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LS-DYNA 频域分析 黄云, 崔喆
频域分析功能概述
• FRF （频率响应函数）
• SSD （稳态振动）
• Random Vibration （随机振动）
• Response Spectrum Analysis
（响应谱分析）
• BEM Acoustics（边界元声学）
• FEM Acoustics （有限元声学）
• SSD Fatigue（稳态振动疲劳分析）
• Random Fatigue（随机振动疲劳分析）
振动求解器
声学求解器
疲劳求解器
频率响应函数 随机振动 稳态振动 响应谱分析
边界元法 (直接法，间接法, B-M) 有限元法 瑞利方法 柯西霍夫方法 统计能量法
随机振动疲劳 稳态振动疲劳 时域疲劳分析
频域疲劳分析
• 汽车、飞机等的噪声振动分析（ NVH ）
• 机器、结构的声学分析
• 机器、零件等金属结构的疲劳分析
• 国防工业
• 土木水利工程（桥梁、大坝）
• 地震工程（地震反应谱）
频域分析功能的应用
频域分析的文本数据库文件
*DATABASE_FREQUENCY_ASCII_{OPTION}
Card 1 1 2 3 4 5 6 7 8
Variable FMIN FMAX NFREQ FSPACE LCFREQ
Type F F I I I
Default 0.0 0.0 0 0 0
*DATABASE_HISTORY_NODE_{OPTION}
*DATABASE_HISTORY_SOLID_{OPTION} *DATABASE_HISTORY_BEAM_{OPTION} *DATABASE_HISTORY_SHELL_{OPTION} *DATABASE_HISTORY_TSHELL_{OPTION}
NODOUT_SSD NODOUT_PSD
ELOUT_SSD ELOUT_PSD
*DATABASE_NODAL_FORCE_GROUP
NODFOR_SSD
(SSD)稳态振动的直接法
*FREQUENCY_DOMAIN_SSD_{DIRECT}
基于模态的非直接法 运算快 只考虑常材料参数
基于物理坐标的直接法 运算较慢 考虑随频率变化的材料参数
d3ssd
Card 2 1 2 3 4 5 6 7 8
Variable DAMP LCDAM LCTYP DMPMAS DMPSTF DMPFLG
Type F I I F F I
Default 0.0 0 0 0.0 0.0 0
(SSD)稳态振动的阻尼选项
*FREQUENCY_DOMAIN_SSD
*DAMPING_PART_MASS *DAMPING_PART_STIFFNESS *MAT_DAMPER_VISCOUS *DAMPING_STRUCTURAL
• 粘性阻尼
• 结构阻尼 ukGiF
vcF
s
v
LS-DYNA 同时考虑结构的全局阻尼不局部阻尼，以提供更真实的数值模拟
无阻尼 粘性阻尼
结构阻尼
声等效辐射功率 (ERP)
nnFF VVcERP 2
1
ERP 密度
S
abs dSERPERP
ERP 绝对值
*FREQUENCY_DOMAIN_SSD_{ERP}
)/(log10 10 refabsdB ERPERPERP
ERP 分贝数
通过计算结构的声等效辐射功率 （ ERP ），用户可以快速简单地得到结构的振动噪声特征。它可以帮助用户找到各个面板对总辐射噪声的贡献百分比，对于结构的早期设计是一个非常有用的工具。
ERP 计算结果保存在
• 二进制数据库
d3erp
• 文本文件 xyplot files ERP_abs ERP_dB
ERP 算例 (简化的汽车模型)
ERP 密度(d3erp) 在发动机固定位置施加集中力
通过ERP计算, 用户可以研究面板对辐射噪声的贡献。
噪声分布云图（ACoustic Fringe Plot）
*FREQUENCY_DOMAIN_ACOUSTIC_FRINGE_PLOT_{OPTION}
选项:
PART
PART_SET
NODE_SET
SPHERE
PLATE
显示结果 (D3ACP):
• 声压力的实部
• 声压力的虚部
• 声压力的绝对值
• 声压力的分贝数 (dB)
LS-PrePost 4.2 和以上版本均支持
用途:
定义场点进行声压力计算，并使用D3ACP 数据库显示噪声分布云图.
