设计仿真 | MSC Nastran带预载荷的颤振分析
引言
MSC Nastran具备静力学、动力学、非线性、优化、气弹等功能全面的结构分析功能，在航空航天、汽车、船舶等各个行业均有广泛的应用。
在气动弹性分析方面，MSC Nastran具备静气弹、颤振、气弹动响应、气弹优化分析等多种功能，也支持考虑热载荷、伺服等条件下的气动弹性问题，请参考[1]。
本片内容主要是介绍带有预载荷的颤振分析方法，主要包括两类：
● 方法一：SOL106（或者SOL 153等求解序列）+SOL 145重启动
● 方法二：SOL 400（2024.2新功能）
方法一
在之前的版本中，对于带有预载荷的颤振分析（也包括热载荷条件），均是采用SOL 106 +SOL 145重启动的方式进行（热载荷条件下的颤振分析则采用SOL 153+SOL145重启动进行分析）。其中SOL 106用于预载荷的加载，而SOL 145用于在完成加载、得到更新后的结构刚度之后，完成颤振分析。
下图是一个简单的机翼模型（基于气弹手册中HA145E修改），其预载荷为右侧弦向中央的一个Z向10N的载荷。
图1 结构模型
图2 SOL 106的计算模型
上图为SOL 106计算模型的局部。此模型与常规分析没有区别。用户需要注意在提交计算时输出“scr=no”以保留计算模型数据库文件。
图3 提交计算
下图为重启动分析采用SOL 145计算模型文件。这部分计算与常规的颤振分析模型设置基本一致，主要区别有三点：
● 在bdf文件最初需要加入重启动命令，引用SOL 106计算得到的数据库文件；
● 注意使用NLOOP参数，确定重启动所基于的前面非线性计算的迭代步骤，由于本例中SOL 106计算共有10步（见图2蓝色箭头所指向的参数），因此在下图第12行这里需要使用10。如果用户希望计算加载过程中某个状态的颤振稳定性，则可以改为其它数据。
● 由于是重启动分析，结构模型已经存在于SOL 106的模型数据库之中了，因此这里的模型需删除结构模型相关内容。
图4 SOL 145计算模型
方法二
创
MSC Nastran在2024.2中的SOL 400引入了一个新的分析类型：ANALYSIS=FLUTTER，因此可以在一次SOL 400计算中完成带预载荷的模态分析。这种方法无需进行重启动计算，使用更加友好。
此方法使用起来也非常简单，在一个SUBCASE下设置两个STEP，前一个STEP是预载荷加载，后一个STEP是颤振分析。其余内容和常规的SOL 400以及SOL 145相同，完成设置后直接提交计算即可。
图5 SOL 400计算模型部分内容
图6 方法一和方法二的结果对比
上图给出了两种方法的部分结果对比，可以看出其计算结果相当接近。其中的差异主要来源于SOL 106和SOL400在非线性求解方法的参数设置引起的预载荷计算差异。用户也可以通过调整相关的参数是指结果一致，其后续的颤振分析结果会更加贴近。
图7 SOL 106和SOL400的预载荷计算结果
此外，对于这个功能使用时，如果删除前一个STEP，只保留颤振分析的STEP，那么其计算过程和计算结果与SOL 145一致，见下图所示。
图8 无预载荷时SOL 145和SOL400结果完全一致
小结
本篇内容对MSC Nastran带有预载荷颤振分析方法，包括原有方法以及新功能进行了简要的汇总，希望对广大用户有所启发。
参考文献：
1.MSC Nastran Aeroelastic Analysis User’s Guide
2.MSC Nastran 2024.2 Release Guide
3.MSC Nastran Nonlinear (SOL 400) User’s Guide
4.链接：https://pan.baidu.com/s/1ttid2ieKwwIqPASVhOW6eA?pwd=3nx5 提取码：3nx5
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