《有限元基礎(chǔ)教程》_[ANSYS算例]7.3及7.3帶有張拉的繩索的振動(dòng)模態(tài)分析(GUI)及命令流

1、【ANSYS算例】7.3(1)帶有張拉的繩索的振動(dòng)模態(tài)分析(GUI)i1,2,3這里采一條每單位長(zhǎng)度質(zhì)量為的懸索兩端固定，由于受拉具有初始應(yīng)變0,試確定此時(shí)懸索的應(yīng)力以及所受的拉力F，并計(jì)算帶有張拉的懸索的前3階自由振動(dòng)頻率f.，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)分析。模型中的各項(xiàng)參數(shù)如表7-3所示，為與文獻(xiàn)結(jié)果進(jìn)行比較，用了英制單位。表7-3帶有張拉的繩索模型的參數(shù)材料參數(shù)幾何參數(shù)載荷彈性模量E=30X106psi繩索長(zhǎng)度1=100in初始應(yīng)變0=0.00543228密度p=0.00073lbsc2/in4繩索截面積A=0.00306796in2解答：計(jì)算模型如圖7-3所示。圖7-3帶有張拉的繩索的計(jì)算模型這

2、里選取足夠數(shù)量的單元以確保能夠充分體現(xiàn)動(dòng)態(tài)分析的特征。首先進(jìn)行靜力分析，米用3D的單向桿單元(tension-onlyorcompression-onlysparelements：LINK10)。建模的要點(diǎn)：定義分析類型，選取單元、實(shí)常數(shù)和材料參數(shù)；依據(jù)算例定義節(jié)點(diǎn)和單元，設(shè)置輸出選項(xiàng)和位移約束；采用初應(yīng)變來施加張力，為了在后續(xù)的模態(tài)分析中考慮預(yù)緊的初始張力，需在靜力分析與模態(tài)分析過程中，應(yīng)同時(shí)將預(yù)應(yīng)力效應(yīng)打開PSTRES,ON；求解預(yù)應(yīng)力引起的應(yīng)力狀態(tài)；提取計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行模態(tài)分析；用命令V*GET提取結(jié)果，對(duì)于一些線型單元(桿、梁、板)，需要采用單元列表ETABLE來提取應(yīng)力。最后將計(jì)算結(jié)果

3、與參考文獻(xiàn)所給出的解析結(jié)果進(jìn)行比較，見表7-4。表7-4ANSYS模型與文獻(xiàn)的解析結(jié)果的比較工況結(jié)果的物理量及單位Reference7.3(1)的結(jié)果ANSYS結(jié)果兩種結(jié)果之比靜態(tài)Flb500.500.1.000Stress,psi162974.162974.1.000模態(tài)f1,Hz74.70875.0941.005f2,Hz149.42151.291.012f3,Hz224.12229.681.025Reference7.3(1)：.ThomsonWT.VibrationTheoryandApplications.2ndPrinting.NJ:Prentice-Hall,Inc.1965,2

4、64給出的基于圖形界面的交互式操作(stepbystep)過程如下。進(jìn)入ANSYS(設(shè)定工作目錄和工作文件)程序ANSYSANSYSInteractiveWorkingdirectory(設(shè)置工作目錄)Initialjobname(設(shè)置工作文件名String):StringRunOK設(shè)置計(jì)算類型ANSYSMainMenu：Preferences.StructuralOK定義單元類型ANSYSMainMenu：PreprocessorElementTypeAdd/Edit/Delete.Add.Link:3DBilinear10OK(返回到ElementTypes窗口)一選擇Type1LINK1

5、0單擊Options.K3：TensiononlyOKClose定義實(shí)常數(shù)ANSYSMainMenu:PreprocessorRealConstants.Add/Edit/Delete.Add.選擇Type1LINK10OKRealConstantsSetNo.:1(第1號(hào)實(shí)常數(shù))，AREA:306796E-8(繩索截面積),ISTRN:543248E-8OKClose(關(guān)閉RealConstants窗口)定義材料參數(shù)ANSYSMainMenu:PreprocessorMaterialPropsMaterialModelsStructuralLinearElasticIsotropic：EX:

6、30e6Note:確定一OK,Density(定義材料密度)輸入DENS:73e-5,OK關(guān)閉材料定義窗口構(gòu)造懸索模型生成節(jié)點(diǎn)ANSYSMainMenu：PreprocessorModelingCreateNodesInActiveCSNodenumber：1,X,Y,ZLocationinactiveCS：0,0,0ApplyNodenumber：14,X,Y,ZLocationinactiveCS：100,0,0OKANSYSMainMenu：PreprocessorModelingCreateNodesFillbetweenNds點(diǎn)擊1,14號(hào)節(jié)點(diǎn)OKOK生成元素ANSYSMainMen

7、u:PreprocessorModelingCreateElementsAutoNumberedThruNodes點(diǎn)擊1,2號(hào)節(jié)點(diǎn),生成第一個(gè)單元ANSYSMainMenu:PreprocessorModelingCopyElementsAutoNumbered選擇第1個(gè)元素OKTotalnumberofcopies:13OK(7)模型加約束ANSYSMainMenu:SolutionDefineLoadsApplyStructuralDisplacementOnNodes-PickAll-OK-Lab2:AllDOF(全約束)-OK(8)求解預(yù)應(yīng)力引起的應(yīng)力狀態(tài)ANSYSMainMenu:S

