ANSYS模態(tài)分析理論與實例[理論實操]_第1頁
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文檔簡介

1、模態(tài)分析模態(tài)分析 M2-1行業(yè)進步 第一節(jié):第一節(jié): 模態(tài)分析的定義和目的模態(tài)分析的定義和目的 第二節(jié):第二節(jié): 對模態(tài)分析有關(guān)的概念、術(shù)語以及模態(tài)提取方法的討論對模態(tài)分析有關(guān)的概念、術(shù)語以及模態(tài)提取方法的討論 第三節(jié):第三節(jié): 學會如何在學會如何在ANSYS中做模態(tài)分析中做模態(tài)分析 第四節(jié):第四節(jié): 做幾個模態(tài)分析的練習做幾個模態(tài)分析的練習 第五節(jié):第五節(jié): 學會如何做具有預(yù)應(yīng)力的模態(tài)分析學會如何做具有預(yù)應(yīng)力的模態(tài)分析 第六節(jié):第六節(jié): 學會如何在模態(tài)分析中利用循環(huán)對稱性學會如何在模態(tài)分析中利用循環(huán)對稱性 M2-2行業(yè)進步 什么是模態(tài)分析什么是模態(tài)分析? 模態(tài)分析是用來確定結(jié)構(gòu)的振動特性的一

2、種技術(shù):模態(tài)分析是用來確定結(jié)構(gòu)的振動特性的一種技術(shù): 自然頻率自然頻率 振型振型 振型參與系數(shù)振型參與系數(shù) (即在特定方向上某個振型在多大程度上(即在特定方向上某個振型在多大程度上 參與了振動)參與了振動) 模態(tài)分析是所有動力學分析類型的最基礎(chǔ)的內(nèi)容。模態(tài)分析是所有動力學分析類型的最基礎(chǔ)的內(nèi)容。 M2-3行業(yè)進步 模態(tài)分析的好處:模態(tài)分析的好處: 使結(jié)構(gòu)設(shè)計避免共振或以特定頻率進行振動(例如揚聲器);使結(jié)構(gòu)設(shè)計避免共振或以特定頻率進行振動(例如揚聲器); 使工程師可以認識到結(jié)構(gòu)對于不同類型的動力載荷是如何響使工程師可以認識到結(jié)構(gòu)對于不同類型的動力載荷是如何響 應(yīng)的;應(yīng)的; 有助于在其它動力分析

3、中估算求解控制參數(shù)(如時間步長)。有助于在其它動力分析中估算求解控制參數(shù)(如時間步長)。 建議:建議: 由于結(jié)構(gòu)的振動特性決定結(jié)構(gòu)對于各種動力載荷的響應(yīng)情由于結(jié)構(gòu)的振動特性決定結(jié)構(gòu)對于各種動力載荷的響應(yīng)情 況,所以在準備進行其它動力分析之前首先要進行模態(tài)分況,所以在準備進行其它動力分析之前首先要進行模態(tài)分 析。析。 M2-4行業(yè)進步 通用運動方程:通用運動方程: 假定為自由振動并忽略阻尼:假定為自由振動并忽略阻尼: 假定為諧運動:假定為諧運動: 這個方程的根是這個方程的根是 i , 即特征值,即特征值, i 的范圍從的范圍從1到自由度的數(shù)目,到自由度的數(shù)目, 相相 應(yīng)的向量是應(yīng)的向量是 uI,

4、 即特征向量。即特征向量。 0 2 uMK 0uKuM tFuKuCuM 模態(tài)分析假定結(jié)構(gòu)是線性的模態(tài)分析假定結(jié)構(gòu)是線性的(如如, M和和K保持為常數(shù)保持為常數(shù)) 簡諧運動方程簡諧運動方程u = u0cos( t), 其中其中 為自振圓周頻率為自振圓周頻率 弧度弧度/秒秒) 注意注意: M2-5行業(yè)進步 特征值的平方根是特征值的平方根是 i , 它是結(jié)構(gòu)的自然圓周頻率(弧度它是結(jié)構(gòu)的自然圓周頻率(弧度/秒),并秒),并 可得出自然頻率可得出自然頻率 fi = i /2p p 特征值是固有頻率特征值是固有頻率 特征向量特征向量 ui 表示振型,表示振型, 即假定結(jié)構(gòu)以頻率即假定結(jié)構(gòu)以頻率 fi振

5、動時的形狀振動時的形狀 模態(tài)提取模態(tài)提取 是用來描述特征值和特征向量計算的術(shù)語是用來描述特征值和特征向量計算的術(shù)語 M2-6行業(yè)進步 在在ANSYS中有以下幾種提取模態(tài)的方法:中有以下幾種提取模態(tài)的方法: Block Lanczos法法 子空間法子空間法 PowerDynamics法法 縮減法縮減法 不對稱法不對稱法 阻尼法阻尼法 使用何種模態(tài)提取方法主要取決于模型大?。ㄏ鄬τ谟嬎銠C的計算使用何種模態(tài)提取方法主要取決于模型大小(相對于計算機的計算 能力而言)和具體的應(yīng)用場合能力而言)和具體的應(yīng)用場合 M2-7行業(yè)進步 Block Lanczos 法可以在大多數(shù)場合中使用:法可以在大多數(shù)場合中使

