第9章-WORKBENCH中的动力学分析简介(课堂PPT).ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,DYNAMICS 8.1,Training Manual,WORKBENCH,中的动力学分析简介,第,9,章,第九章,WORKBENCH,中的动力学分析简介,第一节,ANSYS WorkBench,概述,第二节,WorkBench,中的模态分行,第三节,WorkBench,中的谐响应分析,WORKBENCH,中的动力学分析,第一节,ANSYS WORKBENCH,概述,什么是,ANSYS,Workbench,?,ANSYS Workbench,是用,ANSYS,求解实际问题的新一代产品，它给,ANSYS,的求解提供了强大的功能。,这种环境为,CAD,系统和您的设计提供了全新的平台，保证了最好的,CAE,结果,ANSYS Workbench,由四个模块组成:,DS,是用,ANSYS,的求解器，做结构或热分析。,DM,用来建立,CAD,几何模型，为分析作准备,DX,和,DXVT,用于研究变量的输入（如几何、载荷）对响应（如应力、频率）的影响。,FE Modeler,用来把,Nastran,的网格转化到,ANSYS,中使用。,WORKBENCH,中的动力学分析,ANSYS WORKBENCH,概述,Design Simulation,DesignModeler,DesignXplorer,FE Modeler,ANSYS Workbench,WORKBENCH,中的动力学分析,ANSYS WORKBENCH,概述,DS,可以做的分析类型:,线性应力:,误差估计、应力、安全系数等，基于承受静力载荷下的材料强度理论,模态,:,计算包括预应力结构在内的 系统固有频率（自由振动）,热传递:,求解温度场和热流场的稳态热分析，允许与温度相关的 热传导和对流，支持热应力分析,Design Simulation,概述,WORKBENCH,中的动力学分析,ANSYS WORKBENCH,概述,DS,可以做的分析类型,(,续,):,谐分析,:,计算结构在正弦激励下的响应.,线性屈曲:,计算屈曲的失效载荷和安全系数及其屈曲形态.,形状优化:,通过使用拓扑优化技术，对受载荷的零件体积优化给出预测,非线性结构分析:,计算静力载荷作用下的系统变形和应力，包括大变形和接触非线性（和材料非线性）.,Design Simulation,概述,WORKBENCH,中的动力学分析,ANSYS WORKBENCH,概述,启动,DS,有两种方法,:,从,ANSYS Workbench,中直接进入,直接从,CAD,系统中进入,启动,Design Simulation,WORKBENCH,中的动力学分析,ANSYS WORKBENCH,概述,开始,ANSYS Workbench,:,Workbench,模块都是从同一个图标进入：“,ANSYS Workbench”,在“开始程序,ANSYS8.0”,下,或者，用户也可以直接从,CAD,系统中进入,启动,Design Simulation,（续）,WORKBENCH,中的动力学分析,ANSYS WORKBENCH,概述,ANSYS Workbench,起始界面,进入,ANSYS Workbench,以后，出现起始页面，用户可以使用上面的选项:,尽管运行,DS,需要,LICENSE，,启动开始页面却不需要,WORKBENCH,中的动力学分析,ANSYS WORKBENCH,概述,ANSYS Workbench,起始界面,Workbench,起始界面提供对,Workbench,项目创建、打开、输入数据,db,功能。