6.6 實例：鐵塔的地震激勵響應

鐵塔架設完畢后，除承受自重和輸電線等附件的靜態荷載外，還會承受風載以及地震等動態載荷。本例將計算鐵塔在地震加速度作用下的動力響應，通過強迫位移激勵以及輸入曲線描述可能的地震載荷，在OptiStruct中求解鐵塔在地震沖擊瞬間的動態響應。

采用HyperMesh導入tower＿TRAN.fem文件，如圖6-8所示，模型采用國際標準單位制： N、m、kg，鐵塔高為17.75m，總質量85.3t （85.3×10³kg）。導入的模型中已包含網格及所有材料屬性，還包含載荷曲線定義SPCD＿TABLED1。這里需要進行的設置包括： 定義4個支座的強制位移SPCD；設置瞬態載荷TLOAD將強制位移與載荷曲線進行關聯；設置瞬態分析時間步；設置SDAMPING阻尼；設置輸出集 （減小文件大小）。

模型設置

Step 01 在模型瀏覽器中右擊并選擇Create，選擇Load Collector。

- 將Name改為“eigrl”。Card Image項選擇EIGRL。

- 在V2字段輸入100.0，表示提取鐵塔結構100Hz以下的振動模態。

Step 02 在模型瀏覽器中右擊并選擇Create，選擇Load Collector。

- 將Name改為“SPCD”。單擊面板的Analysis→constraints按鈕（見圖6-9），更改load types為SPCD；取消勾選dof2～dof6；在保留的dof1中輸入1.0。

- 單擊nodes按鈕后選擇id為22、43、101、392的4個支座節點；單擊Create按鈕，創建SPCD類型的動態強迫位移激勵。

Step 03 在模型瀏覽器中右擊并選擇Create->Load Collector，如圖6-10所示。

- 將Name改為“TLOAD＿X”。Card Image項選擇TLOAD1。

- 在EXCITEDID選項中，選擇上一步創建的SPCD載荷。

- 在TYPE選項中，選擇DISP類型，表示該瞬態載荷為強迫位移形式。

- 在TID選項中，選擇SPCD＿TALBED1，定義該瞬態載荷的輸入曲線。

Step 04 在模型瀏覽器中右擊并選擇Create->Load Collector。

- 將Name改為“TSTEP”。Card Image項選擇TSTEP。

- 在TSTEP＿NUM選項中，設置N為10000，DT為0.001，表示采用0.001的定步長計算10000步，總時長10s。

Step 05 在模型瀏覽器中右擊并選擇Create->Load Collector（2020版本HyperMesh以后，為右擊并選擇Create->Curve）。

- 設置Name為“SDAMP”，Card Image項選擇TABDMP1。

- TYPE設置為CRIT，輸入圖6-11所示的曲線數值，表示各階模態阻尼比均為0.005。

Step 06 在模型瀏覽器中右擊并選擇Create->Set。

- 將Name改為“Grid Set”。Card Image項選擇SET＿GRID。

- 單擊Entity IDs選項，選中id為22、43、101、392、574的四個支座節點以及塔頂節點。

Step 07 在模型瀏覽器中右擊并選擇Create->Load Step，設置模態、法瞬態分析工況如圖6-12所示。

- 將Name改為“mtran”；Analysis type選擇Transient（modal）。

- SPC選擇SPC；DLOAD選擇TLOAD＿X。

- METHOD（STRUCT）選擇eigrl；TSTEP選擇TSTEP。

- SDAMPING（STRUCT）選擇SDAMP。

Step 08 在模型瀏覽器中右擊并選擇Create->Output，定義工況結果輸出，如圖6-13所示。勾選DISPLACEMENT，在OPTION選項中選擇SID，并選擇Grid Set集。

Step 09 提交OptiStruct求解。在Analysis面板中單擊OptiStruct按鈕提交求解。也可以導出生成新的.fem文件，使用HyperWorks Solver Run Manager對話框提交求解。

結果查看

求解完成的.h3d輸出文件容量僅為1.66M。使用HyperGraph打開.h3d文件，可以發現輸出文件中僅包含所選SET對應的5個節點的位移輸出曲線。繪制塔頂574號節點以及基礎支撐22號節點的X方向位移曲線，如圖6-14所示。可以看到，塔頂節點574在基礎激勵的位移上疊加了鐵塔本身的振動，而基礎節點22的位移曲線與輸入的TABLED1保持一致。

為了進一步求取結構本身的振動，可以使用HyperGraph中的曲線數值計算功能得到塔頂相對基礎激勵的振動曲線。如圖6-15所示，添加曲線/math類型，定義表達式的橫坐標為p1w1c1.x，縱坐標為p1w1c1.y-p1w1c2.y。

可以看到，沖擊激勵下結構相對振動的最大相對振幅約為7mm，發生時刻為0.15s，隨后振動逐步衰減。而橫向激勵的峰值發生在0.55s，它們的發生時刻是不相同的。

回到HyperMesh中調整輸出，在Global Output中添加STRAIN輸出，輸出集選為ALL，然后再次提交OptiStruct求解，可以看到，這種情況下.h3d輸出文件的容量增大到300M。

在HyperGraph中打開新的求解結果，選擇查看ID=530的塔頂單元應變，如圖6-16所示，在沖擊作用下塔頂單元的最大應變也發生在0.15s附近。