6、用: 是一種功能強大的方法,當提取中型到大型模型(是一種功能強大的方法,當提取中型到大型模型(50.000 100.000 個自由度)的大量振型時(個自由度)的大量振型時(40+),這種方法很有效;),這種方法很有效; 經(jīng)常應(yīng)用在具有實體單元或殼單元的模型中;經(jīng)常應(yīng)用在具有實體單元或殼單元的模型中; 在具有或沒有初始截斷點時同樣有效。(允許提取高于某個給定頻在具有或沒有初始截斷點時同樣有效。(允許提取高于某個給定頻 率的振型);率的振型); 可以很好地處理剛體振型;可以很好地處理剛體振型; 需要較高的內(nèi)存。需要較高的內(nèi)存。 M2-8行業(yè)進步 子空間法比較適合于提取類似中型到大型模型的較少的振型

7、子空間法比較適合于提取類似中型到大型模型的較少的振型 ( 40) 需要相對較少的內(nèi)存;需要相對較少的內(nèi)存; 實體單元和殼單元應(yīng)當具有較好的單元形狀,要對任何關(guān)實體單元和殼單元應(yīng)當具有較好的單元形狀,要對任何關(guān) 于單元形狀的警告信息予以注意;于單元形狀的警告信息予以注意; 在具有剛體振型時可能會出現(xiàn)收斂問題;在具有剛體振型時可能會出現(xiàn)收斂問題; 建議在具有約束方程時不要用此方法。建議在具有約束方程時不要用此方法。 M2-9行業(yè)進步 PowerDynamics 法適用于提取很大的模型(法適用于提取很大的模型(100.000個自由度以上個自由度以上 )的較少振型)的較少振型( 20)。這種方法明顯比

8、。這種方法明顯比 Block Lanczos 法或子空法或子空 間法快,但是:間法快,但是: 需要很大的內(nèi)存;需要很大的內(nèi)存; 當單元形狀不好或出現(xiàn)病態(tài)矩陣時,用這種方法可能不收斂;當單元形狀不好或出現(xiàn)病態(tài)矩陣時,用這種方法可能不收斂; 建議只將這種方法作為對大模型的一種備用方法。建議只將這種方法作為對大模型的一種備用方法。 子空間技術(shù)使用子空間技術(shù)使用Power求解器求解器(PCG)和和 一直質(zhì)量矩陣;一直質(zhì)量矩陣; 不執(zhí)行不執(zhí)行Sturm序列檢查序列檢查(對于遺漏模態(tài)對于遺漏模態(tài)); 它可能影響多個重復(fù)頻率的它可能影響多個重復(fù)頻率的 模型;模型; 一個包含剛體模態(tài)的模型一個包含剛體模態(tài)的模

9、型, 如果你使用如果你使用PowerDynamics方法方法,必須執(zhí)必須執(zhí) 行行RIGID命令命令(或者在分析設(shè)置對話框中指定或者在分析設(shè)置對話框中指定RIGID設(shè)置設(shè)置)。 注注: PowerDynamics方法方法 M2-10行業(yè)進步 如果模型中的集中質(zhì)量不會引起局部振動,例如象梁和桿那樣,可如果模型中的集中質(zhì)量不會引起局部振動,例如象梁和桿那樣,可 以使用縮減法:以使用縮減法: 它是所有方法中最快的;它是所有方法中最快的; 需要較少的內(nèi)存和硬盤空間;需要較少的內(nèi)存和硬盤空間; 使用矩陣縮減法,即選擇一組主自由度來減小使用矩陣縮減法,即選擇一組主自由度來減小K 和和M 的大小的大小 ; 縮

10、減縮減的剛度矩陣的剛度矩陣K 是精確的,但縮減的質(zhì)量矩陣是精確的,但縮減的質(zhì)量矩陣 M是近似的是近似的 ,近似程度取決于主自由度的數(shù)目和位置;,近似程度取決于主自由度的數(shù)目和位置; 在結(jié)構(gòu)抵抗彎曲能力較弱時不推薦使用此方法,如細長的梁和薄在結(jié)構(gòu)抵抗彎曲能力較弱時不推薦使用此方法,如細長的梁和薄 殼。殼。 注意注意: 選擇主自由度的原則請參閱選擇主自由度的原則請參閱. M2-11行業(yè)進步 不對稱法適用于聲學問題(具有結(jié)構(gòu)藕合作用)和其它類似的具有不對稱法適用于聲學問題(具有結(jié)構(gòu)藕合作用)和其它類似的具有 不對稱質(zhì)量矩陣不對稱質(zhì)量矩陣M和剛度矩陣和剛度矩陣K 的問題:的問題: 計算以復(fù)數(shù)表示的特征