,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,打开一个已经存在的,WORKBENCH,题目,导入一个独立的,DS DB,文件,导入一个独立的,DM DB,文件,导入一个独立的,DX DB,文件,WORKBENCH,中的动力学分析,ANSYS WORKBENCH,概述,Design Simulation,界面,WORKBENCH,中的动力学分析,第二节,WORKBENCH,模态分析,在本节主要介绍如何在,Design Simulation,中进行模态分析,.,在,Design Simulation,中,进行一个模态分析类似于一个线性分析,.,本节内容如下,:,模态分析流程,预应力模态分析流程,WORKBENCH,中的动力学分析,WORKBENCH,模态分析,A.,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,因此这里不再详细的介绍每一操作步骤,.,下面这些步骤里面，黄色斜体字体部分是模态分析所特有的,.,建模,设定材料属性,定义解除对,(,假如存在,),划分网格,(,可选择,),施加载荷,(,假如存在的话,),需要,使用,Frequency Finder,结果,设置,Frequency Finder,选项,求解,查看结果,几何模型和材料属性,类似于线性静态分析,任何一种能被,Design Simulation,支持的几何模型都有可以使用,:,体元素,面元素(需定义适当的厚度,),线元素,(,需定义适当的横截面,),对于线元素,只能得到振型和位移,.,材料属性：需要定义杨氏模量、泊松比和密度,由于没有载荷，所以定义了以上材料属性，就不再需要其他的材料属性了,接触域,在模态分析中，接触对是可能出现的,.,但是，由于模态分析是纯粹的线性分析，所以接触对不同于非线性分析中的接触类型,如下所示,:,在模态分析中定义接触需要注意以下两个方面的内容,:,两个非线性的接触行为,粗糙的和无摩擦的,都将表现为线性模式,因此它们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,非线性的接触行为将是自由无约束的,(,也就是说,好像是没有接触一样,).,绑定的和无间隙的接触将取决于,pinball,区域的大小,.,pinball,区域由缺省值自动产生,接触域,对于,ANSYS,专业,licenses,和更高的,licenses,在模态分析中，存在更多的接触选项,:,对于粗糙和无摩擦的接触,“Interface Treatment”,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,.(,假如这个选项被设置了，那么即使有间隙存在,这些部分也按照最初就已经接触上的情况来进行计算,.),即使有间隙存在，“,Pinball Region”,的大小也能够改变和被显示出来,.,这样，就能很好地确保绑定和不分离接触的建立,.,有关,pinball region,的内容和如何定义其大小，请参考第 3 和,4,章,对于,ANSYS,结构,licenses,和更高的,licenses,假如表面将要被接触，但实际上是自由面（没有接触），那么摩擦接触和绑定接触将变得非常的相似,.,在模态分析中不推荐使用摩擦接触，因为它是非线性的,.,载荷和约束,在模态分析中，不能使用结构和热载荷,关于预应力模态分析的内容，参见本节后面的部分,B,.在这种情况下，只是为了体现预应力效果，载荷才被考虑,.,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的约束,刚体模态将能被检测和获得测评,.,这些模态将处于0位置或者0,HZ,附近,.,与静态结构分析不同,模态分析并不要求禁止刚体运动,.,边界条件对于模态分析来说，是很重要的,。,因为他们能影响部件的振型和固有频率,.,因此需要仔细考虑模型是如何被约束的,.,压缩约束是非线性的，因此在此分析中将不能被使用,.,如果存在的话,压缩约束通常会表现出与无摩擦约束相似,.,求解结果,模态分析的大部分结果和静态结构分析非常相似,.,但是，当,Solutions,菜单里的,Frequency Finder,被选中之后，,Design Simulation,会自动进行模态分析,将,Frequency Finder tool,分支添加到求解选项（,Solutions,分支）里面,Frequency Finder,的,Details,窗中的选项可以允许用户自定义最大的模态数量,“Max Modes to Find.”,默认是,6,阶模态,(,最大是,200).,随着要获得模态数量的增加，运算时间也随之相应增加,.,在,Limit Search to Range,框中选择,Yes,，可以指定搜索范围限制在一个用户感兴趣的特定的频率范围内,.,在默认情况下,如果搜索范围没有设定，程序将计算从,0 