基本概念 地震作用本质上是一种地面运动荷载,虽然其发生的过程总体上很短暂,但是作用的大小是随时间变化的,目前结构分析的发展水平允许我们基于振型叠加法或其它方法在地震作用的整个过程中对结构的响应进行完整计算,这就是我们所常说的结构的时程分析。但是这种分析方法往往需要更复杂的计算工作,并且所进行的分析往往需要更详尽并有针对性的场地信息,这一点并不是所有实际工程都能够提供的,另外,时程分析会输出地震作用整个过程每一时刻的结构位移及内力响应,对于这些信息的统计需要大量的工作量,并且难以形成直接指导结构设计的信息。因此虽然时程分析是更为真实的结构动力分析,但是满足大部分结构规范要求和工程师需求的仍然是地震作用的反应谱分析。 地震作用反应谱分析本质上是一种拟动力分析,它首先使用动力方法计算质点地震响应,并使用统计的方法形成反应谱曲线,然后再使用静力方法进行结构分析。时程分析的不足恰好是反应谱分析方法的优点,光滑设计反应谱是地震运动的平均值,它仅包括计算每个振型中的位移和构件力的最大值,因此不需要对于多条地震波的复杂计算。并且结构反应谱分析所给出的结构响应信息可以很方便的应用于结构设计,避免了对于整个时间范围内结构响应的处理。

反应谱分析:振型组合的基本理论与方法SAP2000对于反应谱分析振型组合分析,给出了CQC法、SRSS法、ABS法、GMC法、10Pct法和Dbl Sum法等六种组合方法。我国2002新的规范规定考虑结构藕联效应的情况,可以采用SRSS和CQC两种组合方法。 1. ABS法 ABS法是绝对值相加法。这种方法的假设条件是所有振型的最大模态值都发生在相同的时间点上,通过求它们的绝对值和的方法来对振型进行组合。实际上同一时刻基本上不可能所有模态均发生最大值,因此,这一组合方法是用于计算结构中的位移或内力峰值的最保守方法。 2. SRSS法

ANSYS响应谱分析实例-平板结构

!ANSYS响应谱分析 !响应谱分析实例-平板结构 finish /CLEAR /FILENAME,example,1 /PREP7 /TITLE, DYNAMIC LOAD EFFECT ON SIMPLY-SUPPORTED THICK SQUARE PLATE ! 定义单元类型 ET,1,SHELL281 ! 定义厚度 SECTYPE,1,SHELL SECDATA,1,1,0,5 ! 定义材料属性 MP,EX,1,200E9 MP,NUXY,1,0.3 MP,ALPX,1,0.1E-5 MP,DENS,1,8000 ! 定义模型 N,1,0,0,0 N,9,0,10,0 FILL NGEN,5,40,1,9,1,2.5 N,21,1.25,0,0 N,29,1.25,10,0 FILL,21,29,3 NGEN,4,40,21,29,2,2.5 EN,1,1,41,43,3,21,42,23,2 EGEN,4,2,1 EGEN,4,40,1,4 FINISH /SOLU ANTYPE,MODAL ! 定义分析类型为模态分析 MODOPT,REDUC MXPAND,16,,,YES SFE,ALL,,PRES,,-1E6 ! 施加面载荷 D,ALL,UX,0,,,,UY,ROTZ ! 施加约束 D,1,UZ,0,0,9,1,ROTX D,161,UZ,0,0,169,1,ROTX D,1,UZ,0,0,161,20,ROTY D,9,UZ,0,0,169,20,ROTY

NSEL,S,LOC,X,.1,9.9 NSEL,R,LOC,Y,.1,9.9 M,ALL,UZ ! 选择主自由度 NSEL,ALL SOLVE *GET,F,MODE,1,FREQ FINISH /SOLU ANTYPE,SPECTR ! 定义分析类型 SPOPT,PSD,2,ON ! 利用前两阶模态并计算应力PSDUNIT,1,PRES ! 定义功率谱为面载荷谱DMPRAT,0.02 PSDFRQ,1,1,1.0,80.0 PSDVAL,1,1.0,1.0 LVSCALE,1 ! 比例使用载荷因子PFACT,1,NODE PSDRES,DISP,REL PSDCOM SOLVE FINISH /eof /POST1 SET,3,1 ! 读取位移 /VIEW,1,2,3,4 PLNSOL,U,Z PRNSOL,U,Z FINISH /SOLUTION ANTYPE,HARMIC ! 重新定义求解类型HROPT,MSUP ! 利用模态叠加法HROUT,OFF,ON KBC,1 HARFRQ,1,80 DMPRAT,0.02

