WORKBENCH中的动力学分析简介.pptx

WORKBENCH中的动力学分析简介第九章第九章WORKBENCH中得动力学分析简介中得动力学分析简介第一节第一节 ANSYS WorkBench概述概述第二节第二节 WorkBench中得模态分行中得模态分行第三节第三节 WorkBench中得谐响应分析中得谐响应分析WORKBENCH中得动力学分析中得动力学分析第一节第一节 ANSYS WORKBENCH概述概述什么就是什么就是 ANSYS Workbench?ANSYS Workbench 就是用就是用ANSYS求解实际问题得新一代产品求解实际问题得新一代产品,她给她给ANSYS得求解提供了强大得功能。得求解提供了强大得功能。这种环境为这种环境为CAD系统和您得设计提供了全新得平台系统和您得设计提供了全新得平台,保证了最好得保证了最好得CAE 结结果果ANSYS Workbench 由四个模块组成由四个模块组成:DS就是用就是用ANSYS得求解器得求解器,做结构或热分析。做结构或热分析。DM用来建立用来建立CAD几何模型几何模型,为分析作准备为分析作准备DX和和DXVT用于研究变量得输入用于研究变量得输入(如几何、载荷如几何、载荷)对响应对响应(如应力、频率如应力、频率)得得影响。影响。FE Modeler 用来把用来把Nastran得网格转化到得网格转化到ANSYS中使用。中使用。WORKBENCH中得动力学分析中得动力学分析 ANSYS WORKBENCH概述概述Design SimulationDesignModelerDesignXplorerFE ModelerANSYS WorkbenchWORKBENCH中得动力学分析中得动力学分析 ANSYS WORKBENCH概述概述DS可以做得分析类型可以做得分析类型:线性应力线性应力:误差估计、应力、安全系数误差估计、应力、安全系数等等,基于承受静力载荷下得基于承受静力载荷下得材料强度理论材料强度理论模态模态:计算包括预应力结构在内得计算包括预应力结构在内得 系统固有频率系统固有频率(自由振动自由振动)热传递热传递:求解温度场和热流场得稳态求解温度场和热流场得稳态热分析热分析,允许与温度相关得允许与温度相关得 热传导和对流热传导和对流,支持热应力支持热应力分析分析Design Simulation 概述概述WORKBENCH中得动力学分析中得动力学分析 ANSYS WORKBENCH概述概述DS可以做得分析类型可以做得分析类型(续续):):谐分析谐分析:计算结构在正弦激励下得响应、计算结构在正弦激励下得响应、线性屈曲线性屈曲:计算屈曲得失效载荷和安全系数及其屈曲形态、计算屈曲得失效载荷和安全系数及其屈曲形态、形状优化形状优化:通过使用拓扑优化技术通过使用拓扑优化技术,对受载荷得零件体积优化给出预测对受载荷得零件体积优化给出预测非线性结构分析非线性结构分析:计算静力载荷作用下得系统变形和应力计算静力载荷作用下得系统变形和应力,包括大变形和接触非线性包括大变形和接触非线性(和材料非线性和材料非线性)、Design Simulation 概述概述WORKBENCH中得动力学分析中得动力学分析 ANSYS WORKBENCH概述概述启动启动DS有两种方法有两种方法:从从ANSYS Workbench中直接进入中直接进入直接从直接从CAD系统中进入系统中进入启动启动 Design Simulation WORKBENCH中得动力学分析中得动力学分析 ANSYS WORKBENCH概述概述开始开始 ANSYS Workbench:Workbench 模块都就是从同一个图标进入模块都就是从同一个图标进入:“ANSYS Workbench”,在在“开始开始程序程序ANSYS8、0”下下或者或者,用户也可以直接从用户也可以直接从CAD系统中进入系统中进入启动启动 Design Simulation(续续)WORKBENCH中得动力学分析中得动力学分析 ANSYS WORKBENCH概述概述ANSYS Workbench 起始界面起始界面进入进入ANSYS Workbench以后以后,出现起始页面出现起始页面,用户可以使用上面得选项用户可以使用上面得选项:尽管运行尽管运行DS 需要需要LICENSE，启启动开始页面却不需要动开始页面却不需要 WORKBENCH中得动力学分析中得动力学分析 ANSYS WORKBENCH概述概述ANSYS Workbench 起始界面起始界面Workbench 起始界面提供对起始界面提供对Workbench 项目创项目创建、打开、输入数据建、打开、输入数据db功能。