有限元-ansys專項(xiàng)培訓(xùn)諧響應(yīng)分析

諧響應(yīng)分析January30,2001Inventory#0014473-2諧響應(yīng)分析A.諧響應(yīng)分析的定義和目的B.關(guān)于諧響應(yīng)分析的基本術(shù)語(yǔ)和概念C.在ANSYS中如何進(jìn)行諧響應(yīng)分析D.諧響應(yīng)分析的實(shí)例練習(xí)January30,2001Inventory#0014473-3諧響應(yīng)分析

A.定義和目的什么是諧響應(yīng)分析?確定一個(gè)結(jié)構(gòu)在已知頻率的正弦（簡(jiǎn)諧）載荷作用下的響應(yīng)的技術(shù).Input:已知大小和頻率的諧載荷（力、壓力和強(qiáng)迫位移）同一頻率的多種載荷.力和位移可以是同向或不同向的.面載和體載必須定義為零相角Output:每一個(gè)自由度上的諧位移，通常和施加的載荷不同相其它多種導(dǎo)出量，例如應(yīng)力和應(yīng)變等January30,2001Inventory#0014473-4諧響應(yīng)分析

…定義和目的諧響應(yīng)分析用于設(shè)計(jì)：旋轉(zhuǎn)設(shè)備（如壓縮機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、泵、渦輪機(jī)械等）的支座、固定裝置和部件受渦流（流體的漩渦運(yùn)動(dòng)）影響的結(jié)構(gòu)，例如渦輪葉片、飛機(jī)機(jī)翼、橋和塔等January30,2001Inventory#0014473-5諧響應(yīng)分析

…定義和目的為什么要作諧響應(yīng)分析？確保一個(gè)給定的結(jié)構(gòu)能經(jīng)受住不同頻率的各種正弦載荷（例如：以不同速度運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)）探測(cè)共振響應(yīng)，并在必要時(shí)避免其發(fā)生（例如：借助于阻尼器來(lái)避免共振）January30,2001Inventory#0014473-6諧響應(yīng)分析

B.術(shù)語(yǔ)和概念包含的主題：運(yùn)動(dòng)方程諧載荷的本性復(fù)位移求解方法January30,2001Inventory#0014473-7通用運(yùn)動(dòng)方程:[F]矩陣和{u}矩陣是簡(jiǎn)諧的，頻率為

w:諧響應(yīng)分析的運(yùn)動(dòng)方程:諧響應(yīng)分析-術(shù)語(yǔ)和概念

運(yùn)動(dòng)方程January30,2001Inventory#0014473-8諧響應(yīng)分析-術(shù)語(yǔ)和概念

諧載荷的本性RealImaginary在已知頻率下正弦變化相角y允許不同相的多個(gè)載荷同時(shí)作用，y缺省值為零施加的全部載荷都假設(shè)是簡(jiǎn)諧的，包括溫度和重力January30,2001Inventory#0014473-9諧響應(yīng)分析-術(shù)語(yǔ)和概念

復(fù)位移在下列情況下計(jì)算出的位移將是復(fù)數(shù)具有阻尼施加載荷是復(fù)數(shù)載荷（例如：虛部為非零的載荷）復(fù)位移滯后一個(gè)相位角（相對(duì)于某一個(gè)基準(zhǔn)而言）可以用實(shí)部和虛部或振幅和相角的形式來(lái)查看January30,2001Inventory#0014473-10諧響應(yīng)分析-術(shù)語(yǔ)和概念

求解方法求解簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)方程的三種方法：完整法為缺省方法，是最容易的方法使用完整的結(jié)構(gòu)矩陣，且允許非對(duì)稱矩陣（例如：聲學(xué)矩陣）縮減法*使用縮減矩陣，比完整法更快需要選擇主自由度，據(jù)主自由度得到近似的[M]矩陣和[C]矩陣模態(tài)疊加法**從前面的模態(tài)分析中得到各模態(tài)；再求乘以系數(shù)的各模態(tài)之和所有求解方法中最快的*未包括在本手冊(cè)中；請(qǐng)參看ANSYS結(jié)構(gòu)分析指南。**將在第六章中討論。January30,2001Inventory#0014473-11諧響應(yīng)分析-術(shù)語(yǔ)和概念

