大系统机械结构动力响应分析平台

2011/1/14大系统动力响应分析平台大系统动力仿真分析平台分析对象示意图特点：有多个子系统部分结构用超单元分析类型：模态分析谐波响应随机振动冲击响应传递函数平台功能概述软件环境：CAD软件：Pro/E…CAE前处理软件：I-DEAS…CAE求解器：NASTRAN…功能概述：1.CAE工作小组的人员能够平行开展子装配CAE模型的处理2.子装配CAE模型可以方便快速地汇总成总体模型，各人的修改可以快速地在总体模型中反映3.部件之间连接形式：一般连接，滑移，弹性（阻尼）连接4.根据需要引入超单元，自动处理超单元之间的连接，自动生成超单元刚度、质量、阻尼矩阵的NASTRAN计算input文件，并调用NASTRAN进行计算5.可以方便地定义计算系统（整个系统或分系统）6.可以方便地对计算系统进行模态分析、谐波响应、随机振动、冲击、传递函数等设置和计算，自动生成NASTRAN计算input文件，并调用NASTRAN进行计算7.能够自动生成计算报告的主要内容特点：按规范流程，使用大系统动力响应分析平台软件，一般的CAE分析工程师都能正确快速完成大型复杂系统动力响应分析平台数据流程读入UNV子装配模型RBE3连接对生成创建超单元节点、单元、坐标系、物理属性、材料、位移约束自动统一编号、排序连接属性定义:简单连接、滑移、气浮、单点连接自动连接、连接节点组相对关系显示、检查子装配模型组合形成超单元内部RBE3连接对和ASET节点组的自动索引起点处理完成的子装配UNV模型创建计算系统动力响应计算响应结果显示计算报告生成子装配模型、超单元组合形成计算系统计算系统内部连接对自动索引模态分析、谐波响应、随机振动、冲击响应工况定义定义载荷曲线计算文件输出，刚度矩阵、模态、谐波、随机振动、冲击响应批处理计算读入响应结果(PCH)响应点曲线显示载荷曲线定义、或从载荷库读入平台原理说明按照使用平台进行分析的总体流程，简要说明各个功能模块的实现原理。1.UNV子装配（部件）模型读取平台与分析起点的接口。读入内容包括节点、单元、坐标系、材料、物理属性、符合命名规则的组、R类型单元主节点系数、截面定义参数、位移约束等。可以读入多个UNV模型，并按次序对所有节点、单元、坐标系、材料、物理属性进行编号，保证在分析各子系统和整机系统时节点、单元号的统一。2.子装配（部件）连接关系生成可以生成普通连接（RBE3单元）、滑移（变化RBE3单元从节点自由度）、弹簧阻尼连接（RBE3单元、新生成节点、弹簧阻尼单元）。选择连接节点组、单元节点组、连接属性生成连接关系。组的定义在起点UNV模型中定义完整，可以选择手工连接和自动连接。其中新生成节点号、单元号、物理属性号在平台现有基础上递增。平台原理说明3.定义超单元超单元为读入的UNV子装配（部件）的一个装配结构，还包含内部连接关系和界面连接关系（超单元和主结构的连接对）。可以手工选取超单元所包含的子装配，并定义超单元号、计算频率数。内部连接关系和界面连接关系既可手工添加，也可在已生成的所有连接关系的基础上自动索引。其中界面连接关系，则需要在此连接关系的单元节点组的节点上生成集中质量单元。4.定义计算系统计算系统为读入的UNV子装配（部件）和已定义的超单元的一个装配结构。包含内部连接关系。可以同时定义多个计算系统。手工选取计算系统包含的子装配、超单元，并定义计算系统的名称。内部连接关系既可手工添加，也可在已生成的所有连接关系的基础上自动索引。在计算时，计算系统中的子装配输出BULK文件计算，超单元调用其刚度矩阵。平台原理说明5.模型显示在平台界面上显示读入的UNV子装配模型，生成的超单元和计算系统模型，并可在定义连接关系时显示连接节点组和单元节点组的相对关系。基于OPENGL，当前的显示单元包括CTRIA3、CQUAD4、CTETRA、CPENTA、CHEXA、CBUSH、RBE2、RBE3、CONM2、CROD。在计算系统显示中，可看出超单元和主结构组成。6.载荷定义针对谐波分析、随机振动、冲击响应，载荷包括频率扫描曲线、功率谱密度曲线、冲击载荷曲线。频率扫描可定义位移、速度、加速度激励，其中位移和速度激励转换为加速度激励。。功率谱密度载荷以对数坐标方式定义，既可定义某个频率点的载荷值，也可定义某频率段的斜率。冲击载荷有半波正弦和后峰锯齿两种形式。平台原理说明7.UNV格式到NASTRAN文件DAT格式的转换计算超单元刚度矩阵和对系统进行响应分析均需输出计算的BULK文件，需要进行UNV到DAT格式的转换。几个较大不同的转换卡：(1)在UNV文件中坐标系以原点坐标和三个轴方向的向量表示，在NASTRAN卡片CORD2R中第一个点为原点坐标，第二个点为z方向上某一点坐标，第3个点为xz平面内某点的坐标。