ANSYS模態(tài)分析實(shí)例和詳細(xì)過(guò)程11

第頁(yè)均勻直桿的子空間法模態(tài)分析1.模態(tài)分析的定義及其應(yīng)用模態(tài)分析用于確定設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)或機(jī)器部件的振動(dòng)特性(固有頻率和振型)，即結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型，它們是承受動(dòng)態(tài)載荷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)。同時(shí)，也可以作為其它動(dòng)力學(xué)分析問(wèn)題的起點(diǎn)，例如瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析、諧響應(yīng)分析和譜分析，其中模態(tài)分析也是進(jìn)行譜分析或模態(tài)疊加法諧響應(yīng)分析或瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析所必需的前期分析過(guò)程。ANSYS的模態(tài)分析可以對(duì)有預(yù)應(yīng)力的結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析和循環(huán)對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)模態(tài)分析。前者有旋轉(zhuǎn)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(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的模型來(lái)完成對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析。ANSYS提供的模態(tài)提取方法有:子空間法(subspace)、分塊法(blocklancets),縮減法(reduced/householder)、動(dòng)態(tài)提取法(powerdynamics)、非對(duì)稱(chēng)法(unsymmetric),阻尼法(damped),QR阻尼法(QRdamped)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(xiàn)形分析，任何非線(xiàn)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(guò)程一個(gè)典型的模態(tài)分析過(guò)程主要包括建模、模態(tài)求解、擴(kuò)展模態(tài)以及觀(guān)察結(jié)果四個(gè)步驟。(1).建模模態(tài)分析的建模過(guò)程及其他分析類(lèi)型的建模過(guò)程是類(lèi)似的，主要包括定義單元類(lèi)型、單元實(shí)常數(shù)、材料性質(zhì)、建立幾何模型以及劃分有限元網(wǎng)格等基本步驟。(2).施加載荷和求解包括指定分析類(lèi)型、指定分析選項(xiàng)、施加約束、設(shè)置載荷選項(xiàng)，并進(jìn)行固有頻率的求解等。指定分析類(lèi)型，MainMenu-Solution-AnalysisType-NewAnalysis,選擇Modal。指定分析選項(xiàng)，MainMenu-Solution-AnalysisType-AnalysisOptions，選擇MODOPT(模態(tài)提取方法〕，設(shè)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，MainMenu-Solution-DefineLoads-Apply-Structural-Displacement。求解，MainMenu-Solution-Solve-CurrentLS。(3).擴(kuò)展模態(tài)如果要在POSTI中觀(guān)察結(jié)果，必須先擴(kuò)展模態(tài)，即將振型寫(xiě)入結(jié)果文件。過(guò)程包括重新進(jìn)入求解器、激話(huà)擴(kuò)展處理及其選項(xiàng)、指定載荷步選項(xiàng)、擴(kuò)展處理等。激活擴(kuò)展處理及其選項(xiàng)，MainMenu-Solution-LoadStepOpts-Expansionpass-SingleExpand-Expandmodes。指定載荷步選項(xiàng)。擴(kuò)展處理，MainMenu-solution-Solve-CurrentLS。注意:擴(kuò)展模態(tài)可以如前述辦法單獨(dú)進(jìn)行，也可以在施加載荷和求解階段同時(shí)進(jìn)行。本例即采用了后面的方法(4).查看結(jié)果模態(tài)分析的結(jié)果包括結(jié)構(gòu)的頻率、振型、相對(duì)應(yīng)力和力等實(shí)例1均勻直桿的模態(tài)分析3.問(wèn)題描述及解析解圖8-1所示為一根長(zhǎng)度為L(zhǎng)的等截面直桿，一端固定，一端自由。己知桿材料的彈性模量E=2×N/護(hù)，密度p=7800kg/，桿長(zhǎng)L=0.1m.要求計(jì)算直桿縱向振動(dòng)的固有頻率。根據(jù)振動(dòng)學(xué)理論，假設(shè)直桿均勻伸縮，如圖8-1所示等截面直桿縱向振動(dòng)第i階固有頻率為=rad/s(i=1,2…)將角頻率轉(zhuǎn)化為周頻率f，并將已知參數(shù)代入，可得====12659（2i-1）Hz(8-1)按式(8-1)計(jì)算出直桿的前5階頻率，列表如表8-1所示。階次12345頻率（Hz）126593797863296886151139334.分析步驟4.1改變工作名拾取菜單UtilityMenu-Jobname彈出如圖8-2所示的對(duì)話(huà)框，在"[/FILNAM]"文本框中輸入EXAMPLE8,單擊“OK"按鈕。