11、值和特征向量計算以復(fù)數(shù)表示的特征值和特征向量 實數(shù)部分就是自然頻率實數(shù)部分就是自然頻率 虛數(shù)部分表示穩(wěn)定性,負值表示穩(wěn)定,正值表示不確定虛數(shù)部分表示穩(wěn)定性,負值表示穩(wěn)定,正值表示不確定 注意注意: 不對稱方法采用不對稱方法采用Lanczos算法算法,不執(zhí)行不執(zhí)行Sturm序列檢查序列檢查,所以遺漏高端所以遺漏高端 頻率頻率. M2-12行業(yè)進步 在模態(tài)分析中一般忽略阻尼,但如果阻尼的效果比較明顯,就要使在模態(tài)分析中一般忽略阻尼,但如果阻尼的效果比較明顯,就要使 用阻尼法:用阻尼法: 主要用于回轉(zhuǎn)體動力學中,這時陀螺阻尼應(yīng)是主要的;主要用于回轉(zhuǎn)體動力學中,這時陀螺阻尼應(yīng)是主要的; 在在ANSYS

12、的的BEAM4和和PIPE16單元中,可以通過定義實常數(shù)中單元中,可以通過定義實常數(shù)中 的的SPIN(旋轉(zhuǎn)速度,弧度旋轉(zhuǎn)速度,弧度/秒)選項來說明陀螺效應(yīng);秒)選項來說明陀螺效應(yīng); 計算以復(fù)數(shù)表示的特征值和特征向量。計算以復(fù)數(shù)表示的特征值和特征向量。 虛數(shù)部分就是自然頻率;虛數(shù)部分就是自然頻率; 實數(shù)部分表示穩(wěn)定性,負值表示穩(wěn)定,正值表示不確定。實數(shù)部分表示穩(wěn)定性,負值表示穩(wěn)定,正值表示不確定。 注意注意: 該方法采用該方法采用Lanczos算法算法 不執(zhí)行不執(zhí)行Sturm序列檢查序列檢查,所以遺漏高端頻率所以遺漏高端頻率 不同節(jié)點間存在相差不同節(jié)點間存在相差 響應(yīng)幅值響應(yīng)幅值 = 實部與虛部

13、的矢量和實部與虛部的矢量和 M2-13行業(yè)進步 模態(tài)分析中的四個主要步驟:模態(tài)分析中的四個主要步驟: 建模建模 選擇分析類型和分析選項選擇分析類型和分析選項 施加邊界條件并求解施加邊界條件并求解 評價結(jié)果評價結(jié)果 建模:建模: 必須定義密度必須定義密度 只能使用線性單元和線性材料,非線性性質(zhì)將被忽略只能使用線性單元和線性材料,非線性性質(zhì)將被忽略 參看第一章中有關(guān)建模要考慮的因素參看第一章中有關(guān)建模要考慮的因素 M2-14行業(yè)進步 /PREP7 ET,. MP,EX,. MP,DENS, ! 建立幾何模型建立幾何模型 ! 劃分網(wǎng)格劃分網(wǎng)格 M2-15行業(yè)進步 3建模建模 選擇分析類型和選項:選擇

14、分析類型和選項: 進入求解器并選擇模態(tài)分析進入求解器并選擇模態(tài)分析 模態(tài)提取選項模態(tài)提取選項* 模態(tài)擴展選項模態(tài)擴展選項* 其它選項其它選項* *將于后面討論。將于后面討論。 典型命令:典型命令: /SOLU ANTYPE,MODAL M2-16行業(yè)進步 模態(tài)提取選項:模態(tài)提取選項: 方法:方法: 建議對大多數(shù)情況使用建議對大多數(shù)情況使用Block Lanczos 法法 振型數(shù)目:振型數(shù)目: 必須指定(縮減法除外)必須指定(縮減法除外) 頻率范圍:頻率范圍: 缺省為全部,但可以限定于某缺省為全部,但可以限定于某 個范圍內(nèi)個范圍內(nèi) (FREQB to FREQE) 振型歸一化:振型歸一化: 將于

15、后面討論將于后面討論 處理約束方程:處理約束方程: 主要用于對稱循環(huán)模態(tài)中主要用于對稱循環(huán)模態(tài)中 (以后討論)(以后討論) 典型命令典型命令 MODOPT,. M2-17行業(yè)進步 振型歸一化:振型歸一化: 因為自由度解沒有任何實際意義,它只表明了振型,即各個節(jié)點相因為自由度解沒有任何實際意義,它只表明了振型,即各個節(jié)點相 對于其它節(jié)點是如何運動的;對于其它節(jié)點是如何運動的; 振型可以或者相對于質(zhì)量矩陣振型可以或者相對于質(zhì)量矩陣M或者相對于單位矩陣或者相對于單位矩陣 I進行歸一進行歸一 化:?;?。 對振型進行相對于質(zhì)量矩陣對振型進行相對于質(zhì)量矩陣M的歸一化處理是缺省選項,這種的歸一化處理是缺省