(2)在UNV模型中所有节点坐标均输出在全局坐标系下的坐标数值，而在NASTRAN中节点输出在其参考坐标系中的坐标数值。(3)在UNV模型中单元卡片引用此单元的物理属性卡号、材料卡号、以及截面面积系数（梁单元）卡号，而在NASTRAN中单元卡引用物理属性卡号，物理属性卡再引用材料卡号和截面面积属性。当前转换的单元包括CQUAD4、CTRIA3、CTETRA、CPENTA、CHEXA、CBUSH、RBE2、RBE3、CROD、CONM2。其中集中质量单元在NASTRAN中（CONM2）没有物理属性卡，其质量和转动惯量属性直接包含在单元卡中。(4)NASTRAN的RBE3单元由UNV中的RBE3单元卡和RBE3单元系数卡转换形成。(5)材料只转换动力响应分析的弹性模量、泊松比和密度等参数。平台原理说明7.UNV模型中组的处理在UNV模型中需定义连接节点组、单元节点组、激励节点组（与振动台面节点之间建立RBE2单元，可施加6个方向的激励）、响应节点组。两类特殊的组，内部处理。(1)与定义连接关系冲突的RBE2单元组（由连接关系的连接节点组或单元节点组建立）即连接面的RBE2单元。这些单元在超单元矩阵（刚度、质量、阻尼）计算时不输出；在计算系统BULK文件输出时，检查是否与定义的连接关系冲突，如果不冲突则输出。(2)超单元计算时，约束节点组一般由界面连接关系自动生成，若要添加其它约束节点须另外定义ASET节点组。这些节点在超单元计算时自动约束，在计算系统BULK文件输出时，若ASET节点组节点位于计算系统的超单元中，则输出这些节点卡。8.计算系统工况设置使用平台可以进行模态分析、谐波响应、随机振动和冲击响应分析。对应不同的分析类型需要进行振动台面、响应点及响应方向、激励方向、载荷、扫描点数等参数和工况的设定。平台原理说明8.计算系统工况设置对应不同的计算系统，可以选择约束集、响应集（接点组），定义响应方向、模态阻尼比等动力响应分析的公共参数。模态分析可定义模态频率范围或提取模态阶数以及其它模态提取方法和参数设置。谐波分析不同工况定义激励集合（节点组）、激励方向、载荷、扫描点（包括均布点FREQ1和局部加密点DREQ2）等。随机振动针对不同工况可定义激励集（节点组）及方向、频率间隔点（FREQ3）、载荷。冲击针对不同工况可激励集（节点组）及方向、时间步、载荷。9.文件输出平台输出的文件包括超单元计算BULK文件和求解设置文件，计算系统BULK文件、响应点文件、求解设置文件。平台在文件输出前需先进行UNV格式到NASTRAN格式的转换。求解设置文件包括执行控制段和情况控制段，BULK文件为数据段。输出内容包括模型数据（节点、单元、坐标系、物理属性、材料），计算参数设置，超单元ASET节点组、SPOINT、QSET，边界条件参数，激励参数、数据，工况参数，响应点数据等。平台原理说明9.文件输出输出文件采用自由域格式，每个数据段都在8位以内。谐波分析和随机振动载荷曲线采用大域格式。新生成连接关系在超单元和计算系统中的包含关系如下图所示。新生成连接关系内部连接对气垫连接单点连接新节点、弹簧阻尼单元、物理属性、节点约束卡弹簧阻尼单元、物理属性超单元计算系统界面节点组SPOINT、QSET1、ASET1内部连接对气垫连接单点连接超单元界面连接对新节点、弹簧阻尼单元、物理属性、节点约束卡弹簧阻尼单元、物理属性超单元中节点、坐标系，集中质量单元RBE3单元RBE3单元平台原理说明10.计算结果文件显示谐波分析、随机振动、冲击响应的计算结果为响应点对频率或时间的响应数据。平台中可读取不同分析类型的计算结果文件，并可在界面上同时显示多条曲线进行对比。11.工程文件保存为保证重复应用每次定义和设置结果，需要保存工程文件。工程文件保存为XML格式，内容有UNV模型文件的路径、连接关系属性、连接关系、超单元、计算系统、计算系统工况设置。12.平台目录结构新建工程需定义工程名称，同时建立工程文件夹。文件夹子目录sup、mode、freq、random、impact分别对应超单元、计算系统模态、谐波分析、随机振动和冲击求解设置和结果文件。平台使用说明平台启动平台使用说明单击新建，新建项目，指定工程文件位置和工程名称平台使用说明导入子装配平台使用说明模型显示平台使用说明定义连接关系平台使用说明定义超单元平台使用说明定义计算系统平台使用说明定义载荷曲线平台使用说明计算系统求解设置平台使用说明计算系统模态分析计算系统谐波分析平台使用说明计算系统随机振动计算系统冲击响应平台使用说明计算系统求解列表平台使用说明响应结果曲线显示