如何进行ANSYS谱分析

如何进行ANSYS谱分析 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: *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。 * 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 *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。 一单点响应谱分析 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 (5)合并模态

范例 - 谐响应分析理论求解与ANSYS求解

虽然在ANSYS中进行谐响应分析是一个很简单的过程,只需要几行代码就可以实现。很多朋友根据书上或者网上已有的分析代码稍作修改就可以进行分析了。但是其中很多概念是否理解了呢,得到的结果有什么实际意义呢。下面通过介绍一个单自由度的弹簧振子的谐响应分析理论求解,然后在ANSYS中求解。通过两种结果的对比,以解释一些概念。这个例子是Help手册中的VM86,很多振动学的教材中都会有这样的例子。 1.问题描述 如上图是一个典型的单自由度弹簧振子系统。假设此系统承受谐激励载荷 。其中为激励载荷的幅值,为载荷的周期。 2.理论基础 此系统的动力方程为: (1) 这个方程的求解方法很多,下面介绍一种最常用的求解方式:方程两边同除以,得到

(2) 如果令, 则上式可以写成: (3) 这个方程的解分为两部分,一部分为齐次方程的解,就是阻尼系统的自由振动响应,自由振动响应随时间衰减,最后消失,所以自由振动响应也叫瞬态响应。另一部分是特解,也就是强迫振动响应。不会随时间衰减,所以称为稳态响应。 由于系统是线性系统,瞬态响应和稳态响应可分别求解,然后合成为系统的总响应。下面介绍如何求解系统的稳态响应,即方程(3)的特解。 由于激振力为简谐力,可以证明系统的稳态响应也是简谐的,并且与激振力有同样的频率。设系统的稳态响应有如下形式: (4) 其中,和分别是系统响应的幅值和相位。将式(4)代入方程式(3),可得 (5) 利用三角函数关系 故有,

(6) 求解上式可得到 (7) 这样就得到了系统稳态响应的幅值和相位角 对于方程(3)的齐次方程的解,也就是瞬态解这里只是给出求解结果,以后有机会再写详细的求解过程。 有阻尼系统的自由振动方程为: (8) 工程中阻尼一般比较小,此方程的解可以表示为: 于是振动微分方程的(1)的解为: 画出此响应曲线如下图:

底部剪力法--反应谱法--时程分析法概念及分析

底部剪力法/反应谱法/时程分析法一些有用的概念 从传统的观点来看,底部剪力法,反应谱法和时程分析法是三大最常用的结构地震响应分析方法。那么正确的认识它们的一些关键概念,对于建筑结构的抗震设计具有非常重要的意义。HiStruct在此简单的总结一些,全当抛砖引玉。 1. 底部剪力法 高规规定:高度不超过40m、以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的高层建筑结构,可采用底部剪力法。底部剪力法适用于基本振型主导的规则和高宽比很小的结构,此时结构的高阶振型对于结构剪力的影响有限,而对于倾覆弯矩则几乎没有什么影响,因此采用简化的方式也可满足工程设计精度的要求。底部剪力法尚有一个重要的意义就是我们可以用它的理念,简化的估算建筑结构的地震响应,从而至少在静力的概念上把握结构的抗震能力,它还是很有用的。 2. 反应谱方法 高规规定:高层建筑结构宜采用振型分解反应谱法。对质量和刚度不对称、不均匀的结构以及高度超过100m的高层建筑结构应采用考虑扭转耦联振动影响的振型分解反应谱法。反应谱的振型分解组合法常用的有两种:SRSS和CQC。虽然说反应谱法是将并非同一时刻发生的地震峰值响应做组合,仅作为一个随机振动理论意义上的精确,但是从实际上它对于结构峰值响应的捕捉效果还是很不错的。一般而