16、選項,這種 歸一化也是譜分析或?qū)⒔又M行的振型疊加分析所要求的歸一化也是譜分析或?qū)⒔又M行的振型疊加分析所要求的 如果想較容易的對整個結(jié)構(gòu)中的位移的相對值進行比較,就選擇如果想較容易的對整個結(jié)構(gòu)中的位移的相對值進行比較,就選擇 對振型進行相對于單位矩陣對振型進行相對于單位矩陣I進行歸一化進行歸一化 M2-18行業(yè)進步 模態(tài)擴展:模態(tài)擴展: 對于縮減法而言,擴展意味著從縮減振型中計算出全部振型;對于縮減法而言,擴展意味著從縮減振型中計算出全部振型; 對于其它方法而言,擴展意味著將振型寫入結(jié)果文件中;對于其它方法而言,擴展意味著將振型寫入結(jié)果文件中; 如果想進行下面任何一項工作,必須擴展模態(tài):如果

17、想進行下面任何一項工作,必須擴展模態(tài): 在后處理中觀察振型;在后處理中觀察振型; 計算單元應(yīng)力;計算單元應(yīng)力; 進行后繼的頻譜分析。進行后繼的頻譜分析。 典型命令:典型命令: MXPAND,. M2-19行業(yè)進步 模態(tài)擴展模態(tài)擴展 (接上頁):(接上頁): 建議建議: 擴展的模態(tài)數(shù)目應(yīng)當與提取的模態(tài)數(shù)目相等,這樣做的代價擴展的模態(tài)數(shù)目應(yīng)當與提取的模態(tài)數(shù)目相等,這樣做的代價 最小。最小。 M2-20行業(yè)進步 其它分析選項:其它分析選項: 集中質(zhì)量矩陣:集中質(zhì)量矩陣: 主要用于細長梁或薄殼,或者波傳播問題;主要用于細長梁或薄殼,或者波傳播問題; 對對 PowerDynamics 法,自動選擇集中質(zhì)

18、量矩陣。法,自動選擇集中質(zhì)量矩陣。 預(yù)應(yīng)力效應(yīng):預(yù)應(yīng)力效應(yīng): 用于計算具有預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的模態(tài)(以后討論)。用于計算具有預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的模態(tài)(以后討論)。 阻尼:阻尼: 阻尼僅在選用阻尼模態(tài)提取法時使用;阻尼僅在選用阻尼模態(tài)提取法時使用; 可以使用阻尼比可以使用阻尼比 阻尼和阻尼和 阻尼;阻尼; 對對BEAM4 和和 PIPE16 單元,允許使用陀螺阻尼。單元,允許使用陀螺阻尼。 M2-21行業(yè)進步 LUMPM,OFF or ON PSTRES,OFF or ON ALPHAD,. BETAD,. DMPRAT,. M2-22行業(yè)進步 3建模建模 3選擇分析類型和選項選擇分析類型和選項 施加邊界條件并

19、求解:施加邊界條件并求解: 位移約束:位移約束: 下面討論下面討論 外部載荷:外部載荷: 因為振動被假定為自由振動,所以忽略外部載荷。然而因為振動被假定為自由振動,所以忽略外部載荷。然而 ,ANSYS程序形成的載荷向量可以在隨后的模態(tài)疊加分析中使用程序形成的載荷向量可以在隨后的模態(tài)疊加分析中使用 求解求解:以后討論:以后討論 M2-23行業(yè)進步 位移約束:位移約束: 施加必需的約束來模擬實際的固定情況;施加必需的約束來模擬實際的固定情況; 在沒有施加約束的方向上將計算剛體振型;在沒有施加約束的方向上將計算剛體振型; 不允許有非零位移約束。不允許有非零位移約束。 典型命令典型命令: DK,或或

20、D或或 DSYM DL,. DA,. M2-24行業(yè)進步 位移約束(接上頁):位移約束(接上頁): 對稱邊界條件只產(chǎn)生對稱的振型,所以對稱邊界條件只產(chǎn)生對稱的振型,所以 將會丟失一些振型。將會丟失一些振型。 對稱邊界對稱邊界反對稱邊界反對稱邊界 完整模型完整模型 M2-25行業(yè)進步 位移約束(接上頁):位移約束(接上頁): 對于一個平板中間有孔的模型,全部模型和四分之一模型的最小非零振對于一個平板中間有孔的模型,全部模型和四分之一模型的最小非零振 動頻率如下所示。在反對稱模型中,由于沿著對稱邊界條件不為零,所動頻率如下所示。在反對稱模型中,由于沿著對稱邊界條件不為零,所 以它丟失了頻率為以它丟

21、失了頻率為53Hz的振型。的振型。 M2-26行業(yè)進步 求解:求解: 通常采用一個載荷步;通常采用一個載荷步; 為了研究不同位移約束的效果,可以采用多載荷步為了研究不同位移約束的效果,可以采用多載荷步 (例如,對稱邊界條件采用一個載荷步,反對稱邊(例如,對稱邊界條件采用一個載荷步,反對稱邊 界條件采用另一個載荷步)。界條件采用另一個載荷步)。 典型命令典型命令: SOLVE M2-27行業(yè)進步 3建模建模 3選擇分析類型和選項選擇分析類型和選項 3施加邊界條件并求解施加邊界條件并求解 觀察結(jié)果觀察結(jié)果 進入通用后處理器進入通用后處理器POST1 列出各自然頻率列出各自然頻率 觀察振型觀察振型

