時域計算
關注創建者：姜講蔣醬 創建時間：2023-03-06
時域計算的視頻教程
基于隨機子空間法和聚類算法的模態參數識別
復現了論文中的五自由度動力系統模態分析和時域響應計算，根據時域計算結果進行了隨機子空間模態參數識別，使用聚類算法提高了識別精度。
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HAWC2的應用與開發(2)-網站安裝及其框架內容
HAWC2（Horizontal Axis Wind turbine simulation Code 2nd generation，水平軸風機計算代碼第二版） 一種用于計算風機時域響應的氣動彈性計算程序。該程序主要是基于丹麥技術大學風能部門的氣動彈性設計項目開發的，已在眾多研究項目和工業應用中使用。
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HAWC2的應用與開發-軟件功能介紹
HAWC2（Horizontal Axis Wind turbine simulation Code 2nd generation，水平軸風機計算代碼第二版） 一種用于計算風機時域響應的氣動彈性計算程序。該程序主要是基于丹麥技術大學風能部門的氣動彈性設計項目開發的，已在眾多研究項目和工業應用中使用。HAWC2是以載荷計算為主體的仿真軟件，將外部條件與機組運行狀態相關聯。
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時域計算的實例教程
前幾天做了Virtual Lab的聲學計算，很不錯，有限元邊界元都很好用。做的時候遇到一個問題，對于時域邊界元碰撞傳感器的例子，剛開始按照李增剛書上的步驟做完后看不到云圖，經過仔細琢磨后發現是云圖數值范圍設置不合理，李增剛書上也沒有講，在這里和大家分享一下經驗。
在計算完成顯示云圖后，雙擊數軸，然后將Imposed max設置為1000，Imposed min設置為-1000，這樣云圖顯示就很漂亮了。
計算模型的第一階固有頻率被調試到實驗測試值11.7Hz，并在假設3%阻尼的前提下提取了80Hz以下的固有頻率（表1）。
2，冷卻模塊頂部的散熱器托架布局
表1，散熱器托架的固有頻率
論文的研究分為兩個部分。首先通過對結構進行了頻域掃描（圖3）計算托架的損傷，并與傳統的時域計算損傷方法的結果作了比較。然后再疊加振動臺的隨機載荷（圖4）后，對結構的損傷進行了考察。
圖3，正弦掃描0 – 20Hz數據
圖4，正弦掃描 + 振動臺隨機載荷
采用MSC
Nastran的SOL112進行正弦掃描計算的時域分析，疲勞計算利用了Nastran Embedded Fatigue（NEF）并考慮了應變 –
壽命的材料特性（Neuber
修正）。頻域振動方法（NEVF）的優點是快捷而且節省硬件資源。尤其是因為嵌入式方法在頻率基礎上利用應力數據，無需輸出應力數據存于硬盤的臨時文件，詳見《頻域振動疲勞計算的最新技術（一）》。
圖5顯示了時域分析和頻域分析在危險位置的應力響應。時域分析和頻域分析得到的最危險位置的損傷比較關系在表2顯示。頻域分析的損傷計算結果偏于保守和安全，是時域分析結果的2倍到4倍。
5，時域和頻域的應力響應
表2，時域和頻域分析在危險位置的損傷比較
研究證明，如果在頻域分析時提高掃面頻率的間隔數 （從50到4000）能夠縮小與時域分析結果的差距（表3）。另外，時域分析和頻域分析的損傷的差距，一部分是由于在頻域分析中振動是假設為穩態而引起的。這會導致那些最高應力的循環次數被高估。
展開 部件的疲勞損傷可以用下式表示：
頻域疲勞分析方法
基于頻域的快速疲勞壽命計算的需求是在上世紀80年代首先從海洋工程來的。需要設計大型海洋平臺同時需要避免疲勞損傷。由于結構很大而且載荷組合太多時域響應計算非常困難。波載荷風載數據可以用頻域的功率譜密度表示，顯然利用頻域分析加快疲勞壽命計算更合理。問題是如何利用應力的功率頻譜密度來得到足夠精確的疲勞壽命計算結果。
頻域振動疲勞分析的方法是直接利用應力的頻域功率普密度（PSD）來再現應力時間歷程，并用式（1）和（2）來計算疲勞壽命。
頻域是表述時域信號的另一種形式，現在x軸代表頻率而不是時間。把時域信號轉換到頻域時，我們把信號傳換成離散的，不同幅值/頻率/相位的正弦波。這些正弦波疊加起來就是原來的時間歷程。這種把時域信號轉換正弦信號的方法稱為“傅里葉變換”。每個正弦矢量有一個幅值和相位。
實際上我們常常把頻域信號表達為“功率頻譜密度（PSD）”圖。這個歸一化的圖表述了每個正弦波對于其頻率的均方值。圖2是一個典型的功率頻譜密度（PSD）。正弦波的均方值是通過計算PSD曲線下某一個頻率范圍的面積得到的。均方值可以用式（3）來計算。
圖2. 隨機時間歷程的功率譜密度
從頻域信號轉換成時域信號我們通常把頻域的復數矢量進行傅里葉反變換，就可以得到原來的時域信號。值得注意的是，
因為功率譜密度（PSD）不包含相位信息，傅里葉反變換用于功率譜密度并不能完全再現原來的時域信號。但是對于各態歷經固定相的高斯分布隨機過程，我們可以取出一段時間的時間歷程，假設它代表了原始的時間歷程的統計特性，如此假設是偏于安全的。實際上我們看到許多自然現象屬于各態歷經固定相的高斯分布隨機過程，比如風速和波高。嚴格地說，發電機、發動機、汽車路載并不屬于各態歷經固定相的高斯分布隨機過程。
