ANSYS模态分析如何查看和提取质量参与系数

ANSYS模态分析如何查看和提取质量参与系数

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在采用振型分解法计算地震响应时,我国规范对振型质量参与系数具有明确规定,以《建筑抗震设计规范》为例,5.2.2条文说明指出:

为使高柔建筑的分析精度有所改进,其组合的振型个数适当增加。振型个数一般可以取振型参与质量达到总质量 90%所需的振型。

对于设计软件而言,可以很轻松的得到质量参与系数,而对于通用有限元软件而言,质量参与系数需要用户手动去提取或者查看,无法直接在后处理中查看,本文以ANSYS软件为例,来说明如何查看振型质量参与系数。

一般来讲,进行模态分析后,常规结果为振型频率以及对应的振型模态,默认情况下,模型质量进行了归一化,此时,模态云图位移值最大值不为1,若用户需要位移归一化,只需在下列命令中进行设置:

MODOPT,,,,,,ON

要得到振型质量参与系数,则需在求解信息文件里查找或者采用*get命令获取。

以某框架结构模态分析为例,在Output窗口求解信息文件里面,有如下信息:

ANSYS模态分析如何查看和提取质量参与系数0

在上述信息中,Modal Mass即为模态质量,Kene表示动能,两者的计算公式分别为:

ANSYS模态分析如何查看和提取质量参与系数

Effective Mass即为有效参与质量,为模态参与系数与模态质量的比值,计算公式为:

ANSYS模态分析如何查看和提取质量参与系数2

在Effective Mass下方,按不同的方向进行了分类,同时,在最下方有总计sum,其中比例的总值即为我们工程里面经常所说的有效质量参与系数。

那么这个比值Ratio%是怎么得来的呢?

比值=当前阶次对应的有效质量与结构总质量比值。

下面进行验证:

为方便,只算了五阶,找到求解信息,得到结构质量统计如下:

ANSYS模态分析如何查看和提取质量参与系数3

也即结构总质量为2468。

结构前五阶信息如下:

ANSYS模态分析如何查看和提取质量参与系数4

以Y方向第一阶为例,其有效参与质量为1982

比例Ratio=1982/2468=80.31%,与图中所列信息一致。

以X方向第二阶为例,其有效参与质量为1206

比例Ratio=1206/2468=48.87%,与图中所列信息一致。

对于采用workbench的同学来讲,点击Solution Information,即可查看对应的数值,如下所示:

ANSYS模态分析如何查看和提取质量参与系数5

目前ANSYS没有可直接提取质量参与系数,也即参与比例的操作,但可通过*get命令的mode选项获取如下信息,然后根据上述比例的概念,手动计算即可。

PFACT:模态各方向的参与系数;

EFFM:模态各方向的有效参与质量;

GENM:模态质量

ANSYS模态分析如何查看和提取质量参与系数6

 

除上述操作外,用户还需要提取结构总质量,以方便计算参与系数,下面是命令流代码,以计算X方向的质量参与系数为例,供参考:

/post1
!获取结构总质量
*get,Mass_Sum,elem,0,mtot,x
!定义总的有效质量
Eff_Sum=0
!获取求解的阶次数目
*get,freqnum,active,0,solu,ncmss
!累积求解总的有效质量
*do,i,1,freqnum
!获取每一阶的有效质量
*get,eff_freq,mode,i,effm,,direc,X
Eff_Sum=Eff_Sum+eff_freq
*enddo
!计算有效质量
Eff_Ratio=Eff_Sum/Mass_Sum*100
*status,Eff_Ratio

最后得到的结果如下:

ANSYS模态分析如何查看和提取质量参与系数7

可见两者一致,上述方法正确,例如上述代码,再也不用每一次都需要翻阅求解信息了!

如果有同学用的是Workbench,完全可以在求解阶段插入上述命令流从而来轻松获得!

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