言,对于那些对结构反应起重要作用的振型所对应频率稀疏的结构,并且地震此时长,阻尼不太小(工程上一般都可以满足)时,SRSS 是精确的,频率稀疏表面上的反应就是结构的振型周期拉的比较开;而对于那些结构反应起重要作用的振型所对应的频率密集的结果(高振型的影响较大,或者考虑扭转振型的条件下),CQC是精确的。这是因为对于建筑工程上常用的阻尼而言,振型相关系数(见高规3.3.11-6)在很窄的范围内才有显著的数值。 3.反应谱分析的精确性 对于采用平均意义上的光滑反应谱进行分析而言,其峰值估计与相应的时程分析的平均值相比误差很小,一般只有百分之几,因此可以很好的满足工程精度的要求,正是在这个平均(普遍性)意义上,我们认为反应谱分析方法是精确的。但是对于单个锯齿形的反应谱而言,其分析结果与单个波的时程分析,误差可以达到10-30%之间,因此在个别(特殊性)意义上而言,反应谱分析结果是有误差的,因此,规范规定对于复杂的或者高层建筑需要采用时程分析进行补充计算和验证。 4.反应谱分析与时程分析对于高阶振型计算的不同之处 一般反应谱的高频段是采用平台段来表达的,实际上对于高阶振型反应不显著的结构而言,反应谱适用性很好,也足够准确。但是对于高柔结构而言,一般高阶振型的影响比较显著,采用时程分析的时候,

ANSYS反应谱分析内幕(精品范文).doc

【最新整理,下载后即可编辑】 ANSYS反应谱分析内幕 ANSYS结构振型分解反应谱分析有如下内容: 1)首先要定义好加速度反应谱。这里需要注意的是,规范上给的是地震影响系数谱曲线,这个曲线的函数值是以地面加速度为单位的。而我们在用这个软件算的时候就需要给出绝对的加速度值,这个绝对加速度值当然就是要在地震影响系数的基础上再乘上一个地面加速度。而地面加速度也并不一定是9.8,这与我们使用的单位制有关,如果是N/M/S,就应该是9.8,如果是N/MM/S就应该是9800。 2)求振型。一定要是相对质量矩阵进行归一化,当然modopt 命令默认的方法就可以了,为什么要这样呢,从ANSYS文档式17-110就可以看出,这个式子是求振型参与系数的,显然这个式子里面不是完整的求振型参与系数的式子,它少了分母,但是,由于对振型相对质量矩阵进行了归一化,这个分母就等于1了,这就是为什么必须要对振型相对质量进行归一化的原因了。在这一步中,可以这样理解,程序只进行了一次特征值求解,即只求出了周期和振型。如果需要看某个振型的“内力/应力/反力”,就需要对其进行模态扩展。模态扩展其实就是相当于对将“振型位移”看作“强制位移”进行静力的分析而得到静力分析的结果。 3)求谱解。其实在这一步中,程序只做了一件事,那就是求模态系数。模态系数的算法在ANSYS文档里有说明,对于不同的激励谱(位移谱、加速度谱、力谱),其算法不一样,对于加速度谱,它等于模态参与数/模态频率的平方*谱值(模态频率的平方是弧度/秒,开始 的时候我老是验算不过去这个式子,总是差一个40左右的系数,就是没有注意它的单位制,原来(2*3.14159)^2就约等于

1MIDASGTS的分析功能

分析理论手册 78第一篇 MIDAS/GTS的分析功能 1. 概要 岩土分析(geotechnical analysis)与一般的结构分析(structural analysis)有较 大差异。一般的结构分析注重荷载的不确定性,所以在分析时会加载各种荷载,然 后对分析结果进行各种组合,最后取各组合中最不利的结果进行设计。岩土分析注 重的是施工阶段和材料本身的不确定性,所以决定岩土的物理状态显得格外重要。 在岩土分析中应尽量使用实体单元模拟围岩的状态,尽量真实地模拟岩土的非线性 特点以及地基应力状态(自应力和构造应力),并且尽量真实地模拟施工阶段开挖过 程,这样才会得到比较真实的结果。 优秀的岩土分析程序应能真实地模拟现场条件和施工过程,并应为用户提供更多的 材料模型和边界条件,让用户在做岩土分析时有更多的选择。 MIDAS/GTS不仅具有岩土分析所需的基本分析功能,并为用户提供了包含最新分析 理论的强大的分析功能,是岩土和隧道分析与设计的最佳的解决方案之一。 MIDAS/GTS中提供的的分析功能如下: A. 静力分析 (static analysis) (1) 线弹性分析 (linear elastic analysis) (2) 非线性弹性分析 (nonlinear elastic analysis) (3) 弹塑性分析 (elastoplastic analysis) B. 渗流分析 (seepage analysis) (1) 稳定流分析 (steady state analysis) (2) 非稳定流分析 (transient state analysis) C. 应力-渗流耦合分析 (stress-seepage coupled analysis) D. 固结分析 (consolidation analysis) (1) 排水/非排水分析 (drained/undrained analysis) (2) 固结分析 (consolidation analysis)