功能。允许用户选定一个特定的允许用户选定一个特定的LICENSE在指定的路径下产生新的题目在指定的路径下产生新的题目打开一个已经存在的打开一个已经存在的WORKBENCH 题目题目导入一个独立的导入一个独立的DS DB 文件文件导入一个独立的导入一个独立的DM DB 文件文件导入一个独立的导入一个独立的DX DB 文件文件大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静继续保持安静 WORKBENCH中得动力学分析中得动力学分析 ANSYS WORKBENCH概述概述Design Simulation 界面界面WORKBENCH中得动力学分析中得动力学分析第二节第二节 WORKBENCH模态分析模态分析在本节主要介绍如何在在本节主要介绍如何在Design Simulation中进行模态分析中进行模态分析、在在Design Simulation中中,进行一个模态分析类似于一个线性分析进行一个模态分析类似于一个线性分析、本节内容如下本节内容如下:模态分析流程模态分析流程预应力模态分析流程预应力模态分析流程WORKBENCH中得动力学分析中得动力学分析 WORKBENCH模态分析模态分析A、模态分析过程模态分析过程模态分析过程和一个线性静态结构分析过程非常相似模态分析过程和一个线性静态结构分析过程非常相似,因此这里不再详因此这里不再详细得介绍每一操作步骤细得介绍每一操作步骤、下面这些步骤里面下面这些步骤里面,黄色斜体字体部分就是模黄色斜体字体部分就是模态分析所特有得态分析所特有得、建模建模设定材料属性设定材料属性定义解除对定义解除对(假如存在假如存在)划分网格划分网格(可选择可选择)施加载荷施加载荷(假如存在得话假如存在得话)需要需要 使用使用Frequency Finder 结果结果设置设置 Frequency Finder 选项选项求解求解查看结果查看结果 几何模型和材料属性几何模型和材料属性类似于线性静态分析类似于线性静态分析,任何一种能被任何一种能被Design Simulation支持得几何模型支持得几何模型都有可以使用都有可以使用:体元素体元素面元素面元素(需定义适当得厚度需定义适当得厚度)线元素线元素(需定义适当得横截面需定义适当得横截面)对于线元素对于线元素,只能得到振型和位移只能得到振型和位移、材料属性材料属性:需要定义杨氏模量、泊松比和密度需要定义杨氏模量、泊松比和密度由于没有载荷由于没有载荷,所以定义了以上材料属性所以定义了以上材料属性,就不再需要其她得材料属性了就不再需要其她得材料属性了 接触域接触域在模态分析中在模态分析中,接触对就是可能出现得接触对就是可能出现得、但就是但就是,由于模态分析就是纯粹由于模态分析就是纯粹得线性分析得线性分析,所以接触对不同于非线性分析中得接触类型所以接触对不同于非线性分析中得接触类型,如下所示如下所示:在模态分析中定义接触需要注意以下两个方面得内容在模态分析中定义接触需要注意以下两个方面得内容:两个非线性得接触行为两个非线性得接触行为 粗糙得和无摩擦得粗糙得和无摩擦得 都将表现为线性模式都将表现为线性模式,因此她们因此她们会转化为绑定或者无间隙接触方式来替代并产生作用会转化为绑定或者无间隙接触方式来替代并产生作用、假如有间隙存在假如有间隙存在,非线性得接触行为将就是自由无约束得非线性得接触行为将就是自由无约束得(也就就是说也就就是说,好像就好像就是没有接触一样是没有接触一样)、绑定得和无间隙得接触将取决于绑定得和无间隙得接触将取决于pinball 区域得大小区域得大小、pinball 区域由缺省值自动产生区域由缺省值自动产生 接触域接触域对于对于 ANSYS 专业专业licenses 和更高得和更高得licenses,在模态分析中在模态分析中,存在更多存在更多得接触选项得接触选项:对于粗糙和无摩擦得接触对于粗糙和无摩擦得接触,“Interface Treatment”能被转变为能被转变为“Adjusted to Touch,”这种方式将使接触面分别按照绑定和不分离接触来进行处理这种方式将使接触面分别按照绑定和不分离接触来进行处理、(假假如这个选项被设置了如这个选项被设置了,那么即使有间隙存在那么即使有间隙存在,这些部分也按照最初就已经接触这些部分也按照最初就已经接触上得情况来进行计算上得情况来进行计算、)即使有间隙存在即使有间隙存在,“Pinball