ansys模態(tài)分析及詳細過程

1、壓電變換器的自振頻率分析及詳細過程1.模態(tài)分析的定義及其應用 模態(tài)分析用于確定設計結構或機器部件的振動特性(固有頻率和振型)，即結構的固有頻率和振型，它們是承受動態(tài)載荷結構設計中的重要參數(shù)。同時，也可以作為其它動力學分析問題的起點，例如瞬態(tài)動力學分析、諧響應分析和譜分析，其中模態(tài)分析也是進行譜分析或模態(tài)疊加法諧響應分析或瞬態(tài)動力學分析所必需的前期分析過程。 ANSYS的模態(tài)分析可以對有預應力的結構進行模態(tài)分析和循環(huán)對稱結構模態(tài)分析。前者有旋轉的渦輪葉片等的模態(tài)分析，后者則允許在建立一部分循環(huán)對稱結構的模型來完成對整個結構的模態(tài)分析。ANSYS提供的模態(tài)提取方法有:子空間法(subspace)、

2、分塊法(block lancets),縮減法(reduced/householder)、動態(tài)提取法(power dynamics)、非對稱法(unsymmetric),阻尼法(damped), QR阻尼法(QR damped)等，大多數(shù)分析都可使用子空間法、分塊法、縮減法。ANSYS的模態(tài)分析是線形分析，任何非線性特性，例如塑性、接觸單元等，即使被定義了也將被忽略。2.模態(tài)分析操作過程 一個典型的模態(tài)分析過程主要包括建模、模態(tài)求解、擴展模態(tài)以及觀察結果四個步驟。(1).建模 模態(tài)分析的建模過程與其他分析類型的建模過程是類似的，主要包括定義單元類型、單元實常數(shù)、材料性質、建立幾何模型以及劃分有限

3、元網(wǎng)格等基本步驟。(2).施加載荷和求解 包括指定分析類型、指定分析選項、施加約束、設置載荷選項，并進行固有頻率的求解等。 指定分析類型，Main Menu- Solution-Analysis Type-New Analysis,選擇Modal。指定分析選項，Main Menu-Solution-Analysis Type-Analysis Options，選擇MODOPT(模態(tài)提取方法，設置模態(tài)提取數(shù)量MXPAND. 定義主自由度，僅縮減法使用。 施加約束，Main Menu-Solution-Define Loads-Apply-Structural-Displacement。 求解，M

4、ain Menu-Solution-Solve-Current LS。(3).擴展模態(tài) 如果要在POSTI中觀察結果，必須先擴展模態(tài)，即將振型寫入結果文件。過程包括重新進入求解器、激話擴展處理及其選項、指定載荷步選項、擴展處理等。 激活擴展處理及其選項，Main Menu-Solution-Load Step Opts-Expansionpass-Single Expand-Expand modes。 指定載荷步選項。 擴展處理，Main Menu-solution-Solve-Current LS。 注意:擴展模態(tài)可以如前述辦法單獨進行，也可以在施加載荷和求解階段同時進行。本例即采用了后面的

5、方法(4).查看結果模態(tài)分析的結果包括結構的頻率、振型、相對應力和力等所有圖片大小可以自己調節(jié)實例1. 在開始菜單中啟動Mechanical APDL Product launcher，如圖1所示其中Working Directory 代表你的工作路徑，也就是所有ansys的生成文件都存在這個文件加下。而job Name 就代表你所做實例的名字，實例中我們將目錄設為F盤，工作名設為model2.最后點擊run運行進入ansys界面。如圖2所示。圖22. 定義單元類型拾取菜單Main M-Preprocessor-Element Type-Add/Edit/Delete,如圖3所示。然后單擊，圖

6、3然后單擊add按鈕。如圖4所示，單擊ok ,選擇solid5單元，這樣就完成了對單元的選擇。然后再單擊圖3中的close按鈕。圖43. 定義材料屬性拾取菜單Main Menu-Preprocessor-Material Props-Material Models.彈出對話框，如圖5所示。定義相對介電常數(shù)。在右側列表中依次雙擊"electromagnetic", "relative permittivity", "orthotropic".輸入相關參數(shù)。圖5在右側再點擊Density,如圖6所示。定義材料的密度。密度為7500，單擊o

7、k。圖6在右側在依次點擊“Piezoelectrics”“Piezoelectric matrix”定義壓電應力矩陣，如圖7所示。輸入相關參數(shù)。單擊ok。圖7在右側列表中依次雙擊"Structural", "Linear", "Elastic", "Anisotropic"如圖8所示，定義各向異性彈性矩陣設置，輸入?yún)?shù)，單擊ok。圖8點擊Material-Exit完成對材料的定義。4.建模選取菜單Parameters-Scalar Parameters 在selection中輸入L=10E-3然后點擊accept，

