（原创）谐响应分析总结

venture

一 什么是谐响应分析？
确定一个结构在已知频率的正弦（简谐）载荷作用下结构响应的技术。
谐响应分析的局限性
1.所有载荷必须随时间按正弦变化
2.所有载荷必须有相同的频率
3.不允许有非线性特性
4.不计算瞬态效应
可以通过瞬态动力学分析来克服这些限制，即将简谐载荷表示为有时间历程的载荷函数。
二 输入：
1. 已知大小和频率的谐波载荷（力、压力和强迫位移）；
2. 同一频率的多种载荷，可以是同相或不同相的。
三 输出：
1. 每一个自由度上的谐位移，通常和施加的载荷不同相；
2. 其它多种导出量，例如应力和应变等。
四 谐响应分析用于设计：
1. 旋转设备（如压缩机、发动机、泵、涡轮机械等）的支座、固定装置和部件；
2. 受涡流（流体的漩涡运动）影响的结构，例如涡轮叶片、飞机机翼、桥和塔等
五 为什么要作谐响应分析？
1. 确保一个给定的结构能经受住不同频率的各种正弦载荷（例如：以不同速度运行的发动机）；
2. 探测共振响应，并在必要时避免其发生（例如：借助于阻尼器来避免共振）。
六 谐波载荷的本性
1. 在已知频率下正弦变化；
2. 相角y允许不同相的多个载荷同时作用， y缺省值为零；
3. 施加的全部载荷都假设是简谐的，包括温度和重力。
七 复位移
在下列情况下计算出的位移将是复数
1. 具有阻尼
2. 施加载荷是复数载荷（例如：虚部为非零的载荷）
3. 复位移滞后一个相位角y（相对于某一个基准而言）
4. 可以用实部和虚部或振幅和相角的形式来查看
八 模型
1. 只能用于线性单元和材料，忽略各种非线性；
2. 记住要输入密度；
3. 注意：如果ALPX（热膨胀系数）和DT均不为零，就有可能不经意地包含了简谐热载荷。为了避免这种事情发生，请将ALPX设置为零。如果参考温度 [TREF]与均匀节点温度 [TUNIF]不一致, 那么DT为非零值。
九 施加谐波载荷并求解
1. 所有施加的载荷以规定的频率（或频率范围）简谐地变化
2. “载荷”包括：
位移约束-零或非零的
作用力
压强
注意：如果要施加重力和热载荷，它们也被当作简谐变化的载荷来考虑！
十 规定谐波载荷时要包括：
振幅和相角
频率
1. 振幅和相角
（1）载荷值（大小）代表振幅 Fmax
（2）相角 f 是在两个或两个以上谐波载荷间的相位差，单一载荷不需要相角 f 。
（3）ANSYS 不能直接输入振幅和相角，而是规定实部和虚部分量；
例如，施加两个简谐力 F1和 F2 ，其相角相差 f:
F1real = F1max (F1的振幅)F1imag = 0
F2real = F2maxcosfF2imag = F2maxsinf
（4）可以使用APDL语言计算，但要确保角度单位为度（缺省为弧度）。
2. 频率
通过频率范围和在频率范围内的子步数量来规定每秒的循环次数（赫兹）；
例如，在0-50频率范围内有10个子步时将给出在5，10，15...45和50Hz等频率上的解；而同一频率范围只有一个子步时，则只给出50Hz频率上的解
十一 观看结果
分三步
post26
绘制结构上的特殊点处的位移-频率曲线
确定各临界频率和相应的相角
post1
观看整个结构在各临界频率和相角时的位移和应力
1. 位移-频率关系曲线
（1）首先定义 POST26 变量节点和单元数据表
用大于等于二的数据识别
变量1包含各频率，并是预先定义了的，所以我们只能从2开始定义。
（2）定义变量
挑选可能发生最大变形的节点，然后选择自由度的方向；
定义变量的列表被更新。
（3）画变量关系曲线
2. 确定各临界频率和相角
（1）用图形显示最高振幅发生时的频率；
（2）由于位移与施加的载荷不同步（如果存在阻尼的话），需要确定出现最大振幅时的相角；
要进行上述工作，首先要选择振幅+相位选项。然后用表列出变量。
（3）下一步就是观看整个模型在该频率和相角下的位移和应力（使用POST1）
3. 观看整个结构的结果
（1）进入POST1，且列出结果综述表，确定临界频率的载荷步和子步序号；
十二 谐响应分析和瞬态响应分析
很多问题谐响应分析和瞬态响应分析都可以做，关键取决于你想得到的结果。
1. 一个是频响特性，一个是时域响应，有本质的不同  
2. 谐响应分析是频率段扫描，也就是说分析它在一个频率范围内的响应，可以得到在各个频率下的位移（或应力）响应。如果想做单一频率下的响应可以把子步数设为1。如在0-50频率范围内有10个子步时将给出在5，10，15...45和50Hz等频率上的解；而同一频率范围只有一个子步时，则只给出50Hz频率上的解。
3. 瞬态分析是时间历程分析，可以提取一个正弦周期时间段上变化的载荷。计算出结构在这个时间段上的响应。用载荷函数表示正弦载荷加载就ok了。
4. 如果你想得到结构在频率段（或单一频率点）激励下的响应分布，可以用谐响应分析（是在模态分析上的延伸，得到的结果和模态分析的结果类似，这时你得不到在一个载荷作用周期内的位移或应力随时间的变化）。如果你想得到结构（或结构上某点）在载荷作用下位移（或应力）随时间变化可以用瞬态分析。
十三 针对谐响应分析的问题
1.谐响应分析能显示应力。
2.谐响应分析的多载荷叠加
首先这些载荷要是同频率的，叠加的其实是它们的振幅（载荷值）。如果相位差为零，2者数值直接相加。如果有相位差，则将其中1振幅表示为复数形式（也就是向另一个方向上分解），具体见十。
另外补充一下：
可能有人认为简谐分析载荷就是正弦变化的，它的频率只有一个，为什么分析的时候可能要输入一个频率段？可以这样举个例子说明：
一个变频电机带动一个偏心轴，给一部件一正弦强制位移激励。变频电机转速变化时，激励频率也随之变化。我们要求出临界频率（共振频率），所以要输入电机的最高和最低转速（频率段）。
二个载荷叠加的问题：
系统中激励数量可能有多个，假如激励是变频电机，谐响应分析中要求他们转速保持一致（频率保持一致），可以有相位差。