ANSYS谐响应分析实例-振动电机轴分析

AnsysWorkBench11.0振动电机轴谐响应分析 最小网站长:kingstudio 最小网Ansys 教程频道为您打造最 IN 的教程 https://www.360docs.net/doc/ea11676846.html,/ 1.谐响应分析简介 任何持续的周期载荷将在结构系统中产生持续的周期响应(谐响应)。谐响应分析是 用于确定线性结构在承受随时间按正弦(简谐)规律变化的载荷时的稳态响应的一种技术。 分析的目的是计算出结构在几种频率下的响应并得到一些响应值(通常是位移)对频率的曲 线。从这些曲线上可以找到“峰值”响应,并进一步观察峰值频率对应的应力。 该技术只 计算结构的稳态受迫振动,而不考虑发生在激励开始时的瞬态振动。(见图1)。谐响应分析 使设计人员能预测结构的持续动力特性,从而使设计人员能够验证其设计能否成功地克服共 振、疲劳,及其它受迫振动引起的有害效果。 谐响应分析是一种线性分析。任何非线性特性,如塑性和接触(间隙)单元,即使定义了也将被忽略。分析中可以包含非对称系统矩阵,如分析在流体─结构相互作用中问题。谐响应分析也可以分析有预应力结构,如小提琴的弦(假定简谐应力比预加的拉伸应力小得多)。谐响应分析的定义与应用介绍: https://www.360docs.net/doc/ea11676846.html,/ArticleContent.asp?ID=785 2. 工程背景 在长距离振动输送机、概率振动筛等变载荷振动机械中,由于载荷的变化幅度较大,且多为冲击或交变载荷, 使得作为动力源与振动源的振动电机寿命大为缩短, 其中振动电机阶梯轴的弹塑性变形又会中速振动电机的失效, 故研究振动电机轴的谐响应, 进而合理设计 其尺寸与结构,是角决振动电机在此类场合过早失效的主要途径之一。 现以某型振动电机阶梯轴为分对象,振动电机属于将动帮源与振动源合为一体的电动施转式激振源,在振动电机轴两端分别装有两个偏心块,工作时电机轴还动两偏心块作顺转 无能无力产生周期性激振力 t sin F F 1ω=,其中为施加载荷,由些电机轴受到偏心块施加 的变载荷冲击,极易产生变形和疲劳损坏, 更严重者,当激振力的频率与阶梯轴的固有频率 相等时,就会发生共振,造成电机严重破坏,故对电机进行谐应力分析很必要。 1F 3.分析关键 1.谐响应分析的载荷描述方式 概据定义,谐响应分析假定所施加的所有载荷随时间简谐(正弦)规律变化。指定一个完整的简谐载荷需要输入 3条信息:amplitude (幅值),phase angle (相位角)和 forcing frequency range (强制频率范围)。 Amplitude (幅值)指载荷的最大值。 phase angle (相位角)指载荷滞后(或领先)于 参考时间的量度。在复平面上,相位角是以实轴为起始的角度, 当同是要定义多个相互间存

(整理)运用midas_Building进行超限分析基本流程指导书

运用midas Building进行超限分析基本流程 指 * 导 * 书 初稿:王明 校对:李法冰 审核:卫江华 审定:陈德良 (2012.12版)

目录 1 运用midas进行超限分析基本流程简介 (3) 2 反应谱分析、设计基本流程及要点 (4) 2.1 概述 (4) 2.2 基本流程 (4) 2.3 反应谱分析要点及注意事项 (5) 3 弹性时程分析基本流程及要点 (10) 3.1 概述 (10) 3.2 基本操作及要点 (10) 4 静力/动力弹塑性时程分析基本流程及要点 (15) 4.1 概述 (15) 4.2弹塑性分析基本流程 (16) 4.3静力弹塑性分析要点 (16) 4.4动力弹塑性分析要点 (20) 5 相关补充分析与计算 (21) 5.1 温差工况分析 (21) 5.2 楼板详细分析 (23) 5.3 转换结构分析 (24) 5.4 舒适度分析 (25) 5.5 工程量统计 (26) 6 主要附件一览表 (29) 7 主要参考文献 (30)

1 运用midas 进行超限分析基本流程简介 midas building/Gen 在超限分析流程中应用的主要环节可见如下示意图1.1。 图1.1 超限分析基本流程示意图 注:1.图中黄色框选内容为可运用midas Building/Gen 进行分析主要内容。 或大震

