Marc中预应力模态计算

feifeidexie

Marc中预应力模态计算

1 概述

    在考察结构的动力学特性时，往往不是单纯的考察结构在无应力或自由状态下的特征，结构在工作状态下，例如：结构需要进行预紧或施加预载荷、结构在热环境中存在热应力的影响等等都对结构的动力学特性有显著的影响。这些特征往往需要采用非线性分析软件进行性能的预测，下面就通过Marc进行结构预应力模态计算的方法介绍给大家。这里提到的预应力可以是结构所承受的预载荷导致，也可以是热应力。

2实现方法

在Marc中进行预应力模态计算可以通过两个工况来实现，第一个工况对应产生预应力的工况，第二个工况对应模态提取。在Marc的任务中顺序执行两个工况实现预应力模态的提取。在具体实现的过程中为了确保第二个工况模态提取中进行结构刚度计算时能够充分考虑前一个工况产生的预应力对结构刚度的影响，需要通过以下两个设置来实现：

l  Large displacement大变形选项

l  Min.# Recycles  最少迭代次数选项

具体实现时也可以通过两个或多个分析任务来实现，例如进行热应力模态计算，在第一个分析任务中进行热传导分析，计算完成后，在第二个分析任务中，将第一个分析任务得到的温度场分布结果作为初始条件或边界条件指定到第二个分析任务中得到热应力，并进一步提取热应力模态结果。

3应用实例

下面以3D梁单元为研究对象，首先考虑无预应力模态计算的情况（单一工况）；截面形状为圆形，直径为0.5，下图为通过Mentat（经典界面）前处理Geometric property进行几何属性定义的截面。在梁的顶端定义固定位移约束边界条件。材料为钢材。

file:///C:\Users\user\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image002.jpg

2011及以后版本的全新界面中的定义菜单如下图所示：

file:///C:\Users\user\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image004.jpg

此时计算前十阶模态得到下图所示的结果，分析工况以及任务参数采用默认设置即可：

file:///C:\Users\user\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image006.jpg

3维梁单元无应力模态

对上述结构施加轴向力后计算预应力作用下的模态（两个工况），如下图所示，在前面介绍的模型基础上增加沿着轴向的集中力边界条件：

file:///C:\Users\user\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image008.jpg

2011及以后版本的全新界面中的定义菜单如下图所示：

file:///C:\Users\user\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image010.jpg

       此时需要定义两个工况，工况1为静力学分析工况，包含上述位移约束和集中力载荷边界条件，注意此时需要设置工况1中的最小迭代次数为2，保证模态计算时使用的刚度矩阵是包含了预应力的作用的，如下图（左）所示：

file:///C:\Users\user\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image012.jpgfile:///C:\Users\user\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image014.jpg   
       2011及以后版本的全新界面中的定义菜单如下图所示：

file:///C:\Users\user\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image016.jpg

        工况2为模态计算工况，同样采用默认设置即可。在定义任务参数时要保证激活largedisplacement（largestrain）选项，如下图所示，

file:///C:\Users\user\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image018.jpgfile:///C:\Users\user\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image020.jpg

    2011及以后版本的全新界面中的定义菜单如下图所示：

file:///C:\Users\user\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image022.jpg

计算前十阶模态得到下图所示的结果：

file:///C:\Users\user\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image024.jpg

     预应力模态的计算不仅可以通过单一任务两个分析工况顺序执行来实现，也可以通过两个分析任务来实现，例如下例中，通过施加轴向力后计算预应力作用下的模态（两个分析任务），在完成上述预应力模态计算模型的工况1的定义后，递交分析任务（job1），可以得到梁的应力分布，该计算结果可作为模态分析任务（job2）的初始条件。如下图所示：

file:///C:\Users\user\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image026.jpg

    2011及以后版本的全新界面中的定义菜单如下图所示：

file:///C:\Users\user\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image028.jpg

       此时计算前十阶模态得到下图所示的结果：

file:///C:\Users\user\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image030.jpg

         进行热应力模态计算时，可以将温度分布结果通过第一状态变量匹配到结构中进行后续的热应力模态的计算。

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        通过上述内容介绍了Marc进行预应力模态的计算可以通过两种实现形式，一种是多工况分析，此时需要激活大位移Largedisplacement（LargeStrain）选项，并设置应力计算工况的最小迭代次数（Min.# Recycles）为2;一种是多任务分析方法。直接将应力作为初始条件输入到模态计算任务中即可。

4 参考信息

模型文件：normal_modal.mud、prestress_modal.mud

适用版本：Marc 2013.1及之前版本的经典界面

          Marc 2011及之后版本的全新界面

ZR199002

楼主可以看下源程序吗？求预应力的实例啊……

feifeidexie

ZR199002 发表于 2014-8-5 18:47
楼主可以看下源程序吗？求预应力的实例啊……

不好意思，现在手上没有

hutuluohan

兄弟很给力，好贴顶一下！

foxmatio

哇，这个不错，2013.1版本教材目前不好找

smedlut

MSC做的预应力模态分析

Carlidle

真是好贴。