![OptiStruct结构分析与工程应用](https://wfqqreader-1252317822.image.myqcloud.com/cover/690/41398690/b_41398690.jpg)
6.6 实例:铁塔的地震激励响应
![](https://epubservercos.yuewen.com/79087D/21570843808787406/epubprivate/OEBPS/Images/75_01.jpg?sign=1734459745-L85qfbIJ3Iah0REFd97hCvtEdlZXvLLo-0-f027b2837dc424aee34875ab1560a3fd)
铁塔架设完毕后,除承受自重和输电线等附件的静态荷载外,还会承受风载以及地震等动态载荷。本例将计算铁塔在地震加速度作用下的动力响应,通过强迫位移激励以及输入曲线描述可能的地震载荷,在OptiStruct中求解铁塔在地震冲击瞬间的动态响应。
采用HyperMesh导入tower_TRAN.fem文件,如图6-8所示,模型采用国际标准单位制: N、m、kg,铁塔高为17.75m,总质量85.3t (85.3×103kg)。导入的模型中已包含网格及所有材料属性,还包含载荷曲线定义SPCD_TABLED1。这里需要进行的设置包括: 定义4个支座的强制位移SPCD;设置瞬态载荷TLOAD将强制位移与载荷曲线进行关联;设置瞬态分析时间步;设置SDAMPING阻尼;设置输出集 (减小文件大小)。
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图6-8 铁塔有限元模型
模型设置
Step 01 在模型浏览器中右击并选择Create,选择Load Collector。
- 将Name改为“eigrl”。Card Image项选择EIGRL。
- 在V2字段输入100.0,表示提取铁塔结构100Hz以下的振动模态。
Step 02 在模型浏览器中右击并选择Create,选择Load Collector。
- 将Name改为“SPCD”。单击面板的Analysis→constraints按钮(见图6-9),更改load types为SPCD;取消勾选dof2~dof6;在保留的dof1中输入1.0。
- 单击nodes按钮后选择id为22、43、101、392的4个支座节点;单击Create按钮,创建SPCD类型的动态强迫位移激励。
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图6-9 在HyperMesh中设置X方向SPCD
Step 03 在模型浏览器中右击并选择Create->Load Collector,如图6-10所示。
- 将Name改为“TLOAD_X”。Card Image项选择TLOAD1。
- 在EXCITEDID选项中,选择上一步创建的SPCD载荷。
- 在TYPE选项中,选择DISP类型,表示该瞬态载荷为强迫位移形式。
- 在TID选项中,选择SPCD_TALBED1,定义该瞬态载荷的输入曲线。
Step 04 在模型浏览器中右击并选择Create->Load Collector。
- 将Name改为“TSTEP”。Card Image项选择TSTEP。
- 在TSTEP_NUM选项中,设置N为10000,DT为0.001,表示采用0.001的定步长计算10000步,总时长10s。
Step 05 在模型浏览器中右击并选择Create->Load Collector(2020版本HyperMesh以后,为右击并选择Create->Curve)。
- 设置Name为“SDAMP”,Card Image项选择TABDMP1。
- TYPE设置为CRIT,输入图6-11所示的曲线数值,表示各阶模态阻尼比均为0.005。
Step 06 在模型浏览器中右击并选择Create->Set。
- 将Name改为“Grid Set”。Card Image项选择SET_GRID。
- 单击Entity IDs选项,选中id为22、43、101、392、574的四个支座节点以及塔顶节点。
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图6-10 在HyperMesh中设置TLOAD1卡片
![](https://epubservercos.yuewen.com/79087D/21570843808787406/epubprivate/OEBPS/Images/76_03.jpg?sign=1734459745-Ml8AauhZv8AFDaKWS0YfFymUy9LvsDn4-0-3be2960bb7af9b7f96f2c6155b9b6a40)