展開 （7） 在選擇時域數據之前需要說明數據格式，如圖第一列為時間，第一列后軟件預留有19列，用于多工況分析。按照用戶的需求進行設置，第一列后的19列均可輸入時域計算結果，列與列之間用空格隔開。如下圖，用了兩個工況。
（8） 點擊Open選擇時域樣本。
（9） Time data選擇1，time domain result選擇用戶需要分析的某個工況，從第2列到第20列均可選取。
（10） 選取后點擊FFT，工況為50000到60000，結果如下：上圖為時域數據，中間圖為頻域數據。
（11）如需要1/3倍頻程，點擊User-defined1/3 octave interval選項的可選框選擇頻率范圍，比如本數據在0到1500都有幅值，可選擇1-800Hz，也可選擇1-8000Hz，在此選擇1-800Hz，運行1/3 OCT按鈕結果如下：
（12） 當然，如果覺得不是想要得到的，不用重新導入數據，直接修改界面參數重新運行FFT或者1/3 OCT即可。
（13） 上圖紅色方框為右側三個圖的數據的保存按鈕，從上到下，第一個Save為保存選擇區段的時域樣本，第二個為保存頻域數據，第三個為保存1/3倍頻程數據。
下載地址：Fourier Transform3.0應用講解
展開 3.進行頻域水動力計算。
4.定義系泊與Fender模型，這里注意Fender非線性剛度的定義與其受力方向的定義。
5.進行給定環境下的時域計算。
三、主要結果
數值計算進行了5個種子的時域模擬。最終纜繩受力最大值為41噸，纜繩安全系數滿足規范要求。
Fender受力最大為77噸，變形量0.14m，變形較小，處于安全范圍內。
船橫向運動最大為0.97m，橫搖最大為1.4°。
這個例子比較簡單對于一些地方（比如Fender的布置等）進行了簡化，主要為了說明問題。進行靠泊計算，多體模型的建立、Fender的設定和非線性剛度的模擬、風流力系數的輸入都是較為關鍵的步驟，真正做靠泊分析，需要考慮和注意的地方還有很多，需要一定經驗和技巧。
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2.2時域計算方法
（1） 設計倍頻程帶通濾波器組
為每個倍頻程頻段設計符合標準（如IEC 61260、ANSI S1.11）的帶通濾波器：
通帶：覆蓋目標頻段（f1~f2），增益波動≤1dB；
阻帶：通帶外衰減≥40dB（抑制其他頻段信號）；
濾波器類型：常用巴特沃斯（Butterworth）濾波器或切比雪夫（Chebyshev）濾波器，階數通常為4~8階。
動態多模分析和調Q運轉模擬10個月前
該值不代表脈沖物理寬度，僅定義了脈沖計算的時域。在脈沖產生時，粒子束反轉和光子密度會瞬間變化，很有必要在脈沖周期內定義一個數值較大的時步來獲得較好的離散。因為腔結構會導致脈沖生成被延遲，可能需要我們設置脈沖周期比脈沖帶寬大，來阻止脈沖展寬成弛豫周期。
該值不代表脈沖物理寬度，僅定義了脈沖計算的時域。在脈沖產生時，粒子束反轉和光子密度會瞬間變化，很有必要在脈沖周期內定義一個數值較大的時步來獲得較好的離散。因為腔結構會導致脈沖生成被延遲，可能需要我們設置脈沖周期比脈沖帶寬大，來阻止脈沖展寬成弛豫周期。
HAWC2（Horizontal Axis Wind turbine simulation Code 2nd generation，水平軸風機計算代碼第二版）
一種用于計算風機時域響應的氣動彈性計算程序。該程序主要是基于丹麥技術大學風能部門的氣動彈性設計項目開發的，已在眾多研究項目和工業應用中使用。
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HAWC2（Horizontal Axis Wind turbine simulation Code 2nd generation，水平軸風機計算代碼第二版）
</div><p>是一種用于計算風機時域響應的氣動彈性計算程序。
在動態模式下，采用AQWA時域分析模塊計算船舶在不同航速、四級海況下的運動響應，四級海況僅考慮不規則波的作用，采用海洋工程行業常用的Pierson-Moskowitz波譜[7]（以下簡稱P-M波譜）模擬四級海況下的不規則波浪，P-M波譜的相關參數見表3。
3 時域計算結果
取錨泊角為45°下，分別計算船舶在不同浪向角下作業場運動響應最大值和錨纜張力最大值，見表5和表6。
從表5和表6可以看出，船體的橫搖、艏搖、橫蕩運動在浪向角為90°時達到最大值，這是由于作業場橫向載荷的受力面積最大，導致了在橫向浪向下其運動響應最明顯。4個纜繩受力中3號和4號纜繩受力較大，1號和2號纜繩受力較小。
因為時域迭代的方法計算時間較長，為了做到平衡精度和效率，文獻[5–8]提出了一些有效的完全耦合計算方法。
多體動力學能夠考慮到應用于多個體的力，是一種計算時域中機械系統的動態行為的仿真方法。RecurDyn 已廣泛應用于各個工業領域，包括汽車、建筑設備、印刷設備、家電產品和精密儀器，汽車領域的應用案例如上圖所示。大家可以看到，RecurDyn適用于各種運動分析類型。
接下來，我想介紹一個RecurDyn用于齒輪傳動系統行為仿真的新功能。
更重要的是，可以在頻域解決方案中更好地定義艙內聲學特性，如吸收表面和多孔域，而在時域中計算流動和近場聲學。
該解決方案還可以在沒有座艙的自由場中給出觀察者位置的聲學響應，模擬類似于HVAC管道定位在消聲室而不是汽車座艙中的環境。