2 反应谱分析、设计基本流程及要点 2.1 概述 反应谱分析是抗震设计中最常用的分析方法,反应谱分析中需要定义设计反应谱、振型组合方法、地震作用方向等数据。设计规范一般考虑地震强度和远近的影响、建筑的重要性等综合因素提供了设计反应谱函数。 2.2 基本流程 图2.2.1 运用midas Building 进行反应谱分析基本流程图 注: 1. 实际工程中基本以PKPM 导入为主,已进行过的数十个分析显示:模型中构件与荷载能够完全准确导入,但所有参数需要重新定义,具体导入过程详见[附件一]。若导入ETABS 模型,出错较多,可尝试通过广厦或盈建科二次转换; 2. 若仅进行反应谱阶段分析,则无需进行设计(浪费时间); 3. 本过程参数调整阶段基本流程见下图2.2.2。 图2.2.2 参数调整基本流程图

冲击响应谱分析原理以及合成与振动控制

冲击响应谱(SRS)是一个瞬态加速度脉冲可能对结构造成破坏的图示。它绘制了一组单自由度(SDOF)弹簧的峰值加速度响应,就像在刚性无质量的基础上一样,质量阻尼器系统都经历相同的基本激励。每个SDOF系统具有不同的固有频率;它们都有相同的粘滞阻尼因子。频谱的结果是在固有频率(水平方向)上绘制峰值加速度(垂直)得出的。一个SRS是由一个冲击波产生,使用以下过程: 指定SRS的阻尼比(5%是最常见的)、使用数字滤波器模拟频率单自由度、fn和阻尼ξ。应用瞬态作为输入,计算响应加速度波形。保留在脉冲持续时间和之后的峰值正负响应。选择其中一个极值,并将其绘制成fn的频谱振幅。对每个(对数间隔)fn重复这些步骤。 由此产生的峰值加速度与弹簧-质量阻尼系统固有频率的曲线称为冲击响应谱,简称SRS。一个SDOF机械系统由以下组件组成: ①质量,米 ②弹簧,K ③阻尼器,C Fn,固有频率和临界阻尼因子,ξ,描述一个应用系统,可以从上面的参数计算。对于小于或等于0.05的小阻尼比,频率响应的峰值发生在fn的邻近区域,其中

Q为质量因子,等于1/(2ξ)。 任何瞬态波形都可以作为SRS呈现,但这种关系不是唯一的;许多不同的瞬态波形可以产生相同的SRS。SRS不包含所有关于瞬态波形的信息,因为它只跟踪峰值瞬时加速度。 不同的阻尼比为相同的冲击波形产生不同的SRS。零阻尼会产生最大的响应,而高阻尼则会产生较平的SRS。阻尼比与质量因子Q有关,在正弦振动的情况下也可以被认为是传递率。阻尼比为5%(ξ=0.05)时,Q值为10。如果没有指定阻尼因子(或Q),则SRS图是不完整的。 ★SRS箱的频率间隔 一个SRS由多个在对数频率范围内均匀分布的箱组成。频率分布可以由两个数字来定义:一个参考频率和期望的分数倍频间隔,如1/1、1/3或1/6。(倍频程是频率的两倍)例如,250hz和500hz的频率相差一个倍频程, 1 kHz和2 kHz的频率也是一样。 比例带宽显示对于分析各种自然系统,如人类对噪声和振动的反应,是非常有用的。许多机械系统表现出的特征非常适合以比例带宽分析。 为了获得更好的频率分辨率,频率范围可以以倍频程的一部分划分比例间隔。例如,有1/3倍频间隔,每个倍频程有3个SDOF滤波器。一般来说,对于1/N个分数倍频程,每个倍频程有N个带通滤波器。这里1/N称为分数倍