8、olution-AnalysisType-NewAnalysis-Static-OKANSYSMainMenu:Solution-AnalysisType-Solncontrols在Basic標(biāo)簽下選中Calculateprestresseffects-OKANSYSMainMenu：Solution-Solve-CurrentLS-OK-Yes(9)存儲(chǔ)應(yīng)力計(jì)算數(shù)據(jù)ANSYSMainMenu：GeneralPostprocElementTableDefineTableAdd.Lab:SIRS,Resultsdataitem:Bysequencenumber,右側(cè)框中選擇LS,下面框中輸入LS

9、,1OKCloseANSYSUtilityMenu:Parameters-GetScalarData-分別選擇Resultdata,Elemtabledata-OK-Nameofparametertobedefined:STRSS；ElementnumberN:13OKANSYSMainMenu:TimeHistPostproDefineVariables-Add選擇Reactionforces-Listofitems:1OK-Item,CompDataitem:StructforceFX-OK-closeANSYSMainMenu:TimeHistPostpro-StoreDataANSYS

10、UtilityMenu:Parameters-GetScalarData-分別選擇Resultdata,Time-histvars-OK-Nameofparametertobedefined:FORCE;VariablenumberN:2_Datatoberetrieved:MaximumvalVmaxOK(10)模態(tài)分析計(jì)算ANSYSMainMenu:Solution-AnalysisType-NewAnalysis-Modal-OK-Close(warning)ANSYSMainMenu:Solution-AnalysisType-AnalysisOptions-MODOPTBlockLa

11、nczos,No.ofmodestoextract:3Expandmodeshapes:Yes,No.ofmodestoexpand:!PSTRES:Yes-OKOKANSYSMainMenu:Solution-DefineLoads-delete-Structural-Displacement-OnNodes-選擇213號(hào)節(jié)點(diǎn)一OK-選擇UX-OK刪除213號(hào)節(jié)點(diǎn)上的UX約束ANSYSMainMenu:Solution-DefineLoads-delete-Structural-Displacement-OnNodes-選擇213號(hào)節(jié)點(diǎn)一OK-選擇UY-OK刪除213號(hào)節(jié)點(diǎn)上的UY約束ANS

12、YSMainMenu：Solution-Solve-CurrentLS-OK-Yes(11)存儲(chǔ)模態(tài)計(jì)算數(shù)據(jù)并顯示全過程計(jì)算結(jié)果ANSYSUtilityMenu:Parameters-GetScalarData-分別選擇Resultdata,Modalresults-OK-Nameofparametertobedefined:FREQ1VariablenumberN:1.,Datatoberetrieved:FrequencyFREQOKANSYSUtilityMenu:Parameters-GetScalarData-分別選擇Resultdata,Modalresults-OK-Nameof

13、parametertobedefined:FREQ2;VariablenumberN:2_,Datatoberetrieved:FrequencyFREQOKANSYSUtilityMenu:Parameters-GetScalarData-分別選擇Resultdata,Modalresults-OK-Nameofparametertobedefined:FREQ3;VariablenumberN:3_,Datatoberetrieved:FrequencyFREQOKANSYSUtilityMenu：List-Status-Parameters-AllParameters(12)退出系統(tǒng)AN

14、SYSUtilityMenu：File-Exit-SaveEverything-OK帶有張拉的繩索的振動(dòng)模態(tài)分析(命令流)針對(duì)【ANSYS算例】7.3(1)的GUI操作，提供完整的命令流。解答給出的命令流如下。!%ANSYS算例7.3(2)%begin%/PREP7!進(jìn)入前處理!設(shè)置分析類型為靜力結(jié)構(gòu)分析!用于后面的模態(tài)分析中考慮預(yù)應(yīng)力（該開關(guān)不影響靜力分析）!選取單元類型1（單向桿單元）!設(shè)置僅承受拉應(yīng)力，KEYOPT（3）=0!設(shè)置實(shí)常數(shù)，包括繩索截面積（306796E-8），初始應(yīng)變（543248E-8）!定義材料的彈性模量（1號(hào)材料）!定義材料的密度（1號(hào)材料）!定義第1號(hào)節(jié)點(diǎn)!定義第

15、14號(hào)節(jié)點(diǎn)!均分填滿第213號(hào)節(jié)點(diǎn)!由節(jié)點(diǎn)1及節(jié)點(diǎn)2生成單元!依序復(fù)制生成13個(gè)單元!對(duì)所有節(jié)點(diǎn)施加固定約束!前處理結(jié)束!進(jìn)入求解模塊，求解預(yù)應(yīng)力引起的應(yīng)力狀態(tài)!求解!退出求解模塊!進(jìn)入一般的后處理!針對(duì)LINK10單元,建立單元列表STRS,通過LS及特征號(hào)1來獲得單元的軸向ANTYPE,STATICPSTRES,ONET,1,LINK10KEYOPT,1,3,0R,1,306796E-8,543248E-8MP,EX,1,30E6MP,DENS,1,73E-5N,1N,14,100FILLE,1,2EGEN,13,1,1D,ALL,ALLFINISH/SOLUSOLVEFINISH/POS

16、T1RFORCE,2,1,F,XSTOREETABLE,STRS,LS,1應(yīng)力*GET,STRSS,ELEM,13,ETAB,STRS!針對(duì)單元列表STRS,提取13號(hào)單元的應(yīng)力FINISH!后處理結(jié)束/POST26!進(jìn)入時(shí)間歷程后處理，處理支反力!提取1號(hào)節(jié)點(diǎn)上的X方向支反力，并存儲(chǔ)到2號(hào)變量中!存儲(chǔ)*GET,FORCE,VARI,2,EXTREM,VMAX/SOLUANTYPE,MODALMODOPT,SUBSP,3MXPAND,3PSTRES,ON開)DDELE,2,UX,13DDELE,2,UY,13SOLVE*GET,FREQ1,MODE,1,FREQ*GET,FREQ2,MODE,2,FREQ*G