Расчет на сейсмические воздействия

[Guterfreund 75]

Добрый день!

Занимаюсь расчетами изделия на сейсмопрочность. Метод расчета: линейно-спектральный анализ.

На первом шаге определяю собственные частоты колебаний: число мод по критерию - сумма эффективных масс не менее 90% общей массы по всем направлениям воздействия. Есть другие критерии, например, применение ускорения нулевого периода, но в моем случае они не подходят, т.к. Нормы этого варианта не предлагают.

Проблема: практически всегда сталкиваюсь с проблематичностью набора этих 90%. В результате модального анализа получаю до 300 частот, в которых лишь 20% значимых, остальные 80% с очень малыми эффективными массами.

Файлы результатов получаются в сотни Гб. Время счета растягивается на дни, и все из-за того, что софту приходится заниматься сначала расширение, а потом комбинированием несущественных мод.

В Help-е я прочитал, что есть возможность отсеивания несущественных мод с помощью так называемого significant фактора. К сожалению, до сих пор в интерфейс Воркбенча не включена возможность управления данным фактором.

Пробовал заняться написанием команды для задания вручную даннаго параметра, но все оказалось не так просто.

Сталкивается ли кто с такой проблемой и есть возможно у кого какие-нибудь наработки или идеи по этому вопросу?

Заранее спасибо!

[Myname 0]

Здравствуйте, конечно с этой проблемой сталкиваются все, кто проводит расчеты связанные с колебаниями. В модальном анализе я тоже пытался решить проблему таким образом, чтобы в файл решения записывались только значащие моды. К сожалению работающего решения пока не нашел. Что касается респонза, то в опциях решателя можно установить уровень "значимости"(insignificant level кажется), ниже которого полученные моды не учитываются при решении респонза.

[Myname 0]

Кстати, встречный вопрос. Опять же в респонс спектрум, в настройках решения при расчете с единичной точкой возбуждения можно задавать некий множитель. Какое значение выставляете при задании спектра с размерностью м/с^2 ?

[Guterfreund 75]

Кстати, встречный вопрос. Опять же в респонс спектрум, в настройках решения при расчете с единичной точкой возбуждения можно задавать некий множитель. Какое значение выставляете при задании спектра с размерностью м/с^2 ?

Не совсем понял о каком множителе идет речь. Если это Scale factor, то это безразмерная величина, если это ZPA, например, то ставлю все в мм/с^2, согласно предустановленным единицам измерения проекта.

Про фактор значимости в настройках Респонс анализа. Есть данная вещь в Воркбенче или команду надо вставлять?

Кстати, у меня получилось сделать в Воркбенче расчет в котором все-таки получилось сделать выборку и комбинацию значимых частот, но это только для воздействия в одном из трех направлений. Для трех направлений и их комбинаций как-то не получилось.

Я в модальнике вставлял команду с описанием спектра и последующим запуском респонса, все согласно хелпу. Жаль на три направление не сделать....

Изменено 8 марта 2012 пользователем Guterfreund

[Myname 0]

Настройка осущесталяется в опциях расчета в респонс спектрум воркбенча. Надо выставить значение в долях, например 0.05 и моды с массой фракции ниже 5% при расчете учитываться не будут. Можно и командой, но к сожалению дома монитор издох посмотреть не могу =( Приходится писать с телефона.

А если не секрет, какую команду Вы использовали для записи значащих мод в файл результата? Размер файла результата при этом сильно уменьшался?

[Guterfreund 75]

Если пояавится возможность, сделайте, пожалуйста, скриншот, где этот коэффициент прописывается. Все перерыл, не могу найти...

Для моего анализа команды были следующие:

!############## PARAMETER ######################!

NMODE=30

FREQB=0

FREQE=100000

SIGNIF=0.01

FREQ1X=1 $ FREQ2X=2000 $ FREQ3X=0 $ FREQ4X=0 $ FREQ5X=0 $ FREQ6X=0 $ FREQ7X=0 $ FREQ8X=0 $ FREQ9X=0

SV1X=1000 $ SV2X=1000 $ SV3X=0 $ SV4X=0 $ SV5X=0 $ SV6X=0 $ SV7X=0 $ SV8X=0 $ SV9X=0

ZPAX=500

FREQ1Y=1 $ FREQ2Y=2000 $ FREQ3Y=0 $ FREQ4Y=0 $ FREQ5Y=0 $ FREQ6Y=0 $ FREQ7Y=0 $ FREQ8Y=0 $ FREQ9Y=0

SV1Y=3600 $ SV2Y=3600 $ SV3Y=0 $ SV4Y=0 $ SV5Y=0 $ SV6Y=0 $ SV7Y=0 $ SV8Y=0 $ SV9Y=0

ZPAY=300

!############ END PARAMETER ####################!