22、觀察模態(tài)應(yīng)力觀察模態(tài)應(yīng)力 M2-28行業(yè)進步 列出自然頻率:列出自然頻率: 在通用后處理器菜單中選擇在通用后處理器菜單中選擇 “Results Summary”; 注意,每一個模態(tài)都保存在單獨的子步中。注意,每一個模態(tài)都保存在單獨的子步中。 典型命令典型命令: /POST1 SET,LIST M2-29行業(yè)進步 觀察振型:觀察振型: 首先采用首先采用“ First Set”、“ Next Set” 或或“By Load Step” 然后繪制模態(tài)變形圖:然后繪制模態(tài)變形圖: shape : General Postproc Plot Results Deformed Shape 注意圖例中給出了

23、振型序號注意圖例中給出了振型序號 ( SUB = ) 和頻率和頻率 (FREQ = ) 。 M2-30行業(yè)進步 觀察振型觀察振型 (接上頁):(接上頁): 振型可以制作動畫:振型可以制作動畫: Utility Menu PlotCtrls Animate Mode Shape. M2-31行業(yè)進步 SET,1,1 ! First mode ANMODE,10,.05 ! 動畫動畫 10幀幀,幀間間隔幀間間隔0.05秒秒 SET,1,2 ! 第二模態(tài)第二模態(tài) ANMODE,10,.05 SET,1,3 ! 第三模態(tài)第三模態(tài) ANMODE,10,.05 M2-32行業(yè)進步 模態(tài)應(yīng)力:模態(tài)應(yīng)力: 如

24、果在選擇分析選項時激活了單元應(yīng)力計算選項,則可以得到模態(tài)應(yīng)力如果在選擇分析選項時激活了單元應(yīng)力計算選項,則可以得到模態(tài)應(yīng)力 應(yīng)力值并沒有實際意義,但如果振型是相對于單位矩陣歸一的,則可以在應(yīng)力值并沒有實際意義,但如果振型是相對于單位矩陣歸一的,則可以在 給定的振型中比較不同點的應(yīng)力,從而發(fā)現(xiàn)可能存在的應(yīng)力集中。給定的振型中比較不同點的應(yīng)力,從而發(fā)現(xiàn)可能存在的應(yīng)力集中。 典型命令典型命令: PLNSOL,S,EQV! 畫畫von Mises應(yīng)力等值圖應(yīng)力等值圖 M2-33行業(yè)進步 相對于單位矩相對于單位矩 陣歸一的振型陣歸一的振型 M2-34行業(yè)進步 3 建模建模 3 選擇分析類型和選項選擇分析

25、類型和選項 3 施加邊界條件并求解施加邊界條件并求解 3 觀察結(jié)果觀察結(jié)果 M2-35行業(yè)進步 這些實例包括兩個問題:這些實例包括兩個問題: 1. 平板中央開孔模型的模態(tài)分析平板中央開孔模型的模態(tài)分析 : 一步一步地描述了如何進行模態(tài)分析;一步一步地描述了如何進行模態(tài)分析; 既可以由學員自己來練習這個問題,也可以由老師把這個問題作既可以由學員自己來練習這個問題,也可以由老師把這個問題作 為范例來講。為范例來講。 2. 對模型飛機幾機翼進行模態(tài)分析對模型飛機幾機翼進行模態(tài)分析: 這個問題留給學員做練習。這個問題留給學員做練習。 細節(jié)部分請參考動力學實例分析補充材料。細節(jié)部分請參考動力學實例分析補

26、充材料。 M2-36行業(yè)進步 什么是有預(yù)應(yīng)力的模態(tài)分析?什么是有預(yù)應(yīng)力的模態(tài)分析? 為什么要做有預(yù)應(yīng)力的模態(tài)分析為什么要做有預(yù)應(yīng)力的模態(tài)分析? 具有預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析;具有預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析; 同樣的結(jié)構(gòu)在不同的應(yīng)力狀態(tài)下表現(xiàn)出不同的動力特性。同樣的結(jié)構(gòu)在不同的應(yīng)力狀態(tài)下表現(xiàn)出不同的動力特性。 例如,一根琴弦隨著拉力的增加,它的振動頻率也隨之增大。例如,一根琴弦隨著拉力的增加,它的振動頻率也隨之增大。 渦輪葉片旋轉(zhuǎn)時,由于離心力引起的預(yù)應(yīng)力的作用,它的自然頻渦輪葉片旋轉(zhuǎn)時,由于離心力引起的預(yù)應(yīng)力的作用,它的自然頻 率逐漸具有增大的趨勢。率逐漸具有增大的趨勢。 為了恰當?shù)卦O(shè)計這些結(jié)構(gòu),必須要

