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OptiStruct教程：随机响应疲劳分析的详细步骤

TodayCAEer

4月前浏览500

1. 随机响应分析：这是一种分析方法，用于研究系统在随机输入作用下的响应。这种分析在工程领域很常见，比如在研究桥梁、建筑物或机械结构在风、地震等随机荷载作用下的行为时就会用到。

2. 功率谱密度（PSD）：功率谱密度是信号处理中的一个重要概念，它描述了信号功率在不同频率上的分布情况。在随机响应分析中，PSD可以用来描述随机荷载的统计特性。

3. 矩：在统计学中，“矩”是描述随机变量分布特征的量，比如均值、方差、偏度等。通过计算随机过程的矩，可以了解其统计特性。

4. 循环次数与应力范围：在结构分析中，循环次数指的是结构在一定时间内经历的载荷循环次数，而应力范围是指在一次循环中应力的最大值和最小值之差。

5. 概率密度函数：这是一个描述随机变量取值概率的函数。通过这个函数，我们可以了解随机变量在各个取值范围内出现的概率。

研究结构在非确定性载荷下的疲劳寿命。

在开始之前，请将本教程中使用的文件复制到您的工作目录。

http://majorv.help.altair.com/minorv/simulation/tutorials/hwsolvers/optistruct/OS-T-6060/CAD-box-SN.zip

在随机响应分析中，我们首先通过功率谱密度来描述随机荷载的统计特性，然后利用这些信息来计算随机过程的矩。这些矩进一步被用来生成循环次数和应力范围的概率密度函数，从而可以预测结构在随机荷载作用下的性能和寿命。

使用简易盒子📦模型来执行随机响应疲劳分析。已经为该模型进行了随机响应分析设置，本教程中创建了一个用于SN-Fatigue计算的附加Load Step。加载频率由FREQ1 卡定义，RANDPS用于应用Auto和Cross PSD。

图1.用于疲劳分析的CAD箱模型

一、启动HyperMesh并设置OptiStruct用户配置文件

本练习使用的模型是一个简单的CAD盒子模型。该模型已经定义了四个Load Step，每个Load Step分别代表模态分析、约束点的频率响应和随机响应分析。

1.启动HyperMesh。

此时将打开User Profile对话框。

2.选择OptiStruct，然后单击OK。

这将加载用户配置文件。它包括相应的模板、宏菜单和导入阅读器，将HyperMesh的功能缩减为与生成OptiStruct模型相关的功能。

二、导入模型

1.点击File>Import>Solver Deck。

导入选项卡将添加到您的选项卡菜单中。

2.对于File type ，选择OptiStruct。

3.选择文件图标。

此时将打开Select OptiStruct文件Browser。

4.选择您保存到工作目录的CAD-box-SN.fem文件。

5.单击Open。

6.单击Import，然后单击Close以关闭Import选项卡。

在以下步骤中要实现的Fatigue Analysis设置的云图。

图2.疲劳设置- 随机SN损伤

三、设置模型

3.1定义FATLOAD Load Collector

该模型具有由RANDPS卡定义的随机响应Load Step。RANDPS卡包含在约束位置应用的两个输入PSD（AutoPSD_A和AutoPSD_B）以及它们之间的交叉PSD （CrossPSD_AB）。