图6-11 在HyperMesh中设置SDAMPING(阻尼)
Step 07 在模型浏览器中右击并选择Create->Load Step,设置模态、法瞬态分析工况如图6-12所示。
- 将Name改为“mtran”;Analysis type选择Transient(modal)。
- SPC选择SPC;DLOAD选择TLOAD_X。
- METHOD(STRUCT)选择eigrl;TSTEP选择TSTEP。
- SDAMPING(STRUCT)选择SDAMP。
Step 08 在模型浏览器中右击并选择Create->Output,定义工况结果输出,如图6-13所示。勾选DISPLACEMENT,在OPTION选项中选择SID,并选择Grid Set集。
![](https://epubservercos.yuewen.com/79087D/21570843808787406/epubprivate/OEBPS/Images/77_01.jpg?sign=1734459745-6TWvN792DrcMiZ6pJf5xvdoQ65WZK3ei-0-838430eb346a4782ca1f4da76ed0aa46)
图6-12 在HyperMesh中设置MTRAN
![](https://epubservercos.yuewen.com/79087D/21570843808787406/epubprivate/OEBPS/Images/77_02.jpg?sign=1734459745-mRkwqnE9aMzIlPNnc8Pp02xtHtcUw1Vc-0-d8cb317e422b9ee4c723583fda44c05b)
图6-13 在HyperMesh中设置输出的集合
Step 09 提交OptiStruct求解。在Analysis面板中单击OptiStruct按钮提交求解。也可以导出生成新的.fem文件,使用HyperWorks Solver Run Manager对话框提交求解。
结果查看
求解完成的.h3d输出文件容量仅为1.66M。使用HyperGraph打开.h3d文件,可以发现输出文件中仅包含所选SET对应的5个节点的位移输出曲线。绘制塔顶574号节点以及基础支撑22号节点的X方向位移曲线,如图6-14所示。可以看到,塔顶节点574在基础激励的位移上叠加了铁塔本身的振动,而基础节点22的位移曲线与输入的TABLED1保持一致。
![](https://epubservercos.yuewen.com/79087D/21570843808787406/epubprivate/OEBPS/Images/77_03.jpg?sign=1734459745-Y9ZokjB6puqzvZwYkex2ZahQn6El3Ig9-0-5b21870de37a5c9cbe1d925f86398cfc)
图6-14 在HyperGraph中绘制铁塔支座以及塔顶的振动曲线
为了进一步求取结构本身的振动,可以使用HyperGraph中的曲线数值计算功能得到塔顶相对基础激励的振动曲线。如图6-15所示,添加曲线/math类型,定义表达式的横坐标为p1w1c1.x,纵坐标为p1w1c1.y-p1w1c2.y。
![](https://epubservercos.yuewen.com/79087D/21570843808787406/epubprivate/OEBPS/Images/77_04.jpg?sign=1734459745-2iY7Rja0uUrVHEbkgfXZE0gLG2JmnrsD-0-45158ec4e9e49897335992c887fbe00b)
图6-15 在HyperGraph中绘制塔顶相对支座的振动曲线
可以看到,冲击激励下结构相对振动的最大相对振幅约为7mm,发生时刻为0.15s,随后振动逐步衰减。而横向激励的峰值发生在0.55s,它们的发生时刻是不相同的。
回到HyperMesh中调整输出,在Global Output中添加STRAIN输出,输出集选为ALL,然后再次提交OptiStruct求解,可以看到,这种情况下.h3d输出文件的容量增大到300M。
在HyperGraph中打开新的求解结果,选择查看ID=530的塔顶单元应变,如图6-16所示,在冲击作用下塔顶单元的最大应变也发生在0.15s附近。
![](https://epubservercos.yuewen.com/79087D/21570843808787406/epubprivate/OEBPS/Images/78_01.jpg?sign=1734459745-vzzKRQDdBCjYXJnb6tPP7aAwpNeFybbt-0-ef034a439786eacb8847c85f9b6a3fc4)
图6-16 在HyperGraph中绘制塔顶单元的应变曲线