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翻茅
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1 动态设计分析方法 DDAM 介绍及应用李增刚 ( 北京诺思多维科技有限公司,forengineer@126.com) 摘要 : DDAM 在水面战舰和水下潜艇的抗冲击计算中有着广泛的应用, 本文着重介绍了 DDAM 的概念, 以及在 NEi Nastran 中如何进行 DDAM 计算, 并提供了进行 DDAM 分析的详细步骤, 以及对计算结果的统计信息的说明关键词 :DDAM NEi Nastran 冲击响应 1 DDAM 概念 DDAM(Dynamic Design Analysis Method, 动态设计分析方法 ) 是美国海军广泛使用的基于冲击谱的响应分析方法二战中大量战舰在非接触式爆炸冲击作用下失去战斗力现代舰船设计时, 都应该进行抗冲击试验, 对于不能进行抗冲击试验的设备应进行有限元动态设计 DDAM, 以检验设备的抗冲击能力 DDAM 计算方法是先计算出结构的某些阶模态阵型和模态质量, 将这些模态进行响应计算, 得到每阶模态的响应, 然后将每阶模态的响应按照某种规则进行合成, 得到总的响应 DDAM 分析的输入激励是由美国海军在进行了大量的实验基础上总结出来的经验公式, 输入加速度潜艇的位置不同而有所不同 A a 和速度 V a 见表 1, 它根据设备安装在舰船或我国国军标 GJB 规定了 DDAM 输入公式中的系数和常数根据输入, 可以得到各阶模态的响应, 然后将各阶模态进行合成, 得到总的响应, 模态合成的方法有三种, 绝对值求和 (Absolute Sum,ABS) 平方和之平方根 (Square Root Sum of Squares, SRSS) 和美国海军研究实验室求和 (NRL Sum, NRL), 三种合成方法如下 :

2 最常用的是 NRL 方法 2 如何进行 DDAM 计算在 NEi Nastran 中进行 DDAM 计算非常简便, 首先用前处理软件建立有限元模型 ( 材料属性单元 ), 然后输出一个进行模态计算的工况 (SOL 103), 得到提交给 Nastran 进行模态计算的 Bulk Data File 最后用记事本或者写字板打开 Bulk Data File, 在工况控制部分添加如下一行 : DDAM=1 DDAM 等号后面为整数, 需要和 DDAMDAT 数据卡片中得 SID 对应起来在 Bulk Data 部分添加如下的数据卡片 : 各部分的说明如下 : SID 是 DDAMDAT 数据卡的编号, 必须为整数, 如果在工况控制部分 DDAM 等号后面为 1, 那么 SID 取 1 即可 VF1 VF2 VF3 是前面公式中的速度系数, AF1 AF2 和 AF3 是前面公式中的加速度系数, AA AB AC 和 AD 是权重系数, 以上系数可以在国军标 GJB 查到 ;STYPE 可以取 SURFACE 和 SUBMARG, 是指水面战舰还是水下潜艇,LTYPE 是指设备安装的位置, 可以取 DECK HULL 和 SHELL;DIRSEQ 是指冲击方向, 取 1,2 和 3, 如果不输入, 默认值为 123;FADIR 是指前后方向, 从 1,2,3 中取一个, 默认为 1,VDIR 是指垂直方向, 从 1,2,3 中取一个, 默认为 3,GCF 是质量到重量的转换因子 ( 重力加速度 ), 默认值为 386.4( 英制单位的加速度 );MINACC 是最小加速度, 如果由公式计算的冲击加速度小于 MINACC, 则使用 MINACC 的值, 如果 METHOD 的值为 DDS-072,MINACC 的默认值是 1.0, 如果 METHOD 的值为 NRL-1396, MINACC 的默认值是 6.0;CUTOFF 是模态质量阈值百分比, 默认值是 80.0, 做 DDAM 分析, 通常需要不小于百分之多少的模态质量参与计算, 通常取 80.0%; MTYPE 是材料类型, 可以取 ELASTIC 和 PLASTIC, 默认为 ELASTIC;METHOD 是响应的合成方法, 可以去 DDS-072 和 NRL-1396, 默认 DDS-072 需要特别注意的是, 做 DDAM 计算时, 通常用英制单位 3 DDAM 计算实例如图 1 所示的模型, 通过 4 个螺栓孔固定于船体上,4 个螺栓孔通过 RBE2 连接,REB2 单元中心节点 (Independent Node) 的节点编号是 34177, 前后方向

3 是 X 方向, 竖直方向是 Y 方向 DDAM 计算模型 3.1 指定进行模态计算我们现在只建立有限元模型, 未指定进行模态计算下面手动指定进行模态计算,( 读者可以在其他前处理软件中完成指定模态计算的工作和添加约束的工作 ) 用写字板打开 braket.nas 文件 ( 文件所使用的单位是英制单元 ), 在 BEGIN BULK 前面添加如下两行 SOL 103 CEND 如下所示 3.2 创建计算工况在 CEND 和 BEGIN BULK 之间添加如下三行内容, 并输出加速度响应和应力响应 SUBCASE=1 ACCELERATION=ALL STRESS=ALL 如下所示

4 3.3 指定提取模态的阶数在 BEGIN BULK 之前添加如下一行 METHOD=1 在 BEGIN BULK 之后添加如下一行, 提取 50 阶模态 EIGRL, 1,,,50 如下所示 3.4 添加约束将编号是的节点的 6 个自由度约束在 BEGIN BULK 前添加如下的一行内容 SPC=1 在 BEGIN BULK 后添加如下的一行内容 SPC1,1,123456,34177 如下所示