4.2創(chuàng)建單元類(lèi)型拾取菜單MainM--Preprocessor-ElementType-Add/Edit/Delete,彈出對(duì)話(huà)框，單擊"Add"按鈕:彈出對(duì)話(huà)框，在左側(cè)列表中選擇"StructuralSolid"，在右側(cè)列表中選擇"Brick20node186",單擊"OK"按鈕:單擊對(duì)話(huà)框的“Close"按鈕。4.3定義材料屬性拾取菜單MainMenu-Preprocessor--MaterialProps-MaterialModels.彈出對(duì)話(huà)框，在右側(cè)列表中依次雙擊"Structural","Linear","Elastic","Isotropic"，彈出對(duì)話(huà)框，在"EX"文本框中輸入2e11(彈性模量).在"PRXY"文本框中輸入0.3(泊松比).單擊"OK"按鈕:再雙擊右側(cè)列表中"Structural"下"Density",彈出對(duì)話(huà)框，在"DENS"文本框中輸入7800(密度)，單擊"OK"按鈕。然后對(duì)話(huà)框。4.4創(chuàng)建塊拾取菜單MainMenu-Preprocessor–Modeling-Create-Volumes-Block–ByDimension。彈出對(duì)話(huà)框，在"X1,X2"文本框中輸入0,0.01，在"Y1,Y2"文本框中輸入0，0.01，在"Z1,Z2"文本框中輸入0，0,1,單擊"OK"按鈕。4.5劃分單元拾取菜單MainMenu-Preprocessor-Meshing-MeshTool。彈出對(duì)話(huà)框，單擊''Size.Controls''，區(qū)域中"Lines"后"Set"，按鈕，彈出拾取窗口，任意拾取塊x軸和y軸方向的邊各一條(短邊)，單擊OK"按鈕，彈出對(duì)話(huà)框,在"NDIV"文本框中輸入3，單擊"Apply"按鈕:再次彈出拾取窗口，拾取塊z軸方向的邊(長(zhǎng)邊)，單擊"OK"按鈕。在"NDIV"文木框中輸入15,單擊"OK"按鈕。在Mesh區(qū)域，選擇單元形狀為"Hex"(六面體)，選擇劃分單元的方法為"Mapped"（映射）單擊Mesh按鈕，彈出拾取窗口，單擊"OK"按鈕。圖1單元?jiǎng)澐?.6施加約束拾取菜單MainMenu--Solution-DefineLoads-Apply-Structural-Displacement-OnAreas彈出拾取窗口，拾取z=0的平面，單擊"OK"按鈕.彈出對(duì)話(huà)框，在列表中選擇"UZ",單擊"Apply"按鈕;再次彈出拾取窗口，拾取y=0的平面，單擊"OK"按鈕，彈出對(duì)話(huà)框，在列表中選擇"UY"，單擊"Apply"按鈕再次彈出拾取窗口，拾取x=0的平面，單擊"OK"按鈕，彈出對(duì)話(huà)框，在列表中選擇"UX"，單擊"OK"按鈕。所加約束及圖8-1不同.主要是為了及推導(dǎo)式(8-1)所作的軸向振動(dòng)假設(shè)一致。約束施加的正確及否，對(duì)結(jié)構(gòu)模態(tài)分析的影響十分顯著，因此對(duì)于該問(wèn)題應(yīng)十分注意，保證對(duì)模型施加的約束及實(shí)際情況盡量符合。4.7指定分析類(lèi)型拾取菜單MainMenu-Solution-AnalysisType-NewAnalysis。彈出對(duì)話(huà)框，選擇"TypeofAnalysis"為"Modal",單擊"OK"按鈕。4.8指定分析選項(xiàng)拾取菜單MainMenu-Solution-AnalysisType-AnalysisOptions。彈出對(duì)話(huà)框，在"No.ofmodestoextract"文本框中輸入5，單擊“OK"按鈕:彈出"BlockLanczosMethod",單擊"OK"按鈕。4.9指定要擴(kuò)展的模態(tài)數(shù)拾取菜單MainMenu-Solution-LoadStepOpts-Expansionpass-SingleExpand-Expandmodes。彈出對(duì)話(huà)框，在"NMODE"文本框中輸入5，單擊"OK"按鈕。4.10求解拾取菜單MainMenu-Solution-Solve-CurrentLS。單擊“SolveCurrentLoadStep”對(duì)話(huà)框的“OK”按鈕。出現(xiàn)“Solutionisdone!”提示時(shí)，求解結(jié)束，即可查看結(jié)果了。圖2求解結(jié)果4.11列表固有頻率拾取菜單MainMe-GeneralPostproc-ResultsSummary。彈出窗口，列表中顯示了模型的前5階頻率，及表8-1相對(duì)照，可以看出結(jié)果雖然存在一定的誤差，但及解析解是基本符合的。查看完畢后，關(guān)閉該窗口。4.12從結(jié)果文件讀結(jié)果拾取菜單MainMenu-GeneralPostproc-ReadResults-FirstSet.4.13改變視點(diǎn)為便于更好地觀(guān)察模型的模態(tài)。拾取菜單UtilityMenu-PlotCtrls-PanZoomRotate.在彈出的對(duì)話(huà)框中，單擊“Left”按鈕.4.14用動(dòng)畫(huà)觀(guān)察模型的一階模態(tài)拾取菜單UtilityMenu-PlotCtrls-Animate-ModeShape。彈出對(duì)話(huà)框，單擊“OK”按鈕。觀(guān)察完畢，單擊“AnimationController”對(duì)話(huà)框的"close"按鈕。4.15觀(guān)察其余各階模態(tài)拾取菜單MainMenu-GeneralPostproc-ReadResults-NextSet.依次將其余各階模態(tài)的結(jié)果讀入，然后重復(fù)步驟15觀(guān)察完模型的各階模態(tài)后，請(qǐng)讀者自行分析頻率結(jié)果產(chǎn)生誤差的原因，并改進(jìn)以上分析過(guò)程。5命令流/CLEAR/FILNAME,EXAMPLE8/PREP7ET,1,SOLID186MP,EX,1,2E11MP,PRXY1,0.3MP,DENS,1,7800BLOCK,0,0.01,0,0.01,0,0.1LESIZE,1,,,3LESIZE.2