Hz,开始的所有频率(,rigid-body modes).,在,“Limit Search to Range”,中，能指定最小和最大的频率,.,但是要注意这个选项和,“Max Modes to Find”,是相关联的，假如不需要足够多的模态，在这个搜索的频率范围内，并不是所有的模态都能发现,.,求解结果,在,Frequency Finder,里，相应的命令分支是最需要得到的,当,“Max Modes to Find”,与,Frequency Finder,分支条绑定的时候,更多的振型将被自动添加,.,用户不必在,Context,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，可以通过,Context,工具栏添加这些想要得到的结果,.,对于每一种加载的应力、应变或者位移，用户能够从,Details,里指定相对应的振型,.,假如需要得到应力或者应变结果，一定要在,Frequency Finder,分支条,里加上这些选项，而不是在,Solution,分支条里面加.,求解结果,对应于,Frequency Finder,分支的,ANSYS,命令如下,:,假如,Frequency Finder,分支被选上,对应于,ANTYPE,MODAL,命令,定义模态的阶数使用,nmodes,命令,定义“搜索频率”的最小和最大范围使用,MODOPT,nmodes,freqb,freqe,命令的,freqb,和,freqe，,振型被放大通过,MXPAND,命令,.,为了节省磁盘空间和计算时间，单元求解选项不能打开，除非需要得到应力或者应变结果,.,求解设置,Solution,分支提供了将要进行的某种分析的细节选项,对于模态分析，并不是,Details view of the Solution,分支中的所有选项都需要改变,.,在大多数情况下,“Solver Type”,应该保持,“Program Controlled”,的默认选项,.,假如模型是由一种很大的实体单元构成的,并且仅仅需要求解不多的振型时,那么把求解器类型（,Solver Type）,设置为迭代求解器（,Iterative）,可能会更有效些.,对于每一种模态分析的“分析类型（,Analysis Type）”,将显示为,“,自由振动（,Free Vibration）”.,求解设置,对于一个标准的模态分析,在求解选项中除了设置,“Solver Type”,会有很多影响之外，其他设置均无效,“大挠度”和,“,弱弹簧,”,选项对应于静态分析，因此不要改变其设置,.,“,求解器类型（,Solver Type）”,可以设置为,“,直接求解器（,Direct）”,或者,“,迭代求解器（,Iterative）”,“,程序自动选择求解器（,Program Controlled）”,或者“直接求解器（,Direct）”,采用,Block Lanczos,特征值提取方法，使用的是稀疏矩阵直接方程求解器,（,ANSYS,命令为,MODOPT,LANB and EQSLV,SPARSE）。,在处理较小的或者较大的模型时，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是最广泛使用的特征求解器,（eigensolver），,因此常作为默认选项,.,“,迭代求解器（,Iterative）”,使用,PowerDynamics,求解方法,这种方法是子空间特征值提取方法的混合，使用的是,PCG,方程求解器,(ANSYS,命令是,MODOPT,SUBSP and EQSLV,PCG).,当仅仅需要求解不多的振型时，,PowerDynamics,特征值对于具有体单元的大模型是很有效的,.,求解,在设置完前面的选项之后，像其他的分析一样点击,solve,按钮便可以求解模态分析了,.,对于相同的模型，模态分析比起静态分析通常要花费更多的计算，因为他们的求解方程是不同的,.,Solution,分支条里的,Worksheet,表,提供了详细的求解输出内容，包括所,使用的内存数和已经提取了的模态阶,数,.,如果在一个求解完成之后，需要获得,应力、应变或者更多的频率/振型，那,么必须重新进行求解,.,查看结果,求解完成后,将可获得振型的结果,由于没有激励作用在结构上，因此振型只是与自由振动相关的相对值,振型,(,位移量,)、,应力和应变只是相对值,而不是绝对值,在,Details