設(shè)計(jì)仿真 | MSC Nastran與Actran聯(lián)合實(shí)現(xiàn)中高頻統(tǒng)計(jì)能量分析

MSC Nastran具備靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、非線性、優(yōu)化、氣彈等功能全面的結(jié)構(gòu)分析功能，在航空、汽車、船舶等各個(gè)行業(yè)均有廣泛的應(yīng)用。MSC Nastran采用的數(shù)值計(jì)算方法是有限元理論，在中低頻段結(jié)構(gòu)振動(dòng)分析方面有多年的成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。但是有限元方法自身要求一個(gè)空間波長范圍內(nèi)至少有六個(gè)到八個(gè)以上的單元，這也就導(dǎo)致了有限元方法在面對(duì)中高頻振動(dòng)分析時(shí)，需要將結(jié)構(gòu)網(wǎng)格尺寸設(shè)置的非常小才能滿足上述要求，從而使計(jì)算量大大增加，甚至難以完成計(jì)算。

針對(duì)這種中高頻的振動(dòng)問題，則適合采用統(tǒng)計(jì)能量法進(jìn)行仿真分析。Actran作為一款功能全面、方法先進(jìn)的聲學(xué)分析軟件，具備聲學(xué)分析、聲振耦合分析、流動(dòng)噪聲分析、以及統(tǒng)計(jì)能量分析等多種功能。

統(tǒng)計(jì)能量分析中所需的參數(shù)主要有兩種來源：基于理論或者基于試驗(yàn)。而Actran的虛擬統(tǒng)計(jì)能量分析方法還可以直接通過中低頻有限元分析計(jì)算得到這些參數(shù)，并可以通過外插的方式將其向高頻段進(jìn)行拓展。如下圖所示車門模型，計(jì)算到2kHz，需要采用8mm的網(wǎng)格，計(jì)算時(shí)間30min，而計(jì)算到8kHz，則需要4mm的網(wǎng)格，計(jì)算時(shí)間8h。

采用Actran的虛擬統(tǒng)計(jì)能量分析可以非常準(zhǔn)確的將2kHz計(jì)算得到的參數(shù)拓展到8kHz范圍內(nèi)，從而在幾乎不損失計(jì)算精度的前提下大大提高計(jì)算效率。因此Actran的虛擬統(tǒng)計(jì)能量法可以完美的解決上述中高頻振動(dòng)分析問題。

但是，也有很多用戶對(duì)MSC Nastran非常熟悉而不具備Actran的使用經(jīng)驗(yàn)；還有一些情況，用戶已經(jīng)具備了MSC Nastran的結(jié)構(gòu)模型，重新在Actran創(chuàng)建一套統(tǒng)計(jì)能量分析模型則略顯繁瑣。因此針對(duì)上述情況，MSC Nastran 2022.4版本推出一項(xiàng)新功能，可以使不太熟悉Actran操作的用戶對(duì)MSC Nastran的結(jié)構(gòu)模型稍加修改就可以直接提交Actran進(jìn)行統(tǒng)計(jì)能量分析計(jì)算，而無需重新創(chuàng)建一套統(tǒng)計(jì)能量分析模型，從而大大降低了統(tǒng)計(jì)能量分析的使用門檻，提高分析效率。

下面通過一個(gè)簡(jiǎn)單的模型來說明這一功能的操作步驟。

01

創(chuàng)建MSC Nastran SOL103模態(tài)分析文件

上圖為一個(gè)簡(jiǎn)單的模型。圖中兩個(gè)平板，中間采用RBE2連接。首先針對(duì)這個(gè)模型創(chuàng)建模態(tài)分析SOL103的計(jì)算模型文件。

02

補(bǔ)充統(tǒng)計(jì)能量分析相關(guān)卡片

在SOL103模型文件基礎(chǔ)上，引入少量的卡片即可直接提交統(tǒng)計(jì)能量分析計(jì)算。

在常規(guī)SOL103模型卡片基礎(chǔ)上，所需的額外卡片詳細(xì)介紹如下：

??  定義子系統(tǒng)

