3.3 慣性釋放分析基本理論

如果結構不受任何外在約束，或者無法清楚地確定結構所受的約束，則無法使用傳統的靜力學分析方法求解。慣性釋放允許對無約束結構進行分析。慣性釋放針對的分析類型既可以是靜力學問題，也可以是頻響分析等動力學問題。典型的應用是飛行中的飛機、汽車懸架和空間的衛星等，這些對象的特點是它們都處于靜力平衡狀態或者勻加速狀態，即它們的相對位移和應力狀態都是穩定的。慣性釋放分析的應用范圍還包括已經從多體動力學分析中得到各連接部位的載荷，但找不到合適的約束點進行約束的各種靜力學分析。

慣性釋放分析的外載荷由一系列平動和轉動加速度平衡。這些加速度組成體載荷，分布在整個結構上。這些載荷的向量和剛好使作用在結構上的總載荷為0，從而保證了模型能夠進行靜力學求解。

OptiStruct慣性釋放可用于線性靜力學分析、非線性靜力學分析和模態法頻響分析。使用慣性釋放分析的靜力工況不能被線性屈曲分析引用。

OptiStruct中有兩種方法可以進行慣性釋放分析：①采用PARAM，INREL，-1進行慣性釋放分析時，需要手動設置虛擬約束SUPPORTi；②采用PARAM，INREL，-2進行慣性釋放分析時，系統自動施加虛擬約束。若設置PARAM，INREL，0，則與靜力學分析沒有本質區別。

推薦將INREL參數設置為-2。一般系統會將虛擬約束點設在結構重心附近的位置。使用PARAM，INREL，-2進行慣性釋放分析有以下好處：①可以為無約束結構自動添加虛擬支撐去除6個剛體自由度；②得到的位移結果具有一致性；③對于難以確定支撐位置的結構，可以得到更精確的位移和應力結果。與INREL=-1不同，使用INREL=-2時實際上沒有為結構施加任何實際支撐，所以也就沒有強制位移零點。

使用慣性釋放分析的注意事項如下。

1）用于慣性釋放分析的模型應具有質量和慣量，這就需要對材料設置密度。對于一維單元（如BAR單元），在繞軸轉動方向上沒有慣量，這時可以使用附加的CONM2單元添加慣量。BEAM單元本身可以賦予慣量，所以不存在這個問題。

2）INREL=-2推薦用于剛好具有6個剛體自由度的無約束結構，這時不允許再添加任何額外的SUPPORTi項。

3）如果結構是部分約束的，也就是剛體自由度小于或等于6，這時推薦使用INREL=-1，并使用SUPPORTi去除其余的剛體自由度。

4）對于具有6個以上剛體位移的結構不推薦使用慣性釋放分析，這時如果使用INREL=-1將出錯，因為INREL=-1時最多指定6個虛擬約束。使用INREL=-2也可能會出錯或得到不可靠的結果。

5）對于具有局部無質量機構的問題，INREL=-2可以給出有意義的結果，但是需要在計算完成后由用戶檢查結果是否可靠。

6）當使用INREL=-1進行慣性釋放分析時，虛擬約束選取的點應該可以給結構以良好的支撐。如果結構上沒有合適的點，可以考慮在空間上選取這樣的點，然后使用RBE3和結構上的多個點相連。注意，由于不能直接對RBE3的從節點施加虛擬約束，所以需要先使用RBE3單元的UM項轉移從自由度。也可以使用RBE2進行連接，這時可以直接在主節點上施加虛擬約束，其缺點是會對連接的局部區域增加額外的剛度。

7）如果希望自己指定一個位移的零點，應使用INREL=-1進行慣性釋放分析。