27、做具有預(yù)應(yīng)力和無預(yù)應(yīng)力的模為了恰當?shù)卦O(shè)計這些結(jié)構(gòu),必須要做具有預(yù)應(yīng)力和無預(yù)應(yīng)力的模 型的模態(tài)分析。型的模態(tài)分析。 M2-37行業(yè)進步 三個主要步驟:三個主要步驟: 建模建模 在靜態(tài)分析中給模型施加預(yù)應(yīng)力在靜態(tài)分析中給模型施加預(yù)應(yīng)力 做具有預(yù)應(yīng)力的模態(tài)分析做具有預(yù)應(yīng)力的模態(tài)分析 建模:建模: 與普通模態(tài)分析要考慮的問題一樣與普通模態(tài)分析要考慮的問題一樣 必須定義密度必須定義密度 M2-38行業(yè)進步 /PREP7 ET,. MP,EX,. MP,DENS, ! 建立幾何模型建立幾何模型 ! 劃分網(wǎng)格劃分網(wǎng)格 M2-39行業(yè)進步 3建模建模 在靜態(tài)分析中給模型施加預(yù)應(yīng)力在靜態(tài)分析中給模型施加預(yù)應(yīng)力選

28、擇分析類型選擇分析類型 和選項:和選項: 必須激活預(yù)應(yīng)力選項。必須激活預(yù)應(yīng)力選項。 載荷:載荷: 施加引起預(yù)應(yīng)力的載荷。施加引起預(yù)應(yīng)力的載荷。 后處理:后處理: 觀察結(jié)果,確認已經(jīng)施加了合適觀察結(jié)果,確認已經(jīng)施加了合適 的載荷。的載荷。 M2-40行業(yè)進步 /SOLU ANTYPE,STATIC! 靜力分析靜力分析 PSTRES,ON! 激活預(yù)應(yīng)力效應(yīng)激活預(yù)應(yīng)力效應(yīng) ! 加載加載 . ! 求解求解 SOLVE ! 結(jié)果處理結(jié)果處理 /POST1 PLDISP,2 PLNSOL,S,EQV FINISH M2-41行業(yè)進步 M2-42行業(yè)進步 3建模建模 3 在靜態(tài)分析中給模型施加預(yù)應(yīng)力在靜態(tài)分

29、析中給模型施加預(yù)應(yīng)力 做具有預(yù)應(yīng)力的模態(tài)分析做具有預(yù)應(yīng)力的模態(tài)分析: 除了在分析選項中必須激活預(yù)應(yīng)力效除了在分析選項中必須激活預(yù)應(yīng)力效 果選項外,其它步驟與普通模態(tài)分析果選項外,其它步驟與普通模態(tài)分析 的步驟一樣。的步驟一樣。 M2-43行業(yè)進步 /SOLU ANTYPE,MODAL MODOPT, MXPAND, PSTRES,ON SOLVE M2-44行業(yè)進步 具有預(yù)應(yīng)力的平板具有預(yù)應(yīng)力的平板無預(yù)應(yīng)力的平板無預(yù)應(yīng)力的平板 比較:比較: M2-45行業(yè)進步 /POST1 SET,LIST SET,1,n ! n 是模態(tài)號是模態(tài)號 PLDISP,2 FINISH M2-46行業(yè)進步 3 建模

30、建模 3 在靜態(tài)分析中給模型施加預(yù)應(yīng)力在靜態(tài)分析中給模型施加預(yù)應(yīng)力 3 做具有預(yù)應(yīng)力的模態(tài)分析做具有預(yù)應(yīng)力的模態(tài)分析 M2-47行業(yè)進步 在以下的實例中,學員給如圖所示的盤片施加預(yù)應(yīng)力,然后計算它在以下的實例中,學員給如圖所示的盤片施加預(yù)應(yīng)力,然后計算它 的自然頻率。如果時間允許,計算沒有預(yù)應(yīng)力的盤片的自然頻率和的自然頻率。如果時間允許,計算沒有預(yù)應(yīng)力的盤片的自然頻率和 振型。振型。 詳細情況請參考動力學實例補充材料。詳細情況請參考動力學實例補充材料。 M2-48行業(yè)進步 什么是循環(huán)對稱結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析什么是循環(huán)對稱結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析? 利用循環(huán)對稱的模態(tài)分析;利用循環(huán)對稱的模態(tài)分析; 可以只模擬結(jié)

