MSC.NASTRAN动力学分析培训内容分享（一）

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　　前段时间无意中看到了MSC.NASTRAN动力学分析培训的推广，甚是兴奋，于是，老黄和段博士两人就跟老板申请了点出差补助(中国好老板)，背着笔记本，于2016.5.18日踏上了前往帝都之路。

　　这次培训最大的收获就是认识了NASTRAN高级工程师李老师、系统的学习了动力学分析内容(授课内容)、解决了水面船舶振动与噪声NASTRAN计算的技术难题，原来这个软件在工程领域还有这么多高大上的玩儿法。

　　到北京后，每天的路线图是这样的：

　　没错，培训就在中央美术学院旁边，吼吼!!


　　言归正传，本次MSC.NASTRAN动力学分析培训的主讲人就是做过若干年汽车NVH的高级工程师李老师。由于培训内容较多，为了便于给大家介绍这次培训，将此次培训内容分两次推送吧，本次推送内容如下：

　　√动力学分析基础回顾
　　√质量模型的相关概念
　　√阻尼模型的相关概念
　　√模态分析
　　√模态检查

　　1、动力学分析基础回顾
　　该部分通过单自由度介绍动力学分析，首先，通过一个自由度模型描述固有频率，然后，介绍阻尼，并且涉及到临界阻尼和无阻尼的求解，最后，构造Forcing function和随时间和频率变化的单自由度响应，并且与运动方程量比较。

　　2、质量模型的相关概念
　　介绍与质量模型相关的一些概念，描述集中质量和耦合质量，回顾质量单位，展示在PATRAN中如何创建不同类型的质量及其在NASTRAN中得含义。

　　在材料属性框中定义密度，在单元Physical Property对话框中定义非结构质量，用CONM1(在几何节点上定义6*6对称质量矩阵)，CONM2(在几何质点上定义集中质量)或CMASS1定义质量单元。

　　通常，耦合质量计算精度高，集中质量计算节约时间，设置PARAM,COUPMASS,1定义耦合质量，默认状态为集中质量。

　　NASTRAN推荐使用一致的单位制，国内通用单位制：mm，N，s、Tan(吨)。根据需求将重力单位转换为质量单位时，使用PARAM,WTMASS,FACTOR参数进行转化，FACTOR=1/G，G为重力加速度，默认转化因子为1.0，如果模型中采用英制单位，那么此时重力转换为质量的转化因子为0.00259，此时G=386.4in/sec2。

　　通过材料密度定义结构质量，MATi卡片。非结构质量从单元属性输入，与结构质量无关。输入形式是，线性单元输入的是单位长度上的质量，2D单元上输入的是单位面积上的质量。

　　3、阻尼模型的相关概念
　　阻尼从一个系统中耗散能量，在动力学分析应该定义什么阻尼水平?到目前为止，关于这个问题没有好的答案!针对具体的结构型式和材料，定义阻尼主要来自一下方面：测试结果、工业标准、公司数据积累。

　　一般原则，最低水平阻尼对应着最保守的的设计，阻尼典型值 (没有被严格验证!)：

　　  · NC machined components：2% to 5% of critical
　　  · Fabricated metal components：临界阻尼4%到10%
　　  · 复合材料：临界阻尼6%到20%

　　NASTRAN中的阻尼类型：

　　  · 粘性阻尼–阻尼力与速度成正比(e.g.支持频变特性)
　　  · 结构阻尼力正比与结构位移
　　  · 模态阻尼-利用试验测试数据得到
　　  · 瑞利阻尼–阻尼力正比于结构的质量、刚度矩阵

　　4、模态分析
　　  · 计算结构固有频率和模态的原因
　　  · 评估结构的动力学特性
　　  · 评估可能对载荷的动态放大
　　  · 使用模态数据(固有频率和模态振型)到后面的动态分析
　　  · 评估随后动力学分析需求。对于瞬态响应分析，可以依照最高频率计算最高效的时间步。对于频率响应分析，可以找到最适合的频率区间
　　  · 对结构试验作指导。 确定加速度计的最佳安放位置和避免部件过应力
　　  · 评定设计变化的影响

　　本节侧重于使用PATRAN和NASTRAN定义多自由度的模态分析，模态计算时，可采用DOMAINSOLVER卡片进行加速计算，对于大型复杂结构的模态分析，其计算速度提高较为明显。

　　5、模态检查
　　主要有四种模态检查工具，有效质量、单元应变能(ESE)、节点动能(GPKE)、重力检查。

　　1)有效质量
　　无论是在瞬态还是频响分析中，都很难预测哪阶模态在结构的响应中占主导地位。一种帮助预估重要模态的方法是计算模态参与因子。特征向量的线性叠加可以被用到定义任意向量。这是因为模态分析中计算的特征向量是彼此线性独立的并且跨度模型响应的向量空间。

　　添加MEFFMASS(ALL)=YES语句，即可计算每阶模态参与的有效质量，可以得到六个自由度上的模态分布，分析影响大小。很多时候,模态有效质量被用来判断是否获取了足够的模态。

　　2)单元的应变能
　　单元应变能(ESE)是为了获取最大效果判断需要修改位置的好方法。模态分析与改变某阶模态中最高应变能单元刚度类似通常都是改变那阶模态频率的最有效方法。可以试用云图显示每阶模态的ESE，改变相应模态的高ESE位置是改变频率最有效的方法。

　　在Case Control Command位置使用ESE=all指令实现，打印出的应变能可以按模态、单元类型以及每个单元类型所占的百分比。

　　3)节点动能
　　节点动能(GPKE)允许确定每一个自由度对某特定模态运动的贡献度。该方法允许区分局部和全局模态，全局模态即许多自由度参与，局部模态即少数自由度参与。GPKE通常仅在集中质量方法中有意义。

　　使用GPKE=ALL命令，即可计算每阶模态的节点动能，模态动能越大的地方，放置传感器测量。

　　4)重力检查
　　重力(或质量)输出可以使用生成节点重力，PARAM,GRDPNT,x，这里x是模型中的一个节点，该节点的质量和转动惯量将被计算。该方法中,重力(或质量)使用g-set计算。

　　WEIGHTCHECK(SET=ALL)=YES语句，将计算各阶模态的参与有效质量。

　　总的来说，使用多个工具来检验模态是必要的，这些工具包含模态动画、有效质量、ESE、GPKE以及Weight check。

　　本文未完，后续内容待作者整理完成后再行发布。
　　声明：本文为投稿文章，作者为声振研究公众号老黄，版权归原作者所有，转载请联系原作者授权。