Region”得大小也能够改变和被显示出来得大小也能够改变和被显示出来、这这样样,就能很好地确保绑定和不分离接触得建立就能很好地确保绑定和不分离接触得建立、有关有关pinball region得内容和如何定义其大小得内容和如何定义其大小,请参考第请参考第 3 和和 4章章对于对于ANSYS 结构结构licenses和更高得和更高得licenses,假如表面将要被接触假如表面将要被接触,但实但实际上就是自由面际上就是自由面(没有接触没有接触),那么摩擦接触和绑定接触将变得非常得相似那么摩擦接触和绑定接触将变得非常得相似、在模态分析中不推荐使用摩擦接触在模态分析中不推荐使用摩擦接触,因为她就是非线性得因为她就是非线性得、载荷和约束载荷和约束在模态分析中在模态分析中,不能使用结构和热载荷不能使用结构和热载荷关于预应力模态分析得内容关于预应力模态分析得内容,参见本节后面得部分参见本节后面得部分B、在这种情况下在这种情况下,只就是只就是为了体现预应力效果为了体现预应力效果,载荷才被考虑载荷才被考虑、在模态分析中可以使用各种约束在模态分析中可以使用各种约束:假如没有或者只存在部分得约束假如没有或者只存在部分得约束,刚体模态将能被检测和获得测评刚体模态将能被检测和获得测评、这些模这些模态将处于态将处于0位置或者位置或者0HZ附近附近、与静态结构分析不同与静态结构分析不同,模态分析并不要求禁止模态分析并不要求禁止刚体运动刚体运动、边界条件对于模态分析来说边界条件对于模态分析来说,就是很重要得就是很重要得。因为她们能影响部件得振型和固因为她们能影响部件得振型和固有频率有频率、因此需要仔细考虑模型就是如何被约束得因此需要仔细考虑模型就是如何被约束得、压缩约束就是非线性得压缩约束就是非线性得,因此在此分析中将不能被使用因此在此分析中将不能被使用、如果存在得话如果存在得话,压缩约束通常会表现出与无摩擦约束相似压缩约束通常会表现出与无摩擦约束相似、求解结果求解结果模态分析得大部分结果和静态结构分析非常相似模态分析得大部分结果和静态结构分析非常相似、但就是但就是,当当Solutions 菜单里得菜单里得Frequency Finder 被被选中之后选中之后,Design Simulation会自动进行模态分析会自动进行模态分析将将Frequency Finder tool分支添加到求解选项分支添加到求解选项(Solutions 分支分支)里面里面Frequency Finder得得Details窗中得选项可以允许用户窗中得选项可以允许用户自定义最大得模态数量自定义最大得模态数量“Max Modes to Find、”默认默认就是就是6 阶模态阶模态(最大就是最大就是 200)、随着要获得模态数量随着要获得模态数量得增加得增加,运算时间也随之相应增加运算时间也随之相应增加、在在Limit Search to Range框中选择框中选择Yes,可以指定搜可以指定搜索范围限制在一个用户感兴趣得特定得频率范围内索范围限制在一个用户感兴趣得特定得频率范围内、在默认情况下在默认情况下,如果搜索范围没有设定如果搜索范围没有设定,程程序将计算从序将计算从0 Hz开始得所有频率开始得所有频率(rigid-body modes)、在在“Limit Search to Range”中，能指定最小和最大的频率中，能指定最小和最大的频率.但是要注意这个选项和但是要注意这个选项和“Max Modes to Find”是相关联的，是相关联的，假如不需要足够多的模态，在假如不需要足够多的模态，在这个搜索的频率范围内，并不这个搜索的频率范围内，并不是所有的模态都能发现是所有的模态都能发现.求解结果求解结果在在Frequency Finder里里,相应得命令分支就是最需相应得命令分支就是最需要得到得要得到得当当“Max Modes to Find”与与Frequency Finder 分支分支条绑定得时候条绑定得时候,更多得振型将被自动添加更多得振型将被自动添加、用户不用户不必在必在Context 工具栏里寻找振型工具栏里寻找振型、假如需要得到应力、应变或者各方向位移假如需要得到应力、应变或者各方向位移,可以通过可以通过Context 工具栏添加这些想要得到得结果工具栏添加这些想要得到得结果、对于每一种加载得应力、应变或者位移对于每一种加载得应力、应变或者位移,用户能用户能够从够从Details 里指定相对应得振型里指定相对应得振型、假如需要得到应力或者应变结假如需要得到应力或者应变结果，一定要在果，一定要在Frequency Finder 分支条分支条 里加上这些选项，里加上这些选项，而不是在而不是在Solution 分支条里面分支条里面加加.