求解方法*generallynotmendedJanuary30,2001Inventory#0014473-12諧響應(yīng)分析

C.步驟四個(gè)主要步驟：建模選擇分析類型和選項(xiàng)施加簡(jiǎn)諧載荷并求解觀看結(jié)果January30,2001Inventory#0014473-13諧響應(yīng)分析-步驟

建模模型只能用于線性單元和材料，忽略各種非線性記住要輸入密度注意：如果ALPX（熱膨脹系數(shù)）和T均不為零，就有可能不經(jīng)意地包含了簡(jiǎn)諧熱載荷。為了避免這種事情發(fā)生，請(qǐng)將ALPX設(shè)置為零請(qǐng)參閱第一章中的建模需要考慮的問(wèn)題January30,2001Inventory#0014473-14諧響應(yīng)分析-步驟

選擇分析類型和選項(xiàng)建模選擇分析類型和選項(xiàng)輸入求解器，選擇諧響應(yīng)分析主要分析選項(xiàng)是求解方法-在后面討論規(guī)定阻尼-在后面討論January30,2001Inventory#0014473-15諧響應(yīng)分析-步驟

…選擇分析類型和選項(xiàng)…進(jìn)入第二個(gè)對(duì)話框分析選項(xiàng)求解方法-完整法、縮減法和模態(tài)疊加法。缺省為完整法自由度輸出格式-主要用于批處理方式中集中質(zhì)量矩陣推薦用于如果結(jié)構(gòu)的一個(gè)方向的尺寸遠(yuǎn)小于另兩個(gè)方向的尺寸的情況中。例如：細(xì)長(zhǎng)梁與薄殼January30,2001Inventory#0014473-16諧響應(yīng)分析-步驟

…選擇分析類型和選項(xiàng)分析選項(xiàng)(…接上頁(yè))選擇求解器(缺省為波前求解器)打開(kāi)包括預(yù)應(yīng)力選項(xiàng)January30,2001Inventory#0014473-17諧響應(yīng)分析-步驟

…選擇分析類型和選項(xiàng)阻尼從-阻尼、-阻尼和阻尼率中選取阻尼率最常用January30,2001Inventory#0014473-18諧響應(yīng)分析-步驟

施加簡(jiǎn)諧載荷并求解建模選擇分析類型和選項(xiàng)施加簡(jiǎn)諧載荷并求解所有施加的載荷以規(guī)定的頻率（或頻率范圍）簡(jiǎn)諧地變化“載荷”包括：位移約束-零或非零的作用力壓強(qiáng)注意：如果要施加重力和熱載荷，它們也被當(dāng)作簡(jiǎn)諧變化的載荷來(lái)考慮！January30,2001Inventory#0014473-19諧響應(yīng)分析-步驟

…施加簡(jiǎn)諧載荷并求解規(guī)定簡(jiǎn)諧載荷時(shí)要包括:振幅和相角頻率階梯載荷對(duì)線性變化載荷的說(shuō)明振幅和相角載荷值（大?。┐碚穹鵉max相角f是在兩個(gè)或兩個(gè)以上簡(jiǎn)諧載荷間的相位差.單一載荷不需要相角f.非零Y僅對(duì)力和位移簡(jiǎn)諧載荷有效RealImaginaryyF1maxF2maxJanuary30,2001Inventory#0014473-20諧響應(yīng)分析-步驟

…施加簡(jiǎn)諧載荷并求解RealImaginaryYF1maxF2max振幅和相角（接上頁(yè)）ANSYS不能直接輸入振幅和相角，而是規(guī)定實(shí)部和虛部分量例如，施加兩個(gè)簡(jiǎn)諧力F1和

F2，其相角相差f:F1real=F1max

(F1的振幅)F1imag=0F2real=F2maxcosfF2imag=F2maxsinf可以使用APDL語(yǔ)言計(jì)算，但要確保角度單位為度（缺省為弧度）January30,2001Inventory#0014473-21諧響應(yīng)分析-步驟