31、構(gòu)的一個扇形區(qū),然后觀察整個結(jié)構(gòu)的振型。可以只模擬結(jié)構(gòu)的一個扇形區(qū),然后觀察整個結(jié)構(gòu)的振型。 節(jié)省了建模時間節(jié)省了建模時間 不需要模擬整個結(jié)構(gòu)。不需要模擬整個結(jié)構(gòu)。 節(jié)省了計算時間和硬盤空間節(jié)省了計算時間和硬盤空間 只需要較少的單元和自由度。只需要較少的單元和自由度。 應(yīng)用:應(yīng)用: 可用于任何具有循環(huán)對稱的結(jié)構(gòu):如渦輪、葉輪。可用于任何具有循環(huán)對稱的結(jié)構(gòu):如渦輪、葉輪。 M2-49行業(yè)進步 七個主要步驟:七個主要步驟: 基本扇區(qū)的建?;旧葏^(qū)的建模 確定循環(huán)對稱平面確定循環(huán)對稱平面 復(fù)制一個基本扇區(qū)復(fù)制一個基本扇區(qū) 在兩個扇區(qū)上施加邊界條件在兩個扇區(qū)上施加邊界條件 指定分析類型和選項指定分析類

32、型和選項 用用CYCSOL命令求解命令求解 將求解結(jié)果擴展到將求解結(jié)果擴展到3600,對結(jié)果進行評價,對結(jié)果進行評價 M2-50行業(yè)進步 基本扇區(qū):基本扇區(qū): 必須在全局柱坐標系中:必須在全局柱坐標系中:X為徑向,為徑向, Y 沿著沿著 向,向, Z 為軸向為軸向 循環(huán)對稱面循環(huán)對稱面 (或邊):(或邊): 必須要有相匹配的節(jié)點分布,可以必須要有相匹配的節(jié)點分布,可以 通過規(guī)定線的分布來保證這一點通過規(guī)定線的分布來保證這一點 可以是彎曲的可以是彎曲的 只要只要360/ 是整數(shù),是整數(shù),扇區(qū)角扇區(qū)角 可以是任何可以是任何 值值 M2-51行業(yè)進步 /PREP7 ET,. MP,EX,. MP,D

33、ENS, ! 建立幾何模型建立幾何模型 ! 劃分網(wǎng)格劃分網(wǎng)格 M2-52行業(yè)進步 3基本扇區(qū)的建?;旧葏^(qū)的建模 指定循環(huán)對稱面指定循環(huán)對稱面: 沿著最小的沿著最小的 角選擇節(jié)點。角選擇節(jié)點。 創(chuàng)建節(jié)點組:創(chuàng)建節(jié)點組: Utility Menu Select Comp/Assembly Create Component 盡管不需要對對應(yīng)的邊建立節(jié)點組,但盡管不需要對對應(yīng)的邊建立節(jié)點組,但 這樣做可能有用。這樣做可能有用。 確認在完成確定循環(huán)對稱面這一步時選確認在完成確定循環(huán)對稱面這一步時選 擇了所有有關(guān)項。擇了所有有關(guān)項。 Components ND0 and ND36 典型命令典型命令: N

34、SEL, ! 選擇一個對稱面選擇一個對稱面 CM,name,NODE! Name是組名是組名 NSEL,ALL ! 選擇所有節(jié)點選擇所有節(jié)點 M2-53行業(yè)進步 3基本扇區(qū)的建?;旧葏^(qū)的建模 3指定循環(huán)對稱面指定循環(huán)對稱面 復(fù)制一個基本扇區(qū):復(fù)制一個基本扇區(qū): 循環(huán)對稱結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析循環(huán)對稱結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析 需要兩個相同的基本扇需要兩個相同的基本扇 區(qū)區(qū) 確認選擇了基本扇區(qū)中的全部節(jié)點和單元確認選擇了基本扇區(qū)中的全部節(jié)點和單元 運行宏運行宏 CYCGEN Preprocessor Cyclic Sector 僅僅復(fù)制了有限元元素實體,并沒有復(fù)制固體模僅僅復(fù)制了有限元元素實體,并沒有復(fù)制固體模

35、型型 典型命令:典型命令: ALLSEL CYCGEN M2-54行業(yè)進步 3基本扇區(qū)的建?;旧葏^(qū)的建模 3指定循環(huán)對稱面指定循環(huán)對稱面 3復(fù)制一個基本扇區(qū)復(fù)制一個基本扇區(qū) 在兩個扇區(qū)上施加邊界條件:在兩個扇區(qū)上施加邊界條件: 主要是位移約束;主要是位移約束; 僅在各節(jié)點上施加約束(因為第二個扇區(qū)只包括節(jié)點和單元);僅在各節(jié)點上施加約束(因為第二個扇區(qū)只包括節(jié)點和單元); 根據(jù)位置選擇節(jié)點,而不是根據(jù)編號;根據(jù)位置選擇節(jié)點,而不是根據(jù)編號; 不需要施加對稱邊界條件(除非是進行靜態(tài)分析以施加預(yù)應(yīng)力)。不需要施加對稱邊界條件(除非是進行靜態(tài)分析以施加預(yù)應(yīng)力)。 典型命令典型命令: CSYS,1

