3.3 惯性释放分析基本理论

如果结构不受任何外在约束，或者无法清楚地确定结构所受的约束，则无法使用传统的静力学分析方法求解。惯性释放允许对无约束结构进行分析。惯性释放针对的分析类型既可以是静力学问题，也可以是频响分析等动力学问题。典型的应用是飞行中的飞机、汽车悬架和空间的卫星等，这些对象的特点是它们都处于静力平衡状态或者匀加速状态，即它们的相对位移和应力状态都是稳定的。惯性释放分析的应用范围还包括已经从多体动力学分析中得到各连接部位的载荷，但找不到合适的约束点进行约束的各种静力学分析。

惯性释放分析的外载荷由一系列平动和转动加速度平衡。这些加速度组成体载荷，分布在整个结构上。这些载荷的向量和刚好使作用在结构上的总载荷为0，从而保证了模型能够进行静力学求解。

OptiStruct惯性释放可用于线性静力学分析、非线性静力学分析和模态法频响分析。使用惯性释放分析的静力工况不能被线性屈曲分析引用。

OptiStruct中有两种方法可以进行惯性释放分析：①采用PARAM，INREL，-1进行惯性释放分析时，需要手动设置虚拟约束SUPPORTi；②采用PARAM，INREL，-2进行惯性释放分析时，系统自动施加虚拟约束。若设置PARAM，INREL，0，则与静力学分析没有本质区别。

推荐将INREL参数设置为-2。一般系统会将虚拟约束点设在结构重心附近的位置。使用PARAM，INREL，-2进行惯性释放分析有以下好处：①可以为无约束结构自动添加虚拟支撑去除6个刚体自由度；②得到的位移结果具有一致性；③对于难以确定支撑位置的结构，可以得到更精确的位移和应力结果。与INREL=-1不同，使用INREL=-2时实际上没有为结构施加任何实际支撑，所以也就没有强制位移零点。

使用惯性释放分析的注意事项如下。

1）用于惯性释放分析的模型应具有质量和惯量，这就需要对材料设置密度。对于一维单元（如BAR单元），在绕轴转动方向上没有惯量，这时可以使用附加的CONM2单元添加惯量。BEAM单元本身可以赋予惯量，所以不存在这个问题。

2）INREL=-2推荐用于刚好具有6个刚体自由度的无约束结构，这时不允许再添加任何额外的SUPPORTi项。

3）如果结构是部分约束的，也就是刚体自由度小于或等于6，这时推荐使用INREL=-1，并使用SUPPORTi去除其余的刚体自由度。

4）对于具有6个以上刚体位移的结构不推荐使用惯性释放分析，这时如果使用INREL=-1将出错，因为INREL=-1时最多指定6个虚拟约束。使用INREL=-2也可能会出错或得到不可靠的结果。

5）对于具有局部无质量机构的问题，INREL=-2可以给出有意义的结果，但是需要在计算完成后由用户检查结果是否可靠。

6）当使用INREL=-1进行惯性释放分析时，虚拟约束选取的点应该可以给结构以良好的支撑。如果结构上没有合适的点，可以考虑在空间上选取这样的点，然后使用RBE3和结构上的多个点相连。注意，由于不能直接对RBE3的从节点施加虚拟约束，所以需要先使用RBE3单元的UM项转移从自由度。也可以使用RBE2进行连接，这时可以直接在主节点上施加虚拟约束，其缺点是会对连接的局部区域增加额外的刚度。

7）如果希望自己指定一个位移的零点，应使用INREL=-1进行惯性释放分析。