…施加簡(jiǎn)諧載荷并求解January30,2001Inventory#0014473-22諧響應(yīng)分析-步驟

…施加簡(jiǎn)諧載荷并求解簡(jiǎn)諧載荷的頻率：通過(guò)頻率范圍和在頻率范圍內(nèi)的子步數(shù)量來(lái)規(guī)定每秒的循環(huán)次數(shù)（赫茲）例如，在0-50頻率范圍內(nèi)有10個(gè)子步時(shí)將給出在5，10，15...45和50Hz等頻率上的解；而同一頻率范圍只有一個(gè)子步時(shí)，則只給出50Hz頻率上的解January30,2001Inventory#0014473-23諧響應(yīng)分析-步驟

…施加簡(jiǎn)諧載荷并求解階梯載荷對(duì)線性變化載荷：采用若干子步，可以逐漸地施加載荷（線性變化載荷），或者在第一個(gè)子步立刻施加載荷（階梯載荷）簡(jiǎn)諧載荷通常是階梯加載，因?yàn)檩d荷值代表的是最大振幅January30,2001Inventory#0014473-24諧響應(yīng)分析-步驟

…施加簡(jiǎn)諧載荷并求解在施加簡(jiǎn)諧載荷后，下一步就是開(kāi)始求解通常采用一個(gè)載荷步，但是可以采用若干子步，且每個(gè)子步具有不同的頻率范圍January30,2001Inventory#0014473-25諧響應(yīng)分析-步驟

觀看結(jié)果健摸選擇分析類型和選項(xiàng)施加簡(jiǎn)諧載荷并求解觀看結(jié)果分三步繪制結(jié)構(gòu)上的特殊點(diǎn)處的位移-頻率曲線確定各臨界頻率和相應(yīng)的相角觀看整個(gè)結(jié)構(gòu)在各臨界頻率和相角時(shí)的位移和應(yīng)力UsePOST26,thetime-historypostprocessorUsePOST1,thegeneralpostprocessorJanuary30,2001Inventory#0014473-26諧響應(yīng)分析-步驟

觀看結(jié)果-POST26位移-頻率圖首先定義POST26變量節(jié)點(diǎn)和單元數(shù)據(jù)表用大于等于二的數(shù)據(jù)識(shí)別變量1包含各頻率，并是預(yù)先定義了的January30,2001Inventory#0014473-27諧響應(yīng)分析-步驟

…觀看結(jié)果-POST26定義變量（接上頁(yè)）挑選可能發(fā)生最大變形的節(jié)點(diǎn)，然后選擇自由度的方向定義變量的列表被更新January30,2001Inventory#0014473-28諧響應(yīng)分析-步驟

…觀看結(jié)果-POST26AGraphedResponseintheFrequencyDomain定義變量畫(huà)變量關(guān)系圖January30,2001Inventory#0014473-29諧響應(yīng)分析-步驟

…觀看結(jié)果-POST26確定各臨界頻率和相角用圖形顯示最高振幅發(fā)生時(shí)的頻率由于位移與施加的載荷不同步（如果存在阻尼的話），需要確定出現(xiàn)最大振幅時(shí)的相角要進(jìn)行上述工作，首先要選擇振幅+相位選項(xiàng)January30,2001Inventory#0014473-30諧響應(yīng)分析-步驟

…觀看結(jié)果-POST26然后用表列出變量注意：最大振幅=3.7出現(xiàn)在48Hz,85.7o時(shí)下一步就是觀看整個(gè)模型在該頻率和相角下的位移和應(yīng)力（使用POST1)January30,2001Inventory#0014473-31諧響應(yīng)分析-步驟

觀看結(jié)果-POST1觀看整個(gè)結(jié)構(gòu)的結(jié)果進(jìn)入POST1，且列出結(jié)果綜述表，確定臨界頻率的載荷步和子步序號(hào)January30,2001Inventory#0014473-32諧響應(yīng)分析-步驟

…觀看結(jié)果-POST1使用HRCPLX

命令讀入在期望頻率和相角時(shí)的結(jié)果：HRCPLX,LOADSTEP,SUBSTEP,PHASE,...例如：HRCPLX,2,4,-85.7繪制變形圖，應(yīng)力等值線圖和