求解结果求解结果对应于对应于Frequency Finder 分支得分支得ANSYS 命令如下命令如下:假如假如Frequency Finder 分支被选上分支被选上,对应于对应于ANTYPE,MODAL 命令命令定义模态得阶数使用定义模态得阶数使用 nmodes 命令命令,定义定义“搜索频率搜索频率”得最小和最大范围使得最小和最大范围使用用MODOPT,nmodes,freqb,freqe 命令得命令得freqb 和和 freqe,振型被放大通过振型被放大通过MXPAND 命令命令、为了节省磁盘空间和计算时间为了节省磁盘空间和计算时间,单元求解选项不能打开单元求解选项不能打开,除除非需要得到应力或者应变结果非需要得到应力或者应变结果、求解设置求解设置 Solution 分支提供了将要进行得某种分析得细节选项分支提供了将要进行得某种分析得细节选项对于模态分析对于模态分析,并不就是并不就是Details view of the Solution 分支中得所有选项都分支中得所有选项都需要改变需要改变、在大多数情况下在大多数情况下,“Solver Type”应该保持应该保持“Program Controlled”得默得默认选项认选项、假如模型就是由一种很大得实体单元构成得假如模型就是由一种很大得实体单元构成得,并且仅仅需要求解不多得振并且仅仅需要求解不多得振型时型时,那么把求解器类型那么把求解器类型(Solver Type)设置为迭代求解器设置为迭代求解器(Iterative)可可能会更有效些、能会更有效些、对于每一种模态分析得对于每一种模态分析得“分析类型分析类型(Analysis Type)”将显示为将显示为“自由振动自由振动(Free Vibration)”、求解设置求解设置对于一个标准得模态分析对于一个标准得模态分析,在求解选项中除了设置在求解选项中除了设置“Solver Type”会有很会有很多影响之外多影响之外,其她设置均无效其她设置均无效“大挠度大挠度”和和“弱弹簧弱弹簧”选项对应于静态分析选项对应于静态分析,因此不要改变其设置因此不要改变其设置、“求解器类型求解器类型(Solver Type)”可以设置为可以设置为“直接求解器直接求解器(Direct)”或者或者“迭代迭代求解器求解器(Iterative)”“程序自动选择求解器程序自动选择求解器(Program Controlled)”或者或者“直接求解器直接求解器(Direct)”采用采用Block Lanczos 特征值提取方法特征值提取方法,使用得就是稀疏矩阵使用得就是稀疏矩阵直接方程求解器直接方程求解器(ANSYS命令为命令为MODOPT,LANB and EQSLV,SPARSE)。在处理较小得或者较大得模型时在处理较小得或者较大得模型时,若采用梁、壳、体单元进行划分网格若采用梁、壳、体单元进行划分网格,稀疏矩阵直接方程求解器就是最广泛使用得特征求解器稀疏矩阵直接方程求解器就是最广泛使用得特征求解器(eigensolver),因因此常作为默认选项此常作为默认选项、“迭代求解器迭代求解器(Iterative)”使用使用PowerDynamics 求解方法求解方法,这种方法就这种方法就是子空间特征值提取方法得混合是子空间特征值提取方法得混合,使用得就是使用得就是PCG 方程求解器方程求解器(ANSYS命命令就是令就是MODOPT,SUBSP and EQSLV,PCG)、当仅仅需要求解不多得振当仅仅需要求解不多得振型时型时,PowerDynamics 特征值对于具有体单元得大模型就是很有效得特征值对于具有体单元得大模型就是很有效得、求解求解在设置完前面得选项之后在设置完前面得选项之后,像其她得分析一样点击像其她得分析一样点击solve按钮便可以求解按钮便可以求解模态分析了模态分析了、对于相同得模型对于相同得模型,模态分析比起静态分析通常要花费更多得计算模态分析比起静态分析通常要花费更多得计算,因为她们得因为她们得求解方程就是不同得求解方程就是不同得、Solution 分支条里得分支条里得Worksheet表表 