已有的结构部件网格
LS-DYNA 自动产生新的网格
声单元贡献 ACoustic Element Contribution
*DATABASE_FREQUENCY_BINARY_D3ACC
Card 1 1 2 3 4 5 6 7 8
Variable BINARY
Type I
Default 0
Card 2 1 2 3 4 5 6 7 8
Variable NID1 NID2 NID3 NID4 NID5 NID6 NID7 NID8
Type I I I I I I I I
Default 0 0 0 0 0 0 0 0
N
j
jj
N
j
Ppdn
Gp
n
pGPp
j11
)()(
单元个数 单元 j 产生的声压
real
imag
inary
p
pj
O
声压力矢量的投影
p
p j~
单元 j 产生的声压贡献百分比
场点 P
jp~
场点
频率
单元声压力（实部） 单元声压力（虚部） 单元声压力贡献百分比
疲劳分析：平均应力修正
丌同平均应力下的 SN 曲线
aSN m
完全反复试验 （Completely reversed tests）
平均应力修正公式（ Mean stress correction equations ）
Goodman
um
aS
/1
Soderberg
ym
aS
/1
Gerber
2)/(1 um
aS
*FATIGUE_MEAN_STRESS_CORRECTION
Card 1 1 2 3 4 5 6 7 8
Variable METHOD
Type I
Card 2 1 2 3 4 5 6 7 8
Variable MID SIGMA
Type I F
VARIABLE DESCRIPTION
METHOD Mean stress correction method:
EQ.0: Goodman equation
EQ.1: Soderberg equation
EQ.2: Gerber equation
EQ.3: Goodman tension only
EQ.4: Gerber tension only
EQ.11: Morrow equation
EQ.12: Smith-Watson-Topper equation
平均应力由以下关键字提供 *INITIAL_STRESS_SHELL *INITIAL_STRESS_SOLID …
平均应力修正方法由下面关键字设定 *FATIGUE_MEAN_STRESS_CORRECTION
疲劳分析：初始损伤比
1: x方向施加 PSD加速度 2: y方向施加 PSD加速度 3: z方向施加 PSD加速度
Loading
cases
在142单元 (上层积分点)上的损伤比
1 1.21162×10-1
2 2.10685×10-2
3 6.08233×10-1
Total 7.50464×10-1
累计损伤比分布图
*INITIAL_FATIGUE_DAMAGE_RATIO
反应谱分析: 节点力 / 总力响应
*DATABASE_NODAL_FORCE_GROUP
Card 1 1 2 3 4 5 6 7 8
Variable NSID CID
Type I I
Default none 0
计算在约束或者连接面上的总力
第2组节点
第1组节点
反应谱分析: DDAM
• 由美国海军研发的分析方法
• 评估装备在动荷载（水下爆炸等）下的响应
• 采用冲击响应谱分析，评估装备在船体的突然剧烈运动下引起的动力响应
• 冲击响应谱设计值( SDV) 由考虑丌同冲击方向、设备固定方法等条件下的标准试验测定
• 考虑装备不其固定位置的相互作用
• 也是工业不民用舰船设备抗冲击分析的标准程序
DDAM (Dynamic Design Analysis Method，动态设计分析方法)
海军舰船的所有船载设备均需通过冲击荷载【 underwater explosions (UNDEX) 】的安全评估
*FREQUENCY_DOMAIN_RESPONSE_SPECTRUM_DDAM
oNRL-1396
o User defined
冲击响应谱设计值
o潜艇
o水面船只
舰船类型
oHull mounted
oDeck mounted
o Shell Plating mounted
固定方法
o垂直
o侧面
o前后
冲击加载方向
o弹性
o弹塑形
材料类型
"NAVSEA 0908-LP-000-3010 (Revision 1), Shock Design Criteria for Surface Ships". Naval Sea Systems Command. September 1995. Retrieved 2012-06-26.
oNRL Sum
oNRL Sum with CSM
模态响应组合方法
谢谢 !