上圖中第361行和362行，采用SET3卡片，將編號(hào)為1到64的單元定義為編號(hào)為100001的子系統(tǒng)，將編號(hào)為65到128的單元定義為編號(hào)為100002的子系統(tǒng)。

??  統(tǒng)計(jì)能量分析分隔卡片

上圖中第364行，為模型中統(tǒng)計(jì)能量分析的分隔卡片，代表在這個(gè)卡片以后的內(nèi)容時(shí)關(guān)于統(tǒng)計(jì)能量分析的相關(guān)設(shè)置。

??  定義用于統(tǒng)計(jì)能量分析的子系統(tǒng)集合

上圖中第366行，為這個(gè)統(tǒng)計(jì)能量分析需要使用的子系統(tǒng)列表?？ㄆQ為SEAPART，其后面的編號(hào)時(shí)SET3所定義的子系統(tǒng)的編號(hào)。這里是100001和100002。

??  定義輸入功率

上圖中第367行，采用IJPOWER來定義輸入功率，其后續(xù)數(shù)值的含義分別是進(jìn)行功率輸入的子系統(tǒng)的編號(hào)以及輸入功率的大小。

注意：上述卡片格式必須是自由域格式，暫不支持大域或小域格式。

03

提交計(jì)算

通過命令行可以直接提交計(jì)算。命令的格式為：

>> actran -u SE_SEA

--nastran_path=…

--version=…

--nastran_input=…

這條命令中所包含的各項(xiàng)主要參數(shù)的意義見下表。

此外還有若干個(gè)可使用的選項(xiàng)，這里不再贅述，詳細(xì)內(nèi)容可以參考《MSC Nastran 2022.4 Release Guide》第4章。

在本例的提交命令截圖如下：

04

查看結(jié)果

采用上述命令提交計(jì)算完成后，當(dāng)前工作目錄會(huì)出現(xiàn)四個(gè)文件夾。其中01文件夾是MSC Nastran根據(jù)SET3定義的子系統(tǒng)完成的超單元縮聚分析，02文件夾是超單元裝配計(jì)算結(jié)果，03文件夾是Actran執(zhí)行統(tǒng)計(jì)能量分析的結(jié)果以及Actran的命令文件，report文件中包含了Actran計(jì)算過程日程等內(nèi)容。

用戶可以將03文件夾中的*.plt文件導(dǎo)入Actran的PLTViewer來繪制各個(gè)子系統(tǒng)的動(dòng)能隨頻率的變化以及其它所需的數(shù)據(jù)曲線。

05

總結(jié)

采用MSC Nastran SOL103模型文件借助Actran進(jìn)行統(tǒng)計(jì)能量分析可以：

?? 充分利用兩款軟件的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)從低頻到中高頻的全頻段計(jì)算。

?? 降低操作難度，熟悉MSC Nastran的用戶可以直接上手使用，幾乎無需重新學(xué)習(xí)新的軟件。

?? 一套模態(tài)分析模型即可滿足要求，無需重復(fù)建模。

說明：

?? 目前此功能使用前需要開啟Windows系統(tǒng)的如下設(shè)置：控制面板----區(qū)域----管理----更改系統(tǒng)區(qū)域設(shè)置----勾選：Beta版本：使用Unicode UTF-8提供全球語言支持，然后重啟系統(tǒng)即可。

?? MSC Nastran 2023.4對(duì)此功能有了進(jìn)一步的拓展和增強(qiáng)，支持聲振耦合分析，請(qǐng)關(guān)注后續(xù)文章。

?? 本例中使用的模型文件計(jì)算結(jié)果見鏈接或者微信掃描下方二維碼：https://pan.baidu.com/s/1xJ3KPqY1JZlETxh8GkzteQ?pwd=q37e   提取碼：q37e

如對(duì)上述功能使用有疑問或者希望更深入了解，請(qǐng)通過如下方式聯(lián)系我們:

Tel：010-82607000

Email：mscprc.support@mscsoftware.com