提供了详细得求解输出内容提供了详细得求解输出内容,包括所包括所 使用得内存数和已经提取了得模态阶使用得内存数和已经提取了得模态阶 数数、如果在一个求解完成之后如果在一个求解完成之后,需要获得需要获得 应力、应变或者更多得频率应力、应变或者更多得频率/振型振型,那那 么必须重新进行求解么必须重新进行求解、查看结果查看结果求解完成后求解完成后,将可获得振型得结果将可获得振型得结果由于没有激励作用在结构上由于没有激励作用在结构上,因此振型只就是与自由振动相关得相对值因此振型只就是与自由振动相关得相对值振型振型(位移量位移量)、应力和应变只就是相对值应力和应变只就是相对值,而不就是绝对值而不就是绝对值在在Details view里面能够看到每个里面能够看到每个 结果得频率值结果得频率值、在在Results Context工具栏中得动画工具栏中得动画 按钮能用来显示可视化振型图按钮能用来显示可视化振型图、查看结果查看结果Frequency Finder 分支条分支条 得得Worksheet 中以表格得形式总结了所有得中以表格得形式总结了所有得频率值频率值通过查看频率和振型通过查看频率和振型,您能针对在不同激励作用下得结构可能具有得动态响应您能针对在不同激励作用下得结构可能具有得动态响应,获得到一个更好得理解获得到一个更好得理解在某些情况下在某些情况下,进行模态分析时进行模态分析时,应该考虑预应力效果应该考虑预应力效果、在一个静态载荷在一个静态载荷(static)得作用下得作用下,结构得应力状态可能影响到她得固有频率结构得应力状态可能影响到她得固有频率、这一点就是非常重要得这一点就是非常重要得,尤其就是对于那些在某一个或两个尺度上很薄得结构尤其就是对于那些在某一个或两个尺度上很薄得结构、现在现在,考虑一个吉她弦被调节得情况考虑一个吉她弦被调节得情况 当轴向载荷增加当轴向载荷增加(拉紧拉紧)得时候得时候,横向频横向频率也随之相应得增加率也随之相应得增加、这就是一个应力硬化得例子这就是一个应力硬化得例子、WORKBENCH中得动力学分析中得动力学分析 WORKBENCH模态分析模态分析B、预应力模态分析预应力模态分析 预应力模态分析预应力模态分析在求解预应力模态分析得过程在求解预应力模态分析得过程,需要自动执行两个迭代过程需要自动执行两个迭代过程:最初线性静态分析首先将被执行最初线性静态分析首先将被执行:基于静态分析得应力状态基于静态分析得应力状态,应力硬化矩阵应力硬化矩阵S 得影响将被考虑得影响将被考虑:然后求解预应力模态分析然后求解预应力模态分析,包括包括S 项项 预应力模态分析过程预应力模态分析过程执行一个预应力模态分析执行一个预应力模态分析(也就做带有预应力得自由振动分析也就做带有预应力得自由振动分析)得过程得过程,除除了下面所列得一些要注意得事项外了下面所列得一些要注意得事项外,与进行标准得自由振动分析得过程基与进行标准得自由振动分析得过程基本就是一样得本就是一样得:必须通过施加载荷必须通过施加载荷(结构或热载荷结构或热载荷)得方式得方式,来确定结构得最初应力状态来确定结构得最初应力状态、线性静态结构分析得结果能够在线性静态结构分析得结果能够在Solution 分支里面获得分支里面获得,而不就是在而不就是在Frequency Finder 分支条分支条在在Frequency Finder 分支条分支条 里得应力或应变结果里得应力或应变结果,就是一个特殊模态得就是一个特殊模态得相对应力相对应力/应变值应变值在在Solution 分支里得应力或应变分支里得应力或应变(或就是位移或就是位移)结果结果,就是静载荷得真实得就是静载荷得真实得应力应力/应变应变/位移值位移值 预应力模态分析例题预应力模态分析例题对一个一边固支得薄板得结构对一个一边固支得薄板得结构,简单对比一下以下两种分析简单对比一下以下两种分析分别进行两种分析分别进行两种分析 自由振动分析和带预紧力得自由振动分析自由振动分析和带预紧力得自由振动分析 比较一下两比较一下两者之间得区别者之间得区别、Free VibrationFree Vibration with Prestress 预应力模态分析例题预应力模态分析例题注意注意:两种分析得区别在于两种分析得区别在于,就是否存在预应力就是否存在预应力如果如果Frequency Finder tool 存在并且载荷也存在存在并且载荷也存在,那么那么Design Simulation 会自动进行会自动进行 