ANTYPE,MODAL $ MODOPT,LANB,NMODE,FREQB,FREQE $ LUMPM,ON $ MXPAND,OFF $ SOLVE $ FINISH

/COPY,file,mode,,original,mode

!###X-Direction###

/SOLU $ ANTYPE,SPECTR $ SPOPT,SPRS $ SVTYP,2,1 $ SED,1,0,0

FREQ,FREQ1X,FREQ2X,FREQ3X,FREQ4X,FREQ5X,FREQ6X,FREQ7X,FREQ8X,FREQ9X $ SV,,SV1X,SV2X,SV3X,SV4X,SV5X,SV6X,SV7X,SV8X,SV9X $ MMASS,ON,ZPAX

SOLVE $ FINISH

/SOLU $ ANTYPE,MODAL $ EXPASS,ON $ MXPAND,NMODE,,,ON,SIGNIF $ SRSS,SIGNIF,DISP $ SOLVE $ FINISH

/COPY,original,mode,,file,mode

!###Y-Direction###

/SOLU $ ANTYPE,SPECTR $ SPOPT,SPRS $ SVTYP,2,1 $ SED,0,1,0

FREQ,0,0,0,0,0,0,0,0,0 $ FREQ,FREQ1Y,FREQ2Y,FREQ3Y,FREQ4Y,FREQ5Y,FREQ6Y,FREQ7Y,FREQ8Y,FREQ9Y $ SV,,SV1Y,SV2Y,SV3Y,SV4Y,SV5Y,SV6Y,SV7Y,SV8Y,SV9Y $ MMASS,ON,ZPAY

SOLVE $ FINISH

/SOLU $ ANTYPE,MODAL $ EXPASS,ON $ MXPAND,NMODE,,,ON,SIGNIF $ SRSS,SIGNIF,DISP $ SOLVE $ FINISH

!/POST1

!/INPUT,file,mcom

[Myname 0]

Подключил телевизор вместо сдохлого монитора, начал рыть и...

О позор на мои седины! Перепутал response spectrum random vibration, в RV есть такая настройка, а в RS нету...

Но я ж помню, что как то я вычленял значащие моды, и эврика !

Вставляем в дерево решения RS команду "метод,0.05,,,", где метод может принимать значения SRSS. CQC.ROSE и.т.д. Обратите внимание, что в числовом значении используется точка.

Вот теперь считает используя комбинацию только тех мод, значение которых превышает 5%.

Подробнее в хелпе- ищем SIGNIFICANCE LEVEL FOR COMBINATIONS.

В листинге решения имеем следующее:

......

COMBINE MODES USING THE SRSS METHOD

WHOSE SIGNIFICANCE LEVEL EXCEEDS THE THRESHOLD OF 0.50000E-01

TYPE OF QUANTITIES TO BE COMBINED IS DISP

.......

SIGNIFICANCE FACTOR FOR COMBINING MODES = 0.50000E-01

MODAL COMBINATION COEFFICIENTS

MODE= 1 FREQUENCY= 1223.929 COUPLING COEF.= 1.000

MODE= 4 FREQUENCY= 2955.096 COUPLING COEF.= 1.000

SRSS COMBINATION INSTRUCTIONS WRITTEN ON FILE file.mcom

.....

[Guterfreund 75]

Здравствуйте, конечно с этой проблемой сталкиваются все, кто проводит расчеты связанные с колебаниями. В модальном анализе я тоже пытался решить проблему таким образом, чтобы в файл решения записывались только значащие моды. К сожалению работающего решения пока не нашел. Что касается респонза, то в опциях решателя можно установить уровень "значимости"(insignificant level кажется), ниже которого полученные моды не учитываются при решении респонза.