8、再輸入h=20e-3,點擊accept，按照相同的步驟輸入，w=10e-3,a3=1000.如圖9所示。圖9點擊close。拾取菜單Main Menu - Preprocessor Modeling-Create- Keypoints-In Active CS彈出對話框，如圖10所示，輸入1,創(chuàng)建關鍵點1，坐標為0,0,0.點擊apply。圖10再輸入如圖11所示圖11點擊apply。輸入圖12所示。圖12圖13建立四個關鍵點。復制關鍵點選取modeling-copy-keypoints 彈出選框，如圖14所示。點擊pickall彈出圖15所示的選框，輸入?yún)?shù)，單擊ok。復制一份，向z軸偏移距

9、離為H。 圖14 圖15改變視角 選取plotctrls-pan zoom rotate-iso 然后點擊close是原始坐標系不顯示 選取plotctrls-windows controls-windows options 如圖16所示選取no shown 點擊ok。圖16創(chuàng)建直線Main Menu - Preprocessor Modeling-Create- line-line-straight line選取點1和5，點擊ok。劃分直線網(wǎng)格，分為4份。Main Menu Preprocessor-meshing-size cntrls-manual size-line-all lines

10、,如圖17所示，點擊ok。圖17通過關鍵點創(chuàng)建面，Main Menu - Preprocessor Modeling-Create- areas-arbitrary-through kps 彈出選框，選取點1,2,3,4。通過面拉伸體，Main Menu - Preprocessor Modeling-operate-extrude-areas-along lines 彈出選框，選取剛才那個形成的面，單擊ok，然后再選取前面我們建立的線，點擊ok，形成的體如圖18所示。圖185.網(wǎng)格劃分顯示線號 plotctrls-numbering line numbers前打鉤。點擊ok。圖19所示圖19

11、顯示線 plot-lines選取meshing-mesh tool 如圖20所示。選取line后邊的set 彈出選框，選取線11.和13，單擊ok，彈出如21所示，輸入2，單擊ok。劃分為兩部分。 圖20 圖21選取 hex ，mapped,點擊mesh tool 中的mesh彈出選框，選取體，單擊ok。如圖22所示。圖226.施加約束選取節(jié)點 select-entities 彈出如圖23所示的對話框,點擊ok。圖23拾取菜單Main Menu-Solution-Define Loads-Apply-Structural-Displacement-symmetry b.c-on nodes 彈

12、出圖24選框，單擊ok。圖24同理約束y軸，將圖24中改為y軸，單擊ok。7.分析類型拾取菜單Main Menu-Solution-Analysis Type-New Analysis。彈出對話框，選擇"Type of Analysis"為"Modal",單擊"OK"按鈕。 8.指定分析選項拾取菜單Main Menu-Solution-Analysis Type-Analysis Options。彈出對話框，在"No. of modes to extract"文本框中輸入10.擴展模態(tài)數(shù)為10如圖25所示，單擊ok

13、。圖25頻率范圍50000到150000,圖26所示,單擊ok。圖26約束z=0和z=h的面的節(jié)點電壓為0.選取節(jié)點 select-entities 彈出如圖27所示的對話框,點擊ok。 圖27 圖29拾取菜單Main Menu-Solution-Define Loads-Apply-electric-boundary-voltage-on node 如圖28所示，單擊ok。圖28同理定義z=h，電壓為0.如圖29.所示施加約束時，先選取該面上的節(jié)點，然后直接施加就是該面的約束。在每一步施加約束時，我們都先選擇該面上的節(jié)點后再施加。圖23,27,29都是選擇相應面上的節(jié)點。然后是假載荷，不然施

14、加的是全部節(jié)點。9.求解拾取菜單Main Menu-Solution-Solve-Current LS。單擊“Solve Current Load Step”對話框的“OK”按鈕。出現(xiàn)“Solution is done!”提示時，求解結束，即可查看結果了。10列表固有頻率 拾取菜單Main Me-General Postproc-Results Summary。彈出窗口，列表中顯示了模型的前10率，可以看出結果雖然存在一定的誤差，但與解析解是基本符合的。查看完畢后，關閉該窗口。11. 拾取菜單Main Menu-General Postproc-Read Results-First Set12. 用動畫觀察模型的一階模態(tài)拾取菜單Utility Menu-PlotCtrls-Animate-Mode Shape。彈出對話框，單擊“OK”按鈕。觀察完畢，單擊“Animation Controller”對話框的"close"按鈕13. 觀察其余各階模態(tài)拾取菜單Main Menu-Ge