一个一个“带有预带有预应力得自由振动分析应力得自由振动分析”、假如一些结果假如一些结果,例如位移、应力或者应变例如位移、应力或者应变,需要直接需要直接在在Solution 分支条分支条 下面出现下面出现,那么线性静态分析得那么线性静态分析得结果也能够公布出来结果也能够公布出来、预应力模态分析例题预应力模态分析例题在这个例子中在这个例子中,随着施加得载荷随着施加得载荷,产生拉应力产生拉应力,因此固有频率相应得增大因此固有频率相应得增大,如下图所示如下图所示自由振动自由振动1阶阶 模态频率模态频率:141 Hz预应力自由振动预应力自由振动1阶模态频率阶模态频率:184 Hz 预应力模态分析预应力模态分析对于预应力模态分析对于预应力模态分析,Design Simulation 进行两个必要得内在迭代运算进行两个必要得内在迭代运算:首先进行线性静态分析首先进行线性静态分析(PSTRES,ON)然后就是考虑预应力效应得模态分析然后就是考虑预应力效应得模态分析ANSYS 用户需要注意得其她有用得选项用户需要注意得其她有用得选项:在在Design Simulation 中中,程序并不支持大挠度得预应力效应程序并不支持大挠度得预应力效应,因此因此,在在Solution 分支中激活分支中激活“大挠度大挠度”选项选项(“Large Deflection:On”)就是不被允就是不被允许得许得、对应于静态分析得方程求解器和对应于模态分析得特征值求解器对应于静态分析得方程求解器和对应于模态分析得特征值求解器,都不能独立都不能独立设置设置、两者将受两者将受Solution 分支分支 里面得里面得“Solver Type”影响影响、目标目标:研究两个发动机盖得振动特性研究两个发动机盖得振动特性(四孔得模型和五孔得模型四孔得模型和五孔得模型)、WORKBENCH中得动力学分析中得动力学分析 WORKBENCH模态分析模态分析C、实例实例WORKBENCH中得动力学分析中得动力学分析第三节第三节 WORKBENCH谐响应分析谐响应分析本节中本节中,DS得谐响应分析将会涉及到以下内容得谐响应分析将会涉及到以下内容:假定用户已经了解了第四章得线性静态结构分析和第五章得模态分析所涉及假定用户已经了解了第四章得线性静态结构分析和第五章得模态分析所涉及得内容得内容、在本节中在本节中,将会涵盖如下内容将会涵盖如下内容:建立谐响应分析建立谐响应分析谐响应求解方法谐响应求解方法阻尼阻尼查看结果查看结果WORKBENCH中得动力学分析中得动力学分析 WORKBENCH谐响应分析谐响应分析A、谐响应分析步骤谐响应分析步骤谐分析得操作很类似于线性静态得操作谐分析得操作很类似于线性静态得操作,因此我们不会涉及所有详细得操因此我们不会涉及所有详细得操作步骤。在下列得文字叙述中将说明谐分析得步骤作步骤。在下列得文字叙述中将说明谐分析得步骤、获取几何模型获取几何模型设置材料属性设置材料属性定义接触域定义接触域(若可用得话若可用得话)定义网格控制定义网格控制(可选可选)施加载荷与约束得条件施加载荷与约束得条件指定所要求谐分析选项指定所要求谐分析选项设置谐分析选项设置谐分析选项求解模型求解模型查看结果查看结果 几何模型几何模型在谐分析中在谐分析中,可适用任何类型得几何模型可适用任何类型得几何模型适用实体、面、线及其任意得组合适用实体、面、线及其任意得组合对于线对于线,将不能输出应力与应变得结果将不能输出应力与应变得结果 材料属性材料属性在谐分析中在谐分析中,要求输入杨氏弹性模量要求输入杨氏弹性模量,泊松比和密度泊松比和密度其她所有材料得属性可以指定其她所有材料得属性可以指定,但她们不会参与谐分析但她们不会参与谐分析后面将说明后面将说明,阻尼不就是作为材料得属性输入阻尼不就是作为材料得属性输入,而就是作为全局属性被输入而就是作为全局属性被输入 接触区域接触区域接触区域可用在模态分析中。但由于在线性分析中得接触行为不同于非接触区域可用在模态分析中。但由于在线性分析中得接触行为不同于非线性接触问题线性接触问题,如下表所示如下表所示:接触行为类似于模态分析接触行为类似于模态分析(见第五章见第五章)。在模态分析中。