[ 本帖最后由 venture 于 2007-8-18 09:27 编辑 ]

venture

有关于谐响应分析的，大家可以来交流一下。看了好，斑竹来加个精。:@)

sysh320

我也做过谐响应分析，你的总结确实挺有用的，呵呵
多谢提供个人心得！

ybs309

总结的好,对我启发不小! 在有非线性特性的系统中,应该怎么样来进行谐响应分析?

[ 本帖最后由 sysh320 于 2006-11-8 22:06 编辑 ]

venture

谐响应分析的局限性
1.所有载荷必须随时间按正弦变化
2.所有载荷必须有相同的频率
3.不允许有非线性特性
4.不计算瞬态效应

suancaiyu

谐响应分析的局限性
1.所有载荷必须随时间按正弦变化
2.所有载荷必须有相同的频率
3.不允许有非线性特性
4.不计算瞬态效应

谐响应不是分析在一定频率范围内的响应吗

venture

原帖由 suancaiyu 于 2006-11-27 22:28 发表
谐响应分析的局限性
1.所有载荷必须随时间按正弦变化
2.所有载荷必须有相同的频率
3.不允许有非线性特性
4.不计算瞬态效应

谐响应不是分析在一定频率范围内的响应吗

要分清物体的固有频率和载荷频率。一定频率范围是指激励载荷的范围，由一系列单一正弦载荷组成的。

bigbell

请问venture版主
"post1
观看整个结构在各临界频率和相角时的位移和应力"

这个临界相角是激振力的初始相角吗？即某一临界频率下，只有在某一个特定相角下，某点位移（或应力）响应的结果才是一定的，否则是周期变化的？

谢谢venture版主指教！

qiurui

航空发动机叶片受来流的激励属于谐响应分析的范围吗？
该如何计算呢？

jiangxuchu

谢谢，刚才还就这两个分析的应用范围发个帖子，十分感谢！

zhenhe

请教楼主：我在做模态分析时，通过Main Menu: General Postproc > Result Summary可提取固有频率，然后通过
/POST1
SET, 1, 1
PLDISP
ANMODE,10,0.05
上面这几个命令可以看到振型，但我怎么把振型提取出来呢？命令是什么啊，菜单操作又是怎样的呢？因为我想把所有的振型保存成文本文档以用于后续计算！还有我是否可以把每个单元的模态刚度和模态质量提取出来呢？
请多多指教，谢谢！

aircraft

大家好!我想请教个谐响应分析问题.
我在做个悬链线形状的索的谐响应分析,用的是一维pipe单元,存在两个节点.
通常的谐响应分析是一种稳态的受迫振动
然后查看某一点的位移和施加的载荷频率的关系曲线图

我现在需要加的载荷刚好是在悬链线的其中一个端点,
也就是边界上节点在其节点坐标系下是进行周期振动
请教各位大哥,此问题应该怎么解决?

aircraft

单元刚度矩阵可采用/debug命令来输出。
可在求解命令前执行：/debug，－１，，，１可输出单元刚度矩阵，
你可以试试。

aircraft

模态分析的结果被写入结果文件.rst中,包括:固有频率,振型和相对应力分析

toma119

谐响应分析我认为最主要的也是最重要的是  阻尼的设定

阻尼直接关系结构的力和位移响应,如果仅仅是考虑共振,直接模态分析就能搞定

一般的材料手册上都没有给出常用材料的阻尼系数,如铝  钢的

希望楼主和各位大峡,告诉我哪里能找到各种材料的阻尼系数