view,里面能够看到每个,结果的频率值,.,在,Results Context,工具栏中的动画,按钮能用来显示可视化振型图,.,查看结果,Frequency Finder,分支条 的,Worksheet,中以表格的形式总结了所有的频率值,通过查看频率和振型，你能针对在不同激励作用下的结构可能具有的动态响应，获得到一个更好的理解,在某些情况下，进行模态分析时，应该考虑预应力效果,.,在一个静态载荷,(static),的作用下,结构的应力状态可能影响到它的固有频率,.,这一点是非常重要的，尤其是对于那些在某一个或两个尺度上很薄的结构,.,现在，考虑一个吉它弦被调节的情况,当轴向载荷增加,(,拉紧)的时候,横向频率也随之相应的增加,.,这是一个应力硬化的例子,.,WORKBENCH,中的动力学分析,WORKBENCH,模态分析,B.,预应力模态分析,预应力模态分析,在求解预应力模态分析的过程，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,:,基于静态分析的应力状态,应力硬化矩阵,S,的影响将被考虑,:,然后求解预应力模态分析,包括,S,项,预应力模态分析过程,执行一个预应力模态分析,(,也就做带有预应力的自由振动分析,),的过程,除了下面所列的一些要注意的事项外，与进行标准的自由振动分析的过程基本是一样的,:,必须通过施加载荷,(,结构或热载荷,),的方式，来确定结构的最初应力状态,.,线性静态结构分析的结果能够在,Solution,分支里面获得，而不是在,Frequency Finder,分支条,在,Frequency Finder,分支条 里的应力或应变结果，是一个特殊模态的相对应力/应变值,在,Solution,分支里的应力或应变,(,或是位移,),结果，是静载荷的真实的应力/应变/位移值,预应力模态分析例题,对一个一边固支的薄板的结构，简单对比一下以下两种分析,分别进行两种分析,自由振动分析和带预紧力的自由振动分析,比较一下两者之间的区别,.,Free Vibration,Free Vibration with Prestress,预应力模态分析例题,注意：两种分析的区别在于，是否存在预应力,如果,Frequency Finder tool,存在并且载荷也存在,那么,Design Simulation,会自动进行 一个“带有预应力的自由振动分析”,.,假如一些结果，例如位移、应力或者应变，需要直接在,Solution,分支条,下面出现,那么线性静态分析的结果也能够公布出来,.,预应力模态分析例题,在这个例子中,随着施加的载荷,产生拉应力,因此固有频率相应的增大,如下图所示,自由振动,1,阶 模态频率,:141 Hz,预应力自由振动,1,阶模态频率:184,Hz,预应力模态分析,对于预应力模态分析,Design Simulation,进行两个必要的内在迭代运算,:,首先进行线性静态分析（,PSTRES,ON）,然后是考虑预应力效应的模态分析,ANSYS,用户需要注意的其它有用的选项,:,在,Design Simulation,中，程序并不支持大挠度的预应力效应，因此,在,Solution,分支中激活“大挠度”选项（,“Large Deflection:On”）,是不被允许的,.,对应于静态分析的方程求解器和对应于模态分析的特征值求解器，都不能独立设置,.,两者将受,Solution,分支 里面的,“Solver Type”,影响,.,目标:,研究两个发动机盖的振动特性（四孔的模型和五孔的模型）,.,WORKBENCH,中的动力学分析,WORKBENCH,模态分析,C.,实例,WORKBENCH,中的动力学分析,第三节,WORKBENCH,谐响应分析,本节中，,DS,的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的线性静态结构分析和第五章的模态分析所涉及的内容,.,在本节中，将会涵盖如下内容,:,建立谐响应分析,谐响应求解方法,阻尼,查看结果,WORKBENCH,中的动力学分析,WORKBENCH,谐响应分析,A.,谐响应分析步骤,谐分析的操作很类似于线性静态的操作，因此我们不会涉及所有详细的操作步骤。