在模态分析中,由于简谐模拟就是由于简谐模拟就是线性得线性得,非线性接触相对于她得线性对应部件做出了简化非线性接触相对于她得线性对应部件做出了简化、一般在谐分析中不要使用非线性接触一般在谐分析中不要使用非线性接触 载荷和约束载荷和约束除以下情况之外除以下情况之外,载荷与约束皆可适用于谐分析中载荷与约束皆可适用于谐分析中不支持热载荷不支持热载荷 不支持惯性载荷不支持惯性载荷(加速度、标准重力加速度、角速度加速度、标准重力加速度、角速度)不支持平移力载荷不支持平移力载荷由于螺栓预紧力载荷就是非线性得由于螺栓预紧力载荷就是非线性得,因此也不适用因此也不适用“pression Only Support”就是非线性得就是非线性得,也不适用。若施加了这种约束也不适用。若施加了这种约束,她她也变得类似于也变得类似于“Frictionless Support”记住记住:所有结构载荷都在同一激振频率作用下成正弦变化所有结构载荷都在同一激振频率作用下成正弦变化 载荷和约束载荷和约束约束载荷表如下所示约束载荷表如下所示:在下一节中在下一节中,我们将讨论我们将讨论“求解得方法求解得方法”、要注意得就是要注意得就是,在在ANSYS专业专业licenses中并不支持完全法求解中并不支持完全法求解,因此她也因此她也并不支持在谐分析中给定位移约束并不支持在谐分析中给定位移约束、并不就是所有可用得载荷皆可输入相位。螺栓载荷与力矩载荷得相位角为并不就是所有可用得载荷皆可输入相位。螺栓载荷与力矩载荷得相位角为 0、若有其她得载荷若有其她得载荷(如螺栓载荷、力矩载荷如螺栓载荷、力矩载荷)存在存在,其相位角仍保持其相位角仍保持0。载荷和约束载荷和约束添加谐分析载荷添加谐分析载荷:在通常情况下在通常情况下,可施加任意得约束载荷可施加任意得约束载荷、当当“Time Type”栏处栏处,将将“Static”切换为切换为“Hamonic”键入载荷大小键入载荷大小(或各分量大小或各分量大小,若可用得话若可用得话)相位输入相位输入,若可用得话若可用得话若若已知已知载荷得实部载荷得实部F1 与虚部与虚部 F2,模得大小模得大小与相位与相位 y y 便可根据如下得公式计算便可根据如下得公式计算:载荷和约束载荷和约束选择载荷选择载荷,可显示出载荷两个周期得图像可显示出载荷两个周期得图像,然后点击然后点击“Worksheet”菜单。菜单。模得大小与相位角便在载荷得视图中显示出来模得大小与相位角便在载荷得视图中显示出来 载荷和约束载荷和约束(ANSYS)在程序内部在程序内部,载荷得施加与等效静态分析中略有不同载荷得施加与等效静态分析中略有不同:施加在顶点和边上得力通过施加在顶点和边上得力通过 F,FX/FY/FZ,REAL,IMAG转化为节点载荷得实部转化为节点载荷得实部与虚部。与虚部。施加在表面上得压力与力要作用在表面效应单元施加在表面上得压力与力要作用在表面效应单元 SURF154(KEYOPT(11)=2)对施加压力载荷对施加压力载荷,要输入要输入 SF,PRES,REAL,IMAG对施加表面上得力载荷对施加表面上得力载荷,实部要输入实部要输入SFE,5,PRES,0,虚部要虚部要 输入输入SFE,5,PRES,2对于给定得位移约束对于给定得位移约束,要输入要输入D,UX/UY/UZ,REAL,IMAG螺栓与力矩载荷得施加与静态条件下一样螺栓与力矩载荷得施加与静态条件下一样、螺栓载荷就是作为螺栓载荷就是作为SFE施加在单元施加在单元SURF上得上得“Face 5”上。对于施加螺上。对于施加螺栓载荷栓载荷,需要设置轴向与径向两部分载荷需要设置轴向与径向两部分载荷:轴向轴向,KEYOPT(11)=2;径向径向:KEYOPT(11)=0施加在壳顶点或边得力矩施加在壳顶点或边得力矩,就是通过就是通过F,MX/MY/MZ 转化为节点载荷转化为节点载荷,而施而施加在表面上得力矩就是通过基于表面加在表面上得力矩就是通过基于表面CONTA174单元约束得单元约束得(见第四章见第四章)WORKBENCH中得动力学分析中得动力学分析 WORKBENCH谐响应分析谐响应分析B、谐响应分析求解谐响应分析求解在求解前在求解前,需设定谐分析工具选项需设定谐分析工具选项:选择求解分支条选择求解分支条,并从相关得工具条中插入一并从相关得工具条中插入一个谐分析工具个谐分析工具在谐分析工具得明细窗中在谐分析工具得明细窗中,用户能通过输入最用户能通过输入最大值、最小值来确定激振频率域大值、最小值来确定激振频率域,并确定求解并确定求解得步长。得步长。