36、NSEL,LOC, D,ALL, NSEL,ALL M2-55行業(yè)進步 3基本扇區(qū)的建?;旧葏^(qū)的建模 3指定循環(huán)對稱面指定循環(huán)對稱面 3復(fù)制一個基本扇區(qū)復(fù)制一個基本扇區(qū) 3在兩個扇區(qū)上施加邊界條件在兩個扇區(qū)上施加邊界條件 指定分析類型和選項:指定分析類型和選項: 模態(tài)分析模態(tài)分析 選項:選項: 建議使用建議使用Block Lanczos 法;法; 提取的節(jié)點數(shù)目(提取的節(jié)點數(shù)目(NMODE)是節(jié)徑數(shù)(以后解釋);是節(jié)徑數(shù)(以后解釋); 約束方程處理約束方程處理 - 以后討論;以后討論; 擴展的模態(tài)數(shù)目應(yīng)和提取的模態(tài)數(shù)目一樣多。擴展的模態(tài)數(shù)目應(yīng)和提取的模態(tài)數(shù)目一樣多。 典型命令典型命令: /S

37、OLU ANTYPE,MODAL MODOPT,LANB,5, ,2 ! 5階模態(tài)階模態(tài), 精確的拉格朗日方法精確的拉格朗日方法 MXPAND,5 M2-56行業(yè)進步 處理約束方程方法:處理約束方程方法: 大約有幾百個甚至幾千個約束方程,在循環(huán)對稱面上回自動產(chǎn)生;大約有幾百個甚至幾千個約束方程,在循環(huán)對稱面上回自動產(chǎn)生; 缺省的處理約束方程法是直接消去法,但這種方法的效果可能并不好缺省的處理約束方程法是直接消去法,但這種方法的效果可能并不好 ; 建議使用拉格朗日乘子法,有兩個選項:建議使用拉格朗日乘子法,有兩個選項: 快速求解法快速求解法是快速的,但對于高階頻率可能給不出精確的特征值是快速的,

38、但對于高階頻率可能給不出精確的特征值 ; 精確求解法精確求解法是精確的,但是要慢一些。是精確的,但是要慢一些。 M2-57行業(yè)進步 3基本扇區(qū)的建模基本扇區(qū)的建模 3指定循環(huán)對稱面指定循環(huán)對稱面 3復(fù)制一個基本扇區(qū)復(fù)制一個基本扇區(qū) 3在兩個扇區(qū)上施加邊界條件在兩個扇區(qū)上施加邊界條件 3指定分析類型和選項指定分析類型和選項 用用CYCSOL命令求解命令求解 CYCSOL 是一個能產(chǎn)生必需的約束方程并得到是一個能產(chǎn)生必需的約束方程并得到 模態(tài)解的宏;模態(tài)解的宏; 菜單路徑是:菜單路徑是: Solution Modal Cyclic SymNMODE modes are extracted for

39、each nodal diameter. Explained next. 典型命令典型命令: CYCSOL,0,4,10,ND0 ! 節(jié)徑節(jié)徑 0-4, 10 扇區(qū)扇區(qū), 組件組件 ND0 FINISH M2-58行業(yè)進步 節(jié)徑節(jié)徑 振動中位移為零的線振動中位移為零的線 一條節(jié)徑通常在周向引起一個振動波,即一條橫穿零位移平面的線一條節(jié)徑通常在周向引起一個振動波,即一條橫穿零位移平面的線 ,兩條節(jié)徑引起的兩個振動波,如此類推;,兩條節(jié)徑引起的兩個振動波,如此類推; 每條節(jié)徑有許多振型,應(yīng)當注意一條給定節(jié)徑的高階振型可能在周每條節(jié)徑有許多振型,應(yīng)當注意一條給定節(jié)徑的高階振型可能在周 向出現(xiàn)更多的振

40、動波。向出現(xiàn)更多的振動波。 M2-59行業(yè)進步 一條節(jié)徑一條節(jié)徑 注意,下面的位移注意,下面的位移UZ等值線圖中有一條零位移的徑向等值線圖中有一條零位移的徑向 線,右圖表示的是振型的側(cè)視圖。線,右圖表示的是振型的側(cè)視圖。 M2-60行業(yè)進步 兩條節(jié)徑兩條節(jié)徑 M2-61行業(yè)進步 三條節(jié)徑三條節(jié)徑 M2-62行業(yè)進步 四條節(jié)徑四條節(jié)徑 M2-63行業(yè)進步 零節(jié)徑零節(jié)徑 (軸對稱模型)(軸對稱模型) M2-64行業(yè)進步 為什么節(jié)徑范圍很重要為什么節(jié)徑范圍很重要? 由于只模擬了一個基本扇區(qū),所以由于只模擬了一個基本扇區(qū),所以ANSYS需要知道將要提取哪些振需要知道將要提取哪些振 型。是提取對某一給定節(jié)徑的所有振型還是提取所給節(jié)徑范圍內(nèi)的型。是提取對某一給定節(jié)徑的所有振型還是提取所給節(jié)徑范圍內(nèi)的 前幾階振型?前幾階振型? 結(jié)構(gòu)的低階振型通常是前幾節(jié)徑的前幾階振型;結(jié)構(gòu)的低階振型通常是前幾節(jié)徑的前幾階振型; 通常,只需對前面少數(shù)幾條節(jié)徑提取

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