7.8 实例：设备支架的偏心载荷响应
设备支架泛指用于承托设备的结构，在各行业中广泛应用，可以是桁架式、薄壳式、铸造件等构造。支架设计除关注结构的静强度外，有时还需考虑减振或隔振的性能。当承托的设备为静态时，应减少从外界传递至设备的振动，即减振作用；当承托的设备为电机等动力部件时，支架需要阻断振动向外界传递，即隔振作用。
本例考察的设备支架如图7-10所示，在孔洞的中心位置有一集中质量单元COMN2，代表承托的设备质量，5个固支节点在支架的侧边缘。支架上的设备运转时对支架产生一个绕Y轴的偏心载荷作用。在稳定转速下，设备对支架的激励及响应可以用OptiStruct频响分析来描述，可以计算不同转速下的支架响应。
使用HyperMesh导入bracket＿FRF.FEM文件，采用模态法频响分析求解上述问题。还需要进行的设置包括设置模态分析算法EIGRA、设置分析频率集FREQi、定义稳态旋转激励载荷 （使用含相位差的RLOAD组合FORCE载荷）、设置结构阻尼、定义加速度ACCE及反作用力SPCF响应输出。
图7-10 设备支架及载荷
模型设置
Step 01 在模型浏览器中，右击并选择Create->Load Collector。
将Name改为“EIGRA”；Card Image项选择EIGRA；在V2字段输入1000.0，表示提取设备支架1000Hz以下的振动模态。
Step 02 在模型浏览器中，右击并选择Create->Load Collector。
- 将Name改为“FREQi”；Card Image项选择FREQi。
- 如图7-11所示，勾选启用FREQ3选项，F1设定为10.0，F2设定为400.0，TYPE=LINEAR，NEF=10，CLUSTER=3.0。
- 勾选启用FREQ4选项，F1设定为10.0，F2设定为400.0，FSPD=0.01，NFM=9。
Step 03 在孔洞中心395号节点创建横向激励。
在模型浏览器中，右击并选择Create->Load Collector，命名为“FORCE＿X”。单击面板的Analysis→forces按钮，确认load types为FORCE；方向选为x-axis；magnitude=1.0；nodes选择ID=395的孔洞中心节点。
图7-11 设置分析频率集FREQi
Step 04 在孔洞中心395号节点创建垂向激励。
在模型浏览器中，右击并选择Create->Load Collector，命名为“FORCE＿Z”。单击面板的Analy-sis→forces按钮，确认load types为FORCE；方向选为z-axis；magnitude=1.0；nodes选择ID=395的孔洞中心节点。
Step 05 在模型浏览器中，右击并选择Create->Load Collector。
命名为“TABLE＿force”，类型为TABLED1，输入图7-12所示曲线，表示在0～1000Hz频段为单位载荷激励 （2020版本HyperMesh以后，为右击并选择Create->Curve）。
Step 06 在模型浏览器中，右击并选择Create->Load Collector，命名为“RLOAD＿Fx”。
图7-12 定义单位频响载荷曲线TABLED1
Card Image项选择RLOAD1；在EXCITEDID选项中选择FORCE＿X载荷；在TC选项中选择TABLE＿force曲线；TD选项中留空；TYPE选择LOAD。
Step 07 在模型浏览器中，右击并选择Create->Load Collector，命名为“RLOAD＿Fz”。
Card Image项选择RLOAD1；在EXCITEDID选项中选择FORCE＿Z载荷；在TC选项中选择TABLE＿force曲线；TD选项中留空；TYPE选择LOAD；设置DPHASE为90，表示垂向与横向激励相差90°相角，如图7-13所示。
Step 08 在模型浏览器中，右击并选择Create->Load Collector，命名为“DLOAD＿rotary”。
Card Image项选择DLOAD；设置S为1.0，DLOAD＿NUM为2；在Data列表中组合两组RLOAD载荷，如图7-14所示。
Step 09 在模型浏览器中，右击并选择Create->PARAM。启用G，G＿V1为0.06，即设置结构阻尼系数为0.06。
Step 10 在模型浏览器中，右击并选择Create->Load Step，命名为“MFRF”，Analysis type设置为Freq.resp（modal）；边界条件和载荷的定义如图7-15所示。
图7-13 定义含相位差的频响载荷RLOAD
图7-14 定义载荷组合DLOAD
图7-15 定义模态频响分析工况MFREQ
Step 11 在模型浏览器中，右击并选择Create->Output，定义工况结果输出。
- 勾选DISPLACEMENT，OPTION选择ALL，输出所有节点在旋转激励下的位移。
- 勾选ACCELERATION，OPTION选择SID，并选择center节点集。
- 勾选SPCF，OPTION选择SID，并选择fix边界节点集，表示输出约束反力。
Step 12 提交OptiStruct求解。在Analysis面板，单击OptiStruct按钮提交求解。也可以导出生成新的.fem文件，使用HyperWorks Solver Run Manager对话框提交求解。
结果查看
1）使用HyperGraph打开.h3d文件，查看中心节点395的加速度响应。进行数据点标记：在任一曲线上右击并选择property，将Symbol设为圆点，如图7-16所示。
2）可以看到采用FREQ3和FREQ4的组合设置方法完整地捕捉了结构的响应峰值。其中，FREQ3在较大的范围内捕获曲线的整体形态，而FREQ4可在固有频率的邻域局部捕捉细节得到平滑的曲线峰值。
图7-16 在HyperGraph中查看孔中心节点的加速度响应
3）使用HyperGraph查看各个SPC约束节点的反力，SPCF约束反力在一定程度上反映了设备振动对周围结构的作用。图7-17所示为37号SPC节点的约束反力曲线。
图7-17 在HyperGraph中查看约束节点支反力
4）使用HyperView查看在旋转激励下的结构振动响应，选用modal animation mode
按钮播放动画，使用
按钮标记节点的运动轨迹，得到图7-18所示的运动轨迹。在偏心载荷的作用下，结构各节点的运动轨迹均为一个椭圆曲线。
图7-18 在HyperView中查看偏心载荷作用的支架频率响应