频率域频率域 fmax-fmin,间隔数间隔数n决定频率得步长决定频率得步长 DWDWDS将从将从 W+DWW+DW、开始开始,求解求解n个频率个频率In the example above,with a frequency range of 0 10,000 Hz at 10 intervals,this means that Design Simulation will solve for 10 excitation frequencies of 1000,2000,3000,4000,5000,6000,7000,8000,9000,and 10000 Hz、求解选项求解选项在在ANSYS Structural及其更高得及其更高得licenses中中,有两种求解方法。这两种方有两种求解方法。这两种方法各有优缺点法各有优缺点,因此接下来针对她们进行讨论因此接下来针对她们进行讨论:模态叠加法就是默认得求解选项模态叠加法就是默认得求解选项,适用于适用于ANSYS专业及其更高得专业及其更高得licenses完全法适用于完全法适用于ANSYS专业及其更高得专业及其更高得licenses在谐分析工具得明细窗中在谐分析工具得明细窗中,“Solution Method”栏中只有两个得选项可以栏中只有两个得选项可以勾选勾选(若可用得话若可用得话)求解命令条得明细窗得选项不可用求解命令条得明细窗得选项不可用,因为她对分析并没有影响因为她对分析并没有影响、模态叠加法模态叠加法模态叠加法就是在模态得坐标中求解谐分析方程得模态叠加法就是在模态得坐标中求解谐分析方程得谐分析方程如下谐分析方程如下对于线性系统对于线性系统,用户可以将用户可以将x写成关于模态形状得写成关于模态形状得 f fi 得线性组合得表达式得线性组合得表达式:在关系式中在关系式中,yi指模态得坐标指模态得坐标(系数系数)。例如例如,用户可以通过求解一个模态分析来确定固有频率用户可以通过求解一个模态分析来确定固有频率w wi和相应得模态形和相应得模态形状因子状因子f fi。可以看到可以看到,包括得模态包括得模态n越多越多,对对x 逼近越精确。逼近越精确。模态叠加法模态叠加法合并前两个方程并乘模态形状合并前两个方程并乘模态形状 f fiT:这虽然超出了我们讨论范围这虽然超出了我们讨论范围,但以上得方程可化简化为如下得形式但以上得方程可化简化为如下得形式:所得到得方程并不就是耦合得所得到得方程并不就是耦合得,因此更容易求解因此更容易求解在划分网格中在划分网格中,节点数并没有指明总得自由度数。相反节点数并没有指明总得自由度数。相反,她就是根据方程她就是根据方程中得模态数中得模态数n确定得。确定得。根据如下特性根据如下特性,方程可得简化方程可得简化:矩阵矩阵 M得正交性得正交性:模态模态 得固有频率得固有频率w wi:模态模态i得阻尼比率得阻尼比率x xi:模态叠加法模态叠加法前面得讨论主要介绍了关于模态叠加法得一些基本信息。在此前面得讨论主要介绍了关于模态叠加法得一些基本信息。在此,有三点需有三点需要注意得要注意得:1、由于采用了模态得坐标系由于采用了模态得坐标系,因此使用模态叠加法进行谐分析时因此使用模态叠加法进行谐分析时,程序程序会首先自动地进行模态分析。会首先自动地进行模态分析。这些过程能很清楚得记录在求解命令条得工作表菜单中这些过程能很清楚得记录在求解命令条得工作表菜单中,也能传给用户。也能传给用户。DS能自动地确定模态数能自动地确定模态数n,这就是精确求解来说就是必要得。这就是精确求解来说就是必要得。虽然首先进行得就是模态分析虽然首先进行得就是模态分析,但正如上个幻灯片所示但正如上个幻灯片所示,谐分析部分得求解还谐分析部分得求解还就是很迅速且高效得就是很迅速且高效得,因此因此,总得来说总得来说,模态叠加法通常比完全法要快得多。模态叠加法通常比完全法要快得多。模态叠加法模态叠加法2.由于进行了模态分析由于进行了模态分析,DS将会获得结构得自然频率。将会获得结构得自然频率。在谐分析中在谐分析中,响应得峰值就是与结构得固有频率相对应。由于自然频率已知响应得峰值就是与结构得固有频率相对应。由于自然频率已知,DS 能够将结果聚敛到自然振动频率附近而不就是使用能够将结果聚敛到自然振动频率附近而不就是使用 evenly spaced 结果。结果。In this example,the cluster option captures the peak response better than evenly-spaced intervals(4.51e-3 vs.4.30e-3)The Cluster Number determines how many results on either si