在下列的文字叙述中将说明谐分析的步骤,.,获取几何模型,设置材料属性,定义接触域（若可用的话）,定义网格控制（可选）,施加载荷与约束的条件,指定所要求谐分析选项,设置谐分析选项,求解模型,查看结果,几何模型,在谐分析中，可适用任何类型的几何模型,适用实体、面、线及其任意的组合,对于线，将不能输出应力与应变的结果,材料属性,在谐分析中，要求输入杨氏弹性模量，泊松比和密度,其它所有材料的属性可以指定，但它们不会参与谐分析,后面将说明，阻尼不是作为材料的属性输入，而是作为全局属性被输入,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的接触行为不同于非线性接触问题，如下表所示,:,接触行为类似于模态分析（见第五章）。在模态分析中，由于简谐模拟是线性的，非线性接触相对于它的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,载荷和约束,除以下情况之外，载荷与约束皆可适用于谐分析中,不支持热载荷,不支持惯性载荷（加速度、标准重力加速度、角速度）,不支持平移力载荷,由于螺栓预紧力载荷是非线性的，因此也不适用,“Compression Only Support”,是非线性的，也不适用。若施加了这种约束，它也变得类似于“,Frictionless Support”,记住：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,约束载荷表如下所示,:,在下一节中，我们将讨论“求解的方法”,.,要注意的是，在,ANSYS,专业,licenses,中并不支持完全法求解，因此它也并不支持在谐分析中给定位移约束,.,并不是所有可用的载荷皆可输入相位。螺栓载荷与力矩载荷的相位角为,0,.,若有其它的载荷（如螺栓载荷、力矩载荷）存在，其相位角仍保持,0。,载荷和约束,添加谐分析载荷,:,在通常情况下，可施加任意的约束载荷,.,当“,Time Type”,栏处，将“,Static”,切换为“,Hamonic”,键入载荷大小（或各分量大小，若可用的话）,相位输入，若可用的话,若,已知,载荷的实部,F,1,与虚部,F,2,，模的大小与相位,y,便可根据如下的公式计算：,载荷和约束,选择载荷，可显示出载荷两个周期的图像，然后点击“,Worksheet”,菜单。,模的大小与相位角便在载荷的视图中显示出来,载荷和约束,(ANSYS),在程序内部，载荷的施加与等效静态分析中略有不同,:,施加在顶点和边上的力通过,F,FX/FY/FZ,REAL,IMAG,转化为节点载荷的实部与虚部。,施加在表面上的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，要输入,SF,PRES,REAL,IMAG,对施加表面上的力载荷，实部要输入,SFE,5,PRES,0,，虚部要 输入,SFE,5,PRES,2,对于给定的位移约束，要输入,D,UX/UY/UZ,REAL,IMAG,螺栓与力矩载荷的施加与静态条件下一样,.,螺栓载荷是作为,SFE,施加在单元,SURF,上的“,Face 5”,上。对于施加螺栓载荷，需要设置轴向与径向两部分载荷：轴向，,KEYOPT(11)=2,；径向,:KEYOPT(11)=0,施加在壳顶点或边的力矩，是通过,F,，,MX/MY/MZ,转化为节点载荷，而施加在表面上的力矩是通过基于表面,CONTA174,单元约束的（见第四章）,WORKBENCH,中的动力学分析,WORKBENCH,谐响应分析,B.,谐响应分析求解,在求解前，需设定谐分析工具选项,:,选择求解分支条，并从相关的工具条中插入一个谐分析工具,在谐分析工具的明细窗中，用户能通过输入最大值、最小值来确定激振频率域，并确定求解的步长。,频率域,f,max,-f,min,，间隔数,n,决定频率的步长,DW,DS,将从,W+DW,.,开始，求解,n,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,在,ANSYS,Structural,及其更高的,licenses,中，有两种求解方法。