利用Hypermesh和OptiStruct对悬臂梁进行直接法瞬态分析

瞬态分析中有两种方法，模态法和直接法。其中模态法只能用于线性分析，求解速度快，由于模态截断存在微小误差。直接法可以用于线性和非线性分析，随着模型自由度的增加，求解复杂度以几何级数增加，求解速度较慢。

在OptiStruct中，线性瞬态分析直接法采用的是Newmark-β方法，除了求解算法不同外，其与模态法分析的差别在于阻尼的设置。

本文所采用的悬臂梁模型示意图如下：

悬臂梁尺寸为L=1m，W=0.1m，厚度D=0.01m。弹性模量E=210Gpa，泊松比μ=0.3，密度为7850kg/m³。悬臂梁端部竖直受力为10N。

本例所用的HyperWorks版本为2022，在某些界面上有所不同，但是基本上不影响分析设置。

在Optistruct中用直接法进行瞬态分析的步骤如下：

1. 创建网格模型，并赋予材料、属性

2. 定义约束SPC load collector并施加约束

3. 定义外力DAREA或强制运动SPCD

4. 定义动态载荷表TABLED1

5. 定义求解过程使用的时间步序列TSTEP

6. 定义瞬态载荷TLOAD1

7. 定义结构阻尼系数PARAM,G和PARAM,W3

8. 定义瞬态分析工况

9. 定义瞬态响应分析的响应输出类型

首先打开Hypermesh，选择Optistruct模块，创建悬臂梁网格模型，并赋予对应材料和属性。

把属性和材料赋予组件。然后创建SPC loadcollector，将悬臂梁左部节点全约束。

在悬臂梁右侧自由端上方中点施加载荷幅值，约束3方向自由度，取值为-1。

定义载荷曲线TABLED1

定义分析时间序列TSTEP

定义瞬态载荷TLOAD1，选择激励为创建的载荷幅值DAREA，类型选择LOAD，TID选择创建的载荷曲线。

定义阻尼PARAM,G和PARAM,W3。这里的G为整体的结构阻尼，取G=0.04。W3为外激励频率或者典型频率，这里取悬臂梁的Z向一阶主频8.41Hz，注意是角频率，需要乘以2π，所以W3=52.8rad/s。

定义瞬态分析工况Transient(direct)，选择创建的SPC，Tload1，TSTEP。

定义输出选项GLOBLA_OUTPUT_REQUEST,勾选需要输出的应力、应变位移等。

在HyperGraph 2D中查看悬臂梁施加载荷点的位移，与模态法分析对比的结果如下：

文章来源：结构仿真学习