Patran/Nastran粘接接触摄动模态分析

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Patran/Nastran粘接接触摄动模态分析

1 概述

    粘接（GLUE）接触是有限元分析中进行装配连接的一种常用方法，通过GLUE，可把多个部件连接在一起，以形成一个整体。一般情况下，粘接的状态是由初始状态控制的，即如果两个部件的距离小于接触距离容差，则这两个部件就被粘接在一起，否则就没有粘接。在非线性分析过程中，粘接的状态是随着分析过程中部件间的距离的变化而变化的，即初始状态下没有粘接到一起的部件，随着变形的增加，会被逐渐粘接到一起。由此思路，可实现变边界条件的预应力动力学分析。常见的应用如汽轮机叶片系统整圈模态分析。在低速旋转的情况下，叶片变形小，相互间没有贴紧，振动模态呈现单个叶片的振动。当转速超过某个值后，汽轮机叶片由于大的变形就会贴紧在一起，形成整圈结构，此时叶片的振动就不是单个叶片的振动，而是整圈的振动。关于摄动分析的具体方法可参考Nastran的相关教材，本文仅以一简单例子对此功能进行说明。

2 分析方法及步骤

1)  考虑两个悬壁板，自由端有重叠。如下图。

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

悬臂板模型

    在其中一板的自由端作用载荷，定义两板间的粘接关系，进行非线性分析。由于有较大的初始间隙间隙，在初始状态两板是独立的。

2)  非线性的计算结果

    对上面的模型进行计算，静变形的结果如下图：

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

静变形结果

由于上面的板具有较大的变形，和下板产生接触，从而粘接在一起。

3)        摄动模态分析结果

    在上面的解算结果的基础上，进行模态分析。模态分析结果如下：

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

第一阶模态振型

     根据第一阶模态的振型可知，两块板固接在一起。

4)         改变参数计算结果

    如果把载荷改小，则上板产生的变形小，两板则不会粘接在一起。如下图

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

两板的变形

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

第一阶振动模态

粘接时，Nastran会根据接触条件把一板的节点拖到另一板的接触面上，如果想实现有间隙的粘接，则可在定义粘接时勾选保留间隙选项。如下图：

file:///C:\Users\user\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image012.jpg

粘接参数设置

5)         计算文件工况控制段部分的内部，可参考下图。

file:///C:\Users\user\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image014.jpg

3 参考信息

适用版本：MSC Patran2010、MSC Nastran2010及以后版本