预应力结构的模态分析

预应力结构的模态分析●典型的实际例子是：●薄壁压力容器增压主导的刚度和自然频率，如火箭燃料箱和卫星氧气罐●显著重力加压的结构，如悬索的桥梁和油轮●乐铉上为获取所需频率的张力●承受离心力结构如涡轮喷气发动机和风扇叶片预应力结构的模态分析●模态分析时考虑结构施加静载的目的是为模态分析获取施载结构的刚度矩阵●有三项内容会影响刚度矩阵●材料非线性，如弹塑性行为●几何刚度，由于结构形状变化所致●可以由小或大的位移造成●跟随力刚度，随着位移变化而发生变化●可以由小或大的位移造成预应力结构的模态分析（续）●标准的特征值问题需要两个条件：●刚度矩阵必须是常量。意味着小挠度，结构的应变和应力是由于弹性材料行为造成。●施加的载荷不影响刚度●本标准方法要求如下：●小位移●线性材料●对于压力容器和其他承受大的拉伸或恒定载荷的结构，结构的刚度和自然频率受载荷影响。预应力结构的模态分析（续）预应力结构的模态分析（续）●考虑预应力的特征值问题是：●这里[K]D是微分刚度矩阵●MDNastran可以分析这种现象●有两种方法去求解该类问题，它们是：●SOL103●线性静力分析，然后特征值提取●SOL106●非线性静力分析，然后特征值提取●在MDNastran里考虑3种基本的方法●使用冷启动运行SOL103包含两个subcases，第一个subcase被用来从线性静力分析中获取微分刚度，第二个subcase被用来使用前一个subcase的微分刚度计算特征值。这种方法只允许小位移理论的几何刚度和跟随力刚度更新。●使用冷启动运行SOL106并且使用模态分析最后载荷步完成后的刚度矩阵。这种方法支持所有的非线性材料、几何大变形和跟随力问题。●使用冷启动运行SOL106，然后使用SOL103重启动。这种方法被用于MDNastranV2001之前版本。该方法不推荐经验较少的用户使用，因为需要控制许多参数。所有的非线性影响可以被使用。预应力结构的模态分析（续）●推荐●如果位移量小并且没有明显的非线性发生，适用SOL103方法●如果非线性或大位移是重要的，适用SOL106方法。●Patran直接支持SOL106方法，包含多个subcases.●Patran直接支持SOL103方法，通过选择先前创建的带“(Preload)”前缀的静态subcase。●现在展示对每种方法的案例研究预应力结构的模态分析（续）案例：使用SOL106计算预应力结构模态●两端闭合的薄壁圆柱的正则模态分析考虑以下两个条件a.无预载荷b.内部承受100psi的压力tld几何模型:●未展示条件(a)的详细设置●关于条件(b),正常定义静态载荷后定义SOL106.圆柱壁厚0.01625inches盖子厚度0.25inches长(l)10inches直径(d)2inches弹性模量1.0E7psi密度0.101lbm/in3柏松比0.33案例：使用SOL106计算预应力结构模态(续)压力载荷作为预载荷工况设置。内部压力100psi施加在所有单元上案例：使用SOL106计算预应力结构模态(续)要求SOL106非线性求解类型。求解参数允许大位移和跟随力。如果包含非线性材料可以考虑其对结构的影响。案例：使用SOL106计算预应力结构模态(续)选取包含压力载荷的subcase，然后选择subcaseParameter，勾选normalmodes项表示考虑模态分析。注意案例：使用SOL106计算预应力结构模态(续)查看MDNastran.bdf文件输出:NLPARM和METHOD在CaseControl部分使用LOAD=2考虑静态预载荷并指到压力载荷.LGDISP可以激活大位移PARAMNMLOOP1强迫使用更新刚度矩阵计算模态分析.NLPARM反映非线性设置参数EIGRL反映正则模态分析参数案例：使用SOL106计算预应力结构模态(续)TITLE=MDNastranjobcreatedon12-Apr-07at16:46:17MDPatran2006r2April12,2007at16:44:18●SOL103模态分析的特征值结果SOL106预载荷模态分析的特征值结果案例：使用SOL106计算预应力结构模态(续)预载荷模态与先前模态分析的结果比较.模态分析第一阶模态考虑预载荷模态分析的第一阶模态两种方法计算出的第一阶固有频率的形状是不同的案例：使用SOL106计算预应力结构模态(续)可以手动修改先前的SOL106.bdf文件来执行SOL103预载荷模态分析…又或使用Patran,下面几页将展示将求解类型改为SOL103,NormalModesanalysisCreateasecondsubcasefornormalmodesanalysis.UseSTATSUBtorefertothestaticanalysiscase.案例：使用SOL103计算预应力结构模态DeleteNLPARMreferenceTITLE=MDNastranjobcreatedon12-Apr-07at16:46:17为模态分析创建第二个subcase.使用STATSUB来参考静态分析将修改的bdf文件递交到MDNastran进行预载荷模态分析案例：使用SOL103计算预应力结构模态(续)MDPatran2006r2TITLE=MDNastranjobcreatedon12-Apr-07at16:46:17April12,2007at16:48:17●使用2种方法计算出的模态结果●使用SOL103方法的预载荷模态●使用SOL106方法的预载荷模态案例：使用SOL103计算预应力结构模态(续)●使用Patran来设置一个预载荷模态分析需要3步:1)创建静态载荷并使用所有的合适的边界约束建立载荷工况,然后建立静态分析的Subcase2)使用适当的边界约束条件创建模态载荷工况,然后创建模态分析Subcase3)然后选择preload,随后选取模态Subcase并运行分析案例：使用SOL103计算预应力结构模态(续)●步骤1…创建StaticLoadCase,设置SolutionType,创建Subcase案例：使用SOL103计算预应力结构模态(续)●步骤2…创建ModesLoadCase,设置SolutionType,创建Subcase案例：使用SOL103计算预应力结构模态(续)●步骤3…选择Preload,然后选择ModesSubcases并运行分析案例：使用SOL103计算预应力结构模态(续)