Вот кстати выписка для команды MXPAND:

MXPAND, NMODE, FREQB, FREQE, Elcalc, SIGNIF, MSUPke

Задавайте тот же фактор значимости SIGNIF и пишите в фаил результатов только те моды, которые вам необходимы.

Изменено 10 марта 2012 пользователем Guterfreund

[Myname 0]

MXPAND

Изменено 11 марта 2012 пользователем Myname

[Paltuss 1]

Если обратиться к ПНАЭ - там указано, что "2.5.3. При определении сейсмических нагрузок в расчете учитывают S низших форм колебаний (S ≤ N), собственная частота которых не превышает наибольшую частоту, для которой заданы спектры ответа"

Неужели получается по 200 форм в диапазоне до 33 Гц?

[soklakov 1 475]

Paltuss , речь шла о другом критерии для отбора значащих форм - эффективной массе. При этом нет ограничения сверху по частоте.

я ПНАЭ толком не читал, но приведенный пункт выглядит довольно странно. Возможно, потому что вырван из контекста. Если опечаток нет, то в пункте идет речь об определении нагрузок, а не отклика. Может, это вообще о другом?

[Paltuss 1]

Ну да, это о нагрузках. Опечаток нет.

Просто в первом посте "Есть другие критерии, например, применение ускорения нулевого периода, но в моем случае они не подходят, т.к. Нормы этого варианта не предлагают"; но пункт ПНАЭ, приведенный мной, как раз таки намекает на применение этого критерия. Или речь о каких-то других Нормах?

Впрочем, представляется, что расчет по эффективным массам будет менее консервативен (уменьшить металлоемкость?), т.к. вклад форм, которые как бы "за" опасным диапазоном, будет учтен точно, а не по максимуму, как это в статической теории.

[kazak 1]

Спектры сейсмических воздействий на конструкции АЭС, обычно после 20 Гц достаточно малы,ускорения меньше в разы и к тому же наличие демпфирования приводит к малому вкладу частот > 20 Гц. Нормы позволяют даже заменить динамический расчет на статический, если 1 частота собственных колебаний > 20 Гц.

С уважением.

[soklakov 1 475]

Итого, предлагается не учитывать формы колебаний выше 20-30 Гц, потому что таких частот нет в нагрузке? И не важно, какова эффективная масса этих форм. Выходит, это не всегда будет консервативным подходом.

[kazak 1]

Да, нет они есть, но малы.

С уважением.

[Guterfreund 75]

Если обратиться к ПНАЭ - там указано, что "2.5.3. При определении сейсмических нагрузок в расчете учитывают S низших форм колебаний (S ≤ N), собственная частота которых не превышает наибольшую частоту, для которой заданы спектры ответа"

Неужели получается по 200 форм в диапазоне до 33 Гц?

Получается вообще дурь. Посчитал 1200 форм и получил лишь 29 Гц. На каждый герц Ansys считает по 20 собственных частот. Не часто приходится считать такие модели, но сейчас реально голову сломал.

Модель состоит из SHELL181, высота по отношению к диаметру достаточно высокая, модель представляет собой доменную печь. По стенкам распределена масса киричной кладки и заполнения. Это по условию задачи.

[Guterfreund 75]

Что-то у меня в голове не стыкуются все ваши посты.

Будем говорить о расчете сейсмического воздействия линейно-спектральным методом. По этому методу в качествае воздействия мы используем спектры ответа. Характерным частотным диапазном для сейсмики является диапазон 0-30 Гц.

Что мы имеем по ПНАЭ-Г (данная информация хорошо согласуется с моим пониманием проблемы): определяем собственные частоты в диапазоне частот спектра. Данные частоты (эффективные массы) будут резонировать во время сейсмического воздействия, т.е. отклик их будет больше, чем эффективная масса, умноженная на ускорение грунта. Т.к. данных эффективных масс в общем случае у нас несколько и, как принято, они резонируют не в фазе, мы их не просто складываем, а находим, например, корень квадратный из суммы квадратов, определяя тем самым наиболее вероятный отклик системы для данного диапазона частот.

Хороший специалист, однако, не забывает, что остается масса с частотами выше 30 Гц, жесткая часть конструкции, которая по всем частотам колеблется в фазе и отклик ее равен произведению данной остаточной массы на ускорение грунта (ZPA). Это называется, насколько я помню Missing Mass Effect.