1.在Model Browser中，右键单击并选择Create>Load Collector。

2.对于Name ，输入FATLOAD_RANDOM。

3.对于Card Image，选择FATLOAD。

4.对于LCID（Load Case ID），从Load Step列表中选择Random响应。

Note：此计算不需要TABFAT和缩放参数。

3.2定义FATEVNT Load Collector

为创建的FATLOAD_RAND创建随机响应事件。

1.在Model Browser中，右键单击并选择Create>Load Collector。

2.对于Name ，输入EVENT_RANDOM。

3.对于Card Image，选择FATEVNT。

4.对于FATEVNT_NUM_FLOAD，输入1。

5.单击 Data字段旁边的Table图标，然后在弹出窗口中为FLOAD选择FATLOAD_RANDOM。

3.3定义FATSEQ Load Collector

1.在Model Browser中，右键单击并选择Create>Load Collector。

2.对于Name ，输入FATSEQ。

3.对于Card Image，选择FATSEQ。

4.对于FATSEQ_NUM输入1，因为已创建1 个FATEVENT。

5.对于FID （疲劳事件定义），选择EVENT_RANDOM和N作为1。

图3.显示已创建RAND_EVENT的FATSEQ

定义疲劳分析的事件序列已完成。接下来定义Fatigue参数。

3.4定义疲劳参数

1.在Model Browser中，右键单击并选择Create>Load Collector。

2.对于Name ，输入Fat-Parameter。

3.对于Card Image，选择FATPARM。

4.验证TYPE是否设置为SN。

5.将COMBINE设置为ABSMAXPR。

6.将UCORRECT设置为NONE。

7.将STRESSU设置为MPA （Stress Units）。

8.将CERTNTY SURVCERT设置为0.9。

9.将RNDPDF设置为：

DM1 =DIRLINK

10.选中Random下的RANDOM选项并编辑以下选项：

FACSREND = 8.0 （计算应力范围的上限（SREND））

NBIN = 100 （计算计算概率的应力范围范围（∂∂S）的宽度）

图4.概率密度函数。（循环次数与应力范围的概率密度）

3.5定义疲劳材料属性

疲劳分析的材料曲线可以在MAT1 卡上定义。

1.在Model Browser中，点击MAT1Material。

Entity Editor随即打开。

2.在Entity Editor中，将MATFAT设置为SN。

3.将UTS（极限拉伸应力）设置为80.0。

4.对于SN曲线集（这些值应从Material的SN曲线中获得）：

SRI1：317.0

B1：-0.15

NC1：1e6

SE：0.279192629

A/R：A

3.6定义PFAT Load Collector

1.在Model Browser中，右键单击并选择Create>Load Collector。

2.对于Name ，输入Surface_Treatment。

3.对于Card Image，选择PFAT。

4.将LAYER设置为WORST。

5.将FINISH设置为NONE。

6.将TRTMENT设置为NONE。

7.将Kf设置为1.0。

3.7定义FATDEF Load Collector

1.在Model Browser中，右键单击并选择Create>Load Collector。

2.对于Name ，输入Fat-definitions。

3.将Card Image设置为FATDEF。

4.在PTYPE实体编辑器中激活PTYPE和PSOLID。

5.将FATDEF_PSOLID_NUMIDS编辑为1。

6.单击数据字段旁边的表格图标，然后在弹出窗口中选择Box用于PID，并为PFATID选择Surface Treatment。

7.单击Close。

3.8定义疲劳Load Step

1.在Model Browser中，右键单击并选择Create>Load Step。

2.对于Name ，输入Vibration_Fatigue。

3.将Analysis type设置为fatigue。

4.对于FATDEF，请选择fatdef。

5.对于FATPARM，请选择fatparam。

6.对于FATSEQ，请选择fatseq。

四、提交作业

1.在Analysis页面中，输入OptiStruct面板。

2.单击输入文件字段后面的save as。

此时将打开Save As对话框。

3.对于File name ，输入名称CAD_Box_Vibration_Fatigue.fem。

4.单击Save。

5.单击OptiStruct提交分析。

五、查看结果

1.在OptiStruct面板中，单击HyperView。

HyperView将启动并加载结果。此时将显示一个消息窗口，告知模型和结果文件已成功加载到HyperView中。

2.转到Results选项卡。

3.在Results选项卡中，从subcase字段中选择Subcase 5 （Vibration_Fatigue）。

4.在Results工具栏上，单击以打开Contour面板。

5.将Result type设置为Damage并单击Apply以绘制Element的云图。

图5.损伤云图

来源：TodayCAEer

OptiStruct HyperMesh HyperView 疲劳建筑 UM 材料 Altair

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首次发布时间：2025-06-20

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