5 如果现在将文件提交给 NEi Nastran 进行求解, 可以得到前 50 阶模态 3.5 添加 DDAM 计算的指令, 并设置 DDAMDAT 数据卡在 BEGIN BULK 前添加如下一行的内容 DDAM=1 在 BEGIN 后添加如下 3 行内容 DDAMDAT, 1, 0.25, 0.5, 1.0, 0.25, 0.5, 1.0, 10.0,, 20.0, 50.0, 10.0, 37.5, 6.0,, SURFACE, DECK,, 123, 1, 2, 386.4, 6.0, 80.0, ELASTIC, NRL-1396 如下所示 3.6 提交 NEi Nastran 进行计算将 bracket.nas 存盘后并退出写字板, 双击 bracket.nas 文件, 将启动 NEi Nastran Editor, 如图 2 所示, 单击键盘上的 F5 键开始计算, 计算结束后, 在 bracket.nas 所在的文件夹中生成 bracket.op2 文件, 可以将 bracket.op2 文件读取到其他文件中图 2 NEi Nastran Editor 窗口

6 下面是对参与冲击响应的模态的统计信息 3.7 DDAM 计算统计信息在 NEi Nastran 的输入文件 OUT 文件中, 可以看到前 50 阶模态质量的总和占总模态质量的百分比, 如下所示, 可以看出前 50 阶模态质量在 X( 前后方向 ) Y( 竖直方向 ) 和 Z( 侧向 ) 方向上的模态质量百分比分别为 86.57% 94.87% 和 84.72%, 均超过了 80% 的要求其中,X( 前后 ) 方向冲击中参与冲击响应的模态如下 ( 按照模态质量排序 ) 所示 : 其中,Y( 竖直 ) 方向冲击中参与冲击响应的模态如下 ( 按照模态质量排序 ) 所示 : 其中,Z( 侧向 ) 方向冲击中参与冲击响应的模态如下 ( 按照模态质量排序 ) 所示 :

7 3.8 查看计算结果在 NEi Nastran Editor 中, 可以查看应力和加速度响应分布图 3 图 5 所示分别是前后冲击上下冲击和侧向冲击下的应力分布图 3 前后冲击 (X 向 ) 的 VON MISES 应力图 4 竖直冲击 (Y 向 ) 的 VON MISES 应力

8 图 5 侧向冲击 (Z 向 ) 的 VON MISES 应力图 6 图 8 所示分别是前后冲击上下冲击和侧向冲击下的加速度分布图 6 前后冲击 (X 向 ) 的加速度响应图 7 竖直冲击 (Y 向 ) 的加速度响应

9 图 8 侧向冲击 (Z 向 ) 的加速度响应关于诺思多维北京诺思多维科技有限公司是一家专门从事 CAE 工程咨询软件代理和 CAE 软件培训的公司, 以振动噪音为主, 涉及的学科包括声学计算振动计算疲劳计算多体动力学计算有限元建模和计算 ( 线性和非线性 ) 流体 CFD 计算碰撞冲击爆炸计算转子动力学计算液压传递和控制相关性和修正计算以及多学科优化等 ; 同时诺思多维也代理以上仿真产品的 CAE 软件以及测试系统硬件和数据采集系统硬件诺思多维有来自各行业的的专业技术团, 如有项目合作软件采购计划和培训, 请通过邮件 forengineer@126.com 与公司负责人李增刚 (QQ: ) 联系关于 NEi Nastran( NEi Nastran 无论计算精度, 还是计算速度, 都比其他有限元求解器要好,NEi Nastran 功能强大, 其功能相当于 MSC Nastran+Abaqus NEi Nastran 简单计算功能介绍如下 : 1 线性静力学分析 ( 含热分析线性接触自动惯性释放 ) 2 线性屈曲分析 3 正交模态分析 ( 干模态和湿模态质量矩阵和刚度矩阵的导入导出 DMIG, 用 ASET 进行模型缩减部件综合模态缩减 Craig-Bampton 缩减用超单元缩减模态相关性 MAC 和 MOX) 4 线性瞬态响应分析 ( 直接法和模态法, 强迫运动 ) 5 冲击和响应谱分析 6 频率响应分析 ( 直接法和模态法, 强迫运动 ) 7 随机响应分析 8 复特征值分析 9 线性预应力静力学分析 10 线性预应力模态分析 11 线性预应力瞬态响应分析 12 线性预应力频率响应分析 13 线性预应力复特征值分析 14 非线性静力学分析 ( 大变形非线性弹性材料热弹性材料非线性弹性材料和大变形间隙接触和大变形间隙接触和摩擦滑移接触只承受拉伸的线缆 cable 蠕变和粘弹性材料 Arc-length 法, 自动面接触自动线接触记忆合金 ) 15 非线性瞬态响应分析 ( 各种接触问题, 自动冲击跌落自动面接触自动线接触 )

10 16 非线性稳态热分析 17 非线性瞬态热分析 18 非线性预应力模态分析 19 非线性预应力瞬态响应分析 20 非线性预应力频率响应分析 21 非线性预应力幅特征值分析 22 非线性屈曲分析 23 复合材料分析 (Micromechanics Based Composite Laminate Failure Analysis Advanced Composites Ply Failure Criteria Nonlinear Progressive Ply Failure Analysis (PPFA ) Advanced 3D Layered Composite Analysis) 24 气弹分析 25 多轴疲劳和振动疲劳高级疲劳分析 26 高级优化 27 虚流体

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<313034A4BDB67DA4C0B56FBA5DB3E65FBD64A5BB2E786C7378> 科別 : 國文科 (A 區 ) 分發 16 名 1 600110129 黃毅潔國立豐原高級商業職業學校 2 600110446 鄭安芸國立南投高級中學 3 600110632 李孟毓桃園市立大園國際高級中學 4 600110492 洪珮甄南投縣立旭光高級中學 5 600110262 柯懿芝