Далее суммируем опять же по увадратному корню из суммы квадратов (ККСК) части из диапазона 0-30 Гц и выше 30 Гц и получаем общий отклик.

Бывает некоторые стандарты требуют учета 90% эффективных масс без ограничения верхнего диапазона частот. В ЭТОМ месте у меня возникает непонимание!

Допустим, у нас получилось определить столько частот, что их суммарная эффективная масса набирает 90% общей. Что мы делаем потом: комбинируем данные отклики по, например, ККСК. В данном случае мы говорим, все колебания происходят не в фазе, мы определяем наиболее вероятный отклик системы. НО ВЕДЬ ЭТО СИЛЬНО ЗАНИЖАЕТ РЕЗУЛЬТАТЫ!

Приведу пример:

Имеется спектр ответа в диапазоне 0-30 Гц. Ускорения от 0 до 20 Гц - 2*g, ускорения на 30 Гц и далее 0.5*g (ZPA).

Имеется конструкция, масса 100 кг. Частоты: первая 10 Гц - эффективная масса 30 кг, вторая 40 Гц ЭМ - 30 кг, третья 70 Гц ЭМ - 30 кг. Итого по трем частотам 90% общей массы.

Посчитаем по ПНАЭ-Г:

колебания до 30 Гц - 30 кг*2*g = 600 Н.

колебания после 30 Гц - 70 кг (оставшаяся масса, колебания в фазе)*0.5*g=350 Н.

общий отклик по ККСК - (600^2+350^2)^0.5=694.6 Н

Посчитаем по правилу 90%:

первая частота - 30 кг*2*g=600 Н

вторая частота - 30 кг*0.5*g=150 кг.

третья частота - 30 кг*0.5*g=150 кг.

общий отклик по ККСК - (600^2+150^2+150^2)^0.5=636.4 Н

Итого по второму случаю уже на 8% меньше. Если я теперь в диапазоне 0-30 Гц уменьшу массу до 10 кг, а оставшуюся 90 кг раскидаю в диапазоне после 30 Гц на частот 9, то получу вообще отклик почти в 3 РАЗА меньший чем по ПНАЭ-Г.

ГДЕ ПРАВДА?

Изменено 11 марта 2012 пользователем Guterfreund

[Guterfreund 75]

Я прихожу к мнению, что тут вообще какое-то недоразумение. Подход к расчету ОДИН, ПНАЭ-Г в пример. А 90% эффективных масс мы набираем в диапазоне частот спектра!!!

Есть конструкци, для которых в частотном диапазоне спеткра отклика мы можем насчитать тысячи частот. Сколько взять нам подсказали - 90%. В другом случае считаем все (если их немного), остальное по ZPA.

Вот выдержка из документа:

Документ тоже привожу:

seismic_90.PDF

[soklakov 1 475]

Что мы делаем потом: комбинируем данные отклики по, например, ККСК. В данном случае мы говорим, все колебания происходят не в фазе, мы определяем наиболее вероятный отклик системы. НО ВЕДЬ ЭТО СИЛЬНО ЗАНИЖАЕТ РЕЗУЛЬТАТЫ!

ГДЕ ПРАВДА?

Какую правду Вы ищете? Каков будет отклик? Так ведь у нас приближение на приближении. Сам спектральный анализ - огромное упрощение для удобства сейсмических расчетов.

Вы можете сложить амплитуды (хоть на практике этого и не случится) и получить гарантированный запас. Либо же искать наиоблее вероятный отклик с помощью ККСК. То, что при этом получаются разные результаты - вполне нормально.

Аналогично, вполне нормально, что используя разные руководства к действию в виде норм - Вы получаете разные результаты.

Более практичен вопрос: какими нормами руководствоваться Вам в Вашем случае? И тут Вам лучше знать.

[Guterfreund 75]

Не соглашусь!!!

Я прихожу к выводу, что методика расчета одна, а люди интерпретируют ПРАВИЛА и РЕКОМЕНДАЦИИ неверно! Что ПНАЭ-Г, что другие Нормы, где говорится о критерии 90%, все это линейно-спектральный метод. В правильной постановке он дает одни и те же результаты.

Если же пытаться отыскивать моды до 90% общей массы без ограничения верхней частоты, а потом комбинировать данные частоты, это уже неверно!!!