Модальный анализ частотной характеристики используется для определения реакции конструкции на гармоническое (синусоидальное) возбуждение, где все силы на каждой частоте воздействия известны и определены в частотном диапазоне. Ответ на гармоническое возбуждение состоит из комплексных чисел и определяется как величина и фаза, или как реальные и мнимые компоненты.
Сначала будет выполнен модальный анализ для определения собственных форм и частот конструкции. Используя опцию рестарта в NX Nastran, которая позволяет перезапускать анализ, мы будем выполнять анализ частотной характеристики модальным методом без повторного извлечения собственных форм. Целью данного примера является определение отклика конструкции на нагрузку единичной амплитуды в диапазоне частот до 600 Гц. Этот диапазон частот был выбран на основе предварительного анализа собственных форм и частот и содержит первые три моды конструкции. Будем считать, что критическое демпфирование системы составляет 10%.
Для этого примера мы будем использовать уже созданную модель кронштейна. Процесс анализа включает в себя:
Импорт нейтрального файла FEMAP, содержащего узлы, элементы, свойства и материалы:
Создание закреплений
В этом примере модель должна быть закреплена.
Создание набора закреплений и применение фиксированных узловых ограничений:
Важное замечание: сохраните модель в известном каталоге. В этом примере потребуется доступ к этим файлам.
Извлечение собственных форм и частот позволит NX Nastran автоматически выбирать частоты (критические точки) для дальнейшего определения частотной характеристики изделия. Мы также воспользуемся возможностью рестарта анализа для использования результатов модального анализа в анализе частотной характеристики кронштейна.
Создайте модальный анализ и включите опцию рестарта анализа с помощью диспетчера FEMAP Analysis Set Manager:
Обратите внимание: убедитесь в том, что файлы, которые NX Nastran будет использовать для рестарта, находятся в каталоге, где ни одно из имен не имеет пробелов. Например, если путь к *.MASTER был бы C:\Analysis Files\filename.MASTER, NX Nastran не сможет добраться до файла рестарта. Путь C:\Analysis_Files\filemane.MASTER может быть использован потому, что имя каталога содержит символ подчеркивания вместо пробела. Чтобы определить директорию MASTER для Nastran, Вам может понадобиться включить некоторые настройки FEMAP (File, Preferences). Перейдите на вкладку Interfaces, в поле Direct Output To выберите «2..Specified Directory» и укажите директорию. В поле «Scratch Directory» выберите «2..Output Directory» и активируйте опцию сохранения файлов базы данных в скретч-директорию «Include Database Files in Scratch».
Важно: после завершения анализа собственных форм и частот убедитесь, что результаты были получены из NX Nastran, нажав клавишу F5 (команда View Select), а затем нажав кнопку «Deformed and Contour Data». В диалоговом окне «Select Post Processing» в разделе выходных наборов Output Set убедитесь, что «1.Mode 1, 89.813 Hz» имеется в наличии (если нет результатов, то анализ, возможно, не завершен успешно, и поэтому модель следует проверить на наличие ошибок, а затем перезапустить). Нажмите OK, затем нажмите ОК еще раз.
Также убедитесь, что базы данных NX Nastran (*.MASTER и .*DBALL файлы, "*" обозначает имя файла, которое пользователь дал в этом примере при сохранении модели перед запуском анализа) были сохранены для рестарта в каталоге, где анализ состоялся (должен быть в том же каталоге, где и файлы результатов *.op2 и *.f06).
Единичная нагрузка должна быть создана, чтобы оставаться постоянной во всем диапазоне частот. Функция будет использоваться для представления нагрузки в частотном диапазоне и задания направления для экстраполирования возбуждения на большие частоты.
Создание функции единичной нагрузки:
Совет: Вы также можете создать новую функцию с помощью команды «New» в контекстном меню, расположенном в разделе функции в дереве проекта Model Info (выделите верхний уровень раздела функции или любой существующей функции, затем щелкните правой кнопкой мыши, чтобы увидеть контекстное меню).
Приложите нагрузку к узлу кронштейна:
Синусоидальная нагрузка единичной амплитуды для анализа частотной характеристики создана.
Определение модального демпфирования:
Для задания модального демпфирования системы должна быть создана простая функция. Тип создаваемой функции зависит от задаваемого типа демпфирования:
1. Если известен коэффициент конструкционного демпфирования (G), то используется функция «6..Structural Damping vs. Freq».
2. Если критический коэффициент демпфирования известен, то используется функция «7..Critical Damping vs. Freq».