第二章 谐响应分析

第二章谐响应分析 §2.1谐响应分析的定义与应用 任何持续的周期载荷将在结构系统中产生持续的周期响应(谐响应)。谐响应分析是用于确定线性结构在承受随时间按正弦(简谐)规律变化的载荷时的稳态响应的一种技术。分析的目的是计算出结构在几种频率下的响应并得到一些响应值(通常是位移)对频率的曲线。从这些曲线上可以找到“峰值”响应,并进一步观察峰值频率对应的应力。该技术只计算结构的稳态受迫振动,而不考虑发生在激励开始时的瞬态振动。(见图1)。谐响应分析使设计人员能预测结构的持续动力特性,从而使设计人员能够验证其设计能否成功地克服共振、疲劳,及其它受迫振动引起的有害效果。 图1(a)典型谐响应系统。F0及ω已知,u0和Φ未知。 (b)结构的瞬态和稳态动力学响应。 谐响应分析是一种线性分析。任何非线性特性,如塑性和接触(间隙)单元,即使定义了也将被忽略。分析中可以包含非对称系统矩阵,如分析在流体─结构相互作用中问题(参见<>的第5章)。谐响应分析也可以分析有预应力结构,如小提琴的弦(假定简谐应力比预加的拉伸应力小得多)。 §2.2谐响应分析中用到的命令 建模过程与执行谐响应分析可以使用其它类型分析相同的命令。同样,无论进行何种类型的分析,均可以从用户图形界面(GUI)中选择等效的选项来建模和求解。 在后面的“谐响应分析实例(命令或批处理方式)”中,将会给出进行一个谐响应分析需要执行的命令(GUI方式或者批处理方式运行ANSYS时用到的)。而“谐响应分析实例(GUI 方式)”则描述了如何用ANSYS用户图形界面的菜单执行同样实例分析的过程。(要了解如何用命令和用户图形界面进行建模,请参阅《ANSYS建模与网格指南》)。 §2.3三种求解方法 谐响应分析可采用三种方法:完全法(Full)、缩减法(Reduced)、模态叠加法(Mode Superposition)。(第四种方法,也是一种开销相对较大的方法,是将简谐载荷指定为有时间历程的载荷函数,进行相应的瞬态动力学分析,参见第三部分瞬态动力学分析中的叙述)。ANSYS/Linear Plus中只允许采用模态叠加法。在研究每种方法的实现细节前,让我们先比较一下各种方法的优缺点。

谐响应分析实例 ——“工作台-电动机”系统谐响应分析

谐响应分析实例——“工作台-电动机”系统谐响应分析 如图4所示一个“工作台-电动机”系统,当电机工作时由于转子偏心引起电机发生简谐振动,这时电机的旋转偏心载荷是一个简谐激励,计算系统在该激励下结构的响应。要求计算频率间隔为10/10=1HZ的所有解以得到满意的响应曲线,并用POST26绘制幅值对频率的关系曲线。已知条件如下: 电机质量:m=100Kg 简谐激励为:Fx = 100 NFz = 100 N,与Fx落后90度相位角 频率范围为:0~10HZ 所有的材料均为A3钢,其特性: 杨氏模量=2e11泊松比=0.3密度=7.8e 3 工作台面板:厚度=0.02 工作台四条腿的梁几何特性: 截面面积=2e-4惯性矩=2e-8宽度=0.01高度=0.02 图4质量块-梁-板结构及载荷示意图 GUI方式分析过程 第1步:设置分析标题

选取菜单途径Utility Menu>File>Change Title。输入“Harmonic Response of the structure”,然后单击OK。 第2步:定义分析参数 1、选取菜单途径Utility Menu>Paramenters>Scalar Parameters,弹出Scalar Parameters窗口,在Selection输入行输入:width=1,单击Accept。 2、依次在Selection输入行输入:length=2、high=-1和mass_hig=0.1,每次单击Accept。 3、单击Close,关闭Scalar Parameters窗口。 第3步:定义单元类型(省略) 第4步:定义单元实常数(省略) 第5步:定义材料特性(省略) 第6步:建立有限元分析模型(省略) 第7步:模态分析 1、选取菜单途径Main Menu>Solution>-Analysis Type-New Analysis,弹出New Analysis对话框。 2、选择Modal,然后单击OK。 3、选取菜单途径Main Menu>Solution>Analysis Options,弹出Modal Analysis 对话框。 4、选中Block Lanczos模态提取法;在No. of modes to extract处输入 10(模态提取数目);在Expand mode shapes点击为Yes,在No. of modes to expand处输入10;点击Calculate elem results为Yes。 5、单击OK,弹出Block Lanczos Analysis对话框。接受缺省值,单击OK。 6、选取菜单途径Main Menu > Solution > -Loads-Apply > -Structural-Displacement>On Nodes。弹出拾取(Pick)窗口,在有限元模型上点取节点232、242、252和262,单击OK,弹出Apply U,ROT on Nodes对话框。 7、在DOFS to be constrained滚动框中,选种“All DOF”(单击一次使其高亮 度显示,确保其它选项未被高亮度显示)。单击OK。

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