Nastran 中预载荷（static pre-load）作用下的动力学分析

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Nastran 中预载荷（static pre-load）作用下的动力学分析

1 概述

很多情况下，在计算动力学分析的时候需要考虑稳态静载荷（预载荷）的作用，主要是考虑静载荷引起的微分刚度的影响，然后使用新的刚度矩阵来进行后续的动力学分析。比如，研究桥梁等的动力学分析时，由于其结构比较庞大，自重是必须要考虑的因素，此时的自重就是恒定的静载荷，在做动力学分析时就必须要同时考虑静载荷和动态激励的影响。

对于此类问题，Nastran有比较好的解决方法，此处分别对瞬态响应分析与频率响应分析的分析方法进行说明，由于动力学分析分为直接法和模态法，本文以模态法为例，其他方法，请自行设置。

2应用实例

本文选取一端固支的板100x50mm为例分别对瞬态响应分析以及频率响应分析的过程进行说明。

静载工况：左端完全约束，右端每个节点都受到100N，沿X正向的力。

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

1.      模态法的瞬态响应分析。

此时的动载工况：左端完全约束，整个面板受到随时间变化的压力。

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

1-1  只考虑动载的作用

分析设置参考如下：

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

观察最终的分析结果，选取node 43在Z方向上的位移值。

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

1-2  同时考虑静载荷与动载荷的作用

分析设置参考如下：

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

需注意，此时，需两个工况，第一个工况进行静力学分析，第二个工况进行动力学分析，在动力学分析工况中使用STATSUB卡片将静载荷引起的刚度影响结果引入到动力学分析中使用。另外，如果在动力学分析中使用LSEQ卡片，需要注意，将LOADSET卡片放置在相应的动力学分析工况中。

观察最终的分析结果，选取node 43在Z方向上的位移值。

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

对比以上的分析结果，可以明显的看到，在考虑了静载荷影响之后，分析结果发生了明显的变化。

2.      模态法的频率响应分析。

此时的动载工况：左端完全约束，整个面板受到随频率变化的压力（0HZ，为0；0.1HZ~1000HZ，为1），右端所以节点受到随频率变化的力（0HZ，为1；0.1HZ~1000HZ，为0）。

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

2-1只考虑动载荷的作用

分析设置参考如下：

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

观察最终的分析结果，选取node 43在Z方向上的位移值。

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

此时，最大的响应值出现在频率256.3Hz处，为55356。

2-2 同时考虑静载荷与动载荷的作用

分析设置参考如下：

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

file:///C:\Users\user\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image021.jpg

与瞬态响应分析相同，此时，需两个工况，第一个工况进行静力学分析，第二个工况进行动力学分析，STATSUB，LSEQ，LOADSET卡片的使用方法也相同。需要注意的是，在频率响应分析时需使用Nastran安装中的安装文件D:\MSC.Software\MSC_Nastran\20122\msc20122\nast\sssalter中的fsuma.alt文件，在求解控制段增加控制参数：include 'SSSALTERDIR:fsuma.alt’，另外，如果是使用的模态法的频率响应分析，还需设置PARAM,DDRMM,-1。

另外，由于默认情况下，Nastran的频率响应结果不包含静态载荷结果，要使其包含静态结果须做如下设置：

1）  在动力学分析工况中，将静载荷定义只在0Hz的时候起作用，其它频率时为0。

2）  在动力学分析工况中，将动载荷设置为在0Hz时不起作用，其它频率时，载荷随频率变化。

最终的分析结果，选取node 43在Z方向上的位移值。

file:///C:\Users\user\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image023.jpg

此时，最大的响应值出现在频率267.7Hz处，为50706。

3参考信息

已经安装Nastran2013的用户，可以在Nastran的安装路径以下位置找到相关文件：

X:\ MSC.Software\MSC_Nastran\20131\msc20131\Doc\pdf_nastran\reference\qrg\qrg.pdf

适用版本：Nastran 2013及Nastran 2013以后版本

Leoven

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