譜分析是一種將模態(tài)分析結(jié)果和已知譜聯(lián)系起來，然后計算模型位移和應(yīng)力的分析技術(shù)。在ANSYS軟件中，譜分析替代時間歷程分析，主要用于模型在確定荷載或隨機荷載作用下，獲取結(jié)構(gòu)的響應(yīng)情況。

反應(yīng)譜代表單自由體系對歷時荷載函數(shù)的響應(yīng)。它是響應(yīng)與自振頻率的關(guān)系曲線，其中響應(yīng)包括位移、速度、加速度和力。ANSYS中有兩種反應(yīng)譜分析：單點反應(yīng)譜分析(Single Pt Resp)和多點反應(yīng)譜分析(Multi Pt Resp)。其中，單點反應(yīng)譜分析表示只在模型的一個點集上定義一條或一族反應(yīng)譜曲線，而多點反應(yīng)譜分析可以在模型的不同點集上定義不同反應(yīng)譜曲線。

(1)創(chuàng)建有限元模型

通過創(chuàng)建點、線、面、體建立水電站廠房的實體模型，選取適當(dāng)?shù)膯卧愋?，設(shè)置單元實常數(shù)，定義材料類型，最后通過自由或者映射剖分方法劃分有限元模型。由于只有線性行為在譜分析里面是有效的，所以在選取單元是非線性單元被當(dāng)作線性單元來使用。

(2)獲得模態(tài)解

模態(tài)分析是一個線性分析，任何非線性分析選項，如塑性或著間隙單元，即使定義也將被忽略。在模態(tài)分析中，只可以施加零位移約束，如果在某個位置上指定了一個非零位移的約束，則程序?qū)⒁粤阄灰萍s束代替該約束。在未加位移約束的方向上，程序?qū)⒂嬎銊傮w運動(零頻)以及高階(非零頻)自由體模態(tài)。如果指定了除位移約束外的其他荷載，則這些荷載將在模態(tài)提取中被忽略。但是，程序會計算出相應(yīng)于所加荷載的荷載矢量。模態(tài)的提取方法有Block Lanczos、子空間、縮減三種方法。

BlockLanczos：分塊Lanczos方法。該方法采用一組特征向量來實現(xiàn)Lanczos迭代計算。其內(nèi)部自動采用稀疏矩陣直接求解器(即使指定了求解器)。這種方法的精確程度與子空間方法一樣，但速度更快。當(dāng)知道系統(tǒng)的頻率范圍是，用分塊Lanczos法是不錯的選擇。此時，程序求解高頻部分的速度與求解低頻部分的速度幾乎一樣快。

子空間(Subspace)：該方法采用子空間迭代技術(shù)，默認(rèn)使用的求解器是雅可比共扼梯度求解器JCG。由于該方法采用完整的[K]和[M]矩陣，所以其計算精度很高，但是速度很慢。這種方法通常用于無法選擇主自由度(MDOF)的情況，特別是對大型對稱特征值求解時。

縮減法：該方法用主自由度(MDOF)來計算特征值和特征向量。主自由度方法在計算過程中盡管可以生成精確的[K]矩陣，但只能生成近似的[M]矩陣，這將導(dǎo)致一定的質(zhì)量損失。因此，這種方法盡管速度非?？?，但是精度卻不是很高。其計算精度取決于主自由度的數(shù)目和位置。

(3)獲得譜解

反應(yīng)譜可以是位移、速度、加速度或力。除了力譜外，其他三種代表地震譜，也就是它們被假定施加在基礎(chǔ)上。力譜可以施加在模型的任何位置。

(4)擴展模態(tài)

模態(tài)分析中，所要求的主要是頻率和振形，這些內(nèi)容被寫到輸出文件Jobname.OUT及振形文件Jobname.MODE中。但是，由于振形并沒有寫入到數(shù)據(jù)庫或者結(jié)果文件中，因此不能對結(jié)果進行后處理，要進行后處理，還需要對模態(tài)進行擴展。

所謂擴展，就是將振形寫入到結(jié)果文件中。如果想要在后處理中查看振形，必須首先將模態(tài)進行擴展。

(5)合并模態(tài)

反應(yīng)譜分析首先得到的是系統(tǒng)各階模態(tài)下的位移反應(yīng)譜，但是，這并不代表已經(jīng)求得了系統(tǒng)在整個模態(tài)中的響應(yīng)，這些模態(tài)響應(yīng)之間存在耦合，并且，由于所有模態(tài)的最大值不可能同步出現(xiàn)，所以，直接把各階模態(tài)響應(yīng)直接相加是不符合實際情況的。

ANSYS軟件中對模態(tài)響應(yīng)譜組合的方法有：CQC方法(全二次組合)、GRP方法(分組組合)、DSUM方法(雙求和方法)、SRSS方法(先求平方和、再求平方根的組合方法)。若假定各振型地震反應(yīng)之間是相互獨立的,使用SRSS 法;若考慮振型的耦合則使用CQC 法。

(6)查看結(jié)果

在POST1中可以查看結(jié)構(gòu)的變形，顯示應(yīng)變、應(yīng)力等值線圖。