3. Если известен коэффициент добротности (Q), то выберите функцию «8..Q Damping vs. Frequency».
В нашем случае задан коэффициент критического демпфирования 10% на всем диапазоне частот. Поэтому будем использовать функцию типа «7..Critical Damping vs. Freq».
Создайте функцию для задания требуемого критического демпфирования системы:
ТЕПЕРЬ МОДЕЛЬ ГОТОВА К АНАЛИЗУ!
Определение частот решения
Частоты решения можно определить двумя способами. Одним из способов является создание функции, которая постепенно повышает частоту с определенным шагом в заданном диапазоне частот. Если Вы не извлекали собственные формы в предыдущем анализе, этот способ позволяет создать таблицу частот для возбуждения конструкции. Недостатком этого метода является то, что он даст вам большое количество точек решения в целом, а не концентрирует результаты вокруг собственных частот, где ответ конструкции должен быть наибольшим.
Поскольку мы запустили анализ собственных форм и частот, и NX NASTRAN имеет возможность перезапуска анализа, которую мы настроили ранее, мы можем использовать другой и более эффективный метод для создания таблицы частот. Используя известные результаты анализа собственных форм, которые мы запускали ранее, FEMAP может создать гораздо более точную таблицу частот для модального анализа частотной характеристики конструкции. Таблица частот, наряду с другими параметрами, будет задана в настройках гармонического анализа.
Создайте модальный анализ частотной характеристики и укажите рестарт анализа с помощью настроек анализа FEMAP. В настройках анализа будет создана модальная таблица частот Modal Frequency Table, основанная на первых трех собственных формах колебаний кронштейна.
Этот график показывает три пика, по одному на каждую из первых трех собственных форм. Значение Y является произвольным на этом графике, но значения X – это отличный способ визуализировать, в каком частотном диапазоне происходят максимальные возбуждения конструкции. Кроме того, ширина основания каждого пика представляет собой ширину резонанса на каждой собственной частоте (среднее время жизни резонанса).
Обратите внимание: заданные значения (5 точек на каждую моду и 10% разброса частотной области на каждый пик) являются неким стандартом для создания таблицы частот с использованием вычисленных собственных форм и подходят для большинства случаев.
Во многих случаях результаты модального частотного отклика лучше всего просматриваются с использованием возможностей построения графиков. Мы рассмотрим отклик одного узла во всем частотном диапазоне. Для этого примера мы будем использовать нагруженный узел с идентификатором 44.
Создание графика отклика отдельного узла конструкции в заданном диапазоне частот:
Совет: в новой модели параметр «Chart Selector» имеет значение «0»..None / Create New» по умолчанию. Поэтому при создании нового набора данных вместе с этим набором будет также создана диаграмма с настройками по умолчанию. Таким образом, на самом деле, не требуется использовать диспетчер диаграмм, если Вы не создаете несколько диаграмм.
Обратите внимание: первые 10 выходных наборов в модели представляют собой собственные формы кронштейна и не должны быть включены в график частотной характеристики узла 44.
По заданному набору данных в панели диаграмм Charting будет отображаться новый график.
Результирующий график покажет перемещение узла 44 в направлении Z во всем частотном диапазоне.
Областью построения графиков можно манипулировать, например использовать логарифмическую шкалу по оси X, Y или обеих осей одновременно. Некоторые результаты вдоль оси Y близки к 0,0 по сравнению с другими, поэтому, график, использующий логарифмическую шкалу для оси Y, может отображать более наглядную картину.
Используйте логарифмическую шкалу для оси Y для отображения перемещений узла 44 по оси Z:
На этом модальный анализ частотной характеристики закончен. Пожалуйста сохраните эту модель для использования в последующих уроках.
Попробуйте Siemens Femap и познакомьтесь с самыми современными возможностями моделирования в пре-/постпроцессоре Femap вместе с вычислительными возможностями ведущего в отрасли решателя Simcenter Nastran.
Посмотрите, как эти комплексные приложения для моделирования и анализа могут помочь Вам сэкономить деньги и сократить время выхода изделия на рынок благодаря оптимизированным проектам, уменьшению числа прототипов и натурных испытаний.
По этой ссылке Вы получите доступ к полной версии Siemens Femap: Base Module с дополнительным модулем Dynamic Response. Нет ограничений по количеству сохранений, размерам моделей или другим факторам, которые ограничивают Вашу способность моделировать и анализировать готовые проекты изделий.