这两种方法各有优缺点，因此接下来针对它们进行讨论,:,模态叠加法是默认的求解选项，适用于,ANSYS,专业及其更高的,licenses,完全法适用于,ANSYS,专业及其更高的,licenses,在谐分析工具的明细窗中，“,Solution Method”,栏中只有两个的选项可以勾选（若可用的话）,求解命令条的明细窗的选项不可用，因为它对分析并没有影响,.,模态叠加法,模态叠加法是在模态的坐标中求解谐分析方程的,谐分析方程如下,对于线性系统，用户可以将,x,写成关于模态形状的,f,i,的线性组合的表达式：,在关系式中，,y,i,指模态的坐标（系数）。,例如，用户可以通过求解一个模态分析来确定固有频率,w,i,和相应的模态形状因子,f,i,。,可以看到，包括的模态,n,越多，对,x,逼近越精确。,模态叠加法,合并前两个方程并乘模态形状,f,i,T,:,这虽然超出了我们讨论范围，但以上的方程可化简化为如下的形式：,所得到的方程并不是耦合的，因此更容易求解,在划分网格中，节点数并没有指明总的自由度数。相反，它是根据方程中的模态数,n,确定的。,根据如下特性，方程可得简化,:,矩阵,M,的正交性,:,模态 的固有频率,w,i,:,模态,i,的阻尼比率,x,i,:,模态叠加法,前面的讨论主要介绍了关于模态叠加法的一些基本信息。在此，有三点需要注意的：,1.,由于采用了模态的坐标系，因此使用模态叠加法进行谐分析时，程序会首先自动地进行模态分析。,这些过程能很清楚的记录在求解命令条的工作表菜单中，也能传给用户。,DS,能自动地确定模态数,n,，这是精确求解来说是必要的。,虽然首先进行的是模态分析，但正如上个幻灯片所示，谐分析部分的求解还是很迅速且高效的，因此，总的来说，模态叠加法通常比完全法要快的多。,模态叠加法,由于进行了模态分析，,DS,将会获得结构的自然频率。,在谐分析中，响应的峰值是与结构的固有频率相对应。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是使用,evenly spaced,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 C,luster Number,determines how many results on either side of a natural frequency is solved.,模态叠加法,3.,由于模态叠加法的本质原因，所以并不支持给定位移的约束。,由于求解在模态坐标系下完成的，所以不允许有非零的位移。,在讨论载荷与约束期间，这早已被提及。,模态叠加法,(ANSYS),ANSYS,模态叠加法在内部的执行情况：,首先，模态分析采用,Block Lanczos,特征值提取法执行。,(MODOPT,LANB,200,FREQB/2,2*FREQE),在起始频率,FREQB,的,1/2,与结束频率,FREQE,的,2,倍之间求解,200,阶模态的最大值。,在这期间，程序将自动生成一个载荷矢量。,然后，使用模态叠加法,(HROPT,MSUP),进行谐分析,用,HARFRQ,FREQB,FREQE,确定频率区间。,若要使用,cluster,选项，须使用命令,HROUT,ON,所有的载荷在频率区间内分步实施,(KBC,1),使用命令,NSUBST,制定步长数（或,cluster,数）。,使用,LVSCALE,1,制定载荷矢量为,1.0,。,使用,OUTRES,时，需要制定多用节点和单元组件。,对于,contour results,可以使用,expansion pass,运用,EXPASS,ON and HREXP,ALL,完全法,完全法也是求解谐分析的一种方法。,谐分析的方程如下：,在完全法中，直接在节点坐标系下求解矩阵方程，除了使用了复数基本类似于线性静态分析。,完全法,通过与模态叠加法几个不同的结果作比较：,1.,对每一个频率，完全法必须将,K,c,因式分解。,在模态叠加法中是求解化简后的非耦合方程；在完全法中，必须将复杂的耦合矩阵,K,C,因式分解。,因此，完全法一般比模态叠加法更耗计算时间。,2.,支持给定位移约束,由于对,x,直接求解，允许施加位移约束，并可以使用给定位移约束。,完全法,3.,完全法没有使用模态的信息,与模态叠加法不同的，完全法并不依赖模态形状与固有频率,程序在内部并不执行模态分析,对,x,C,的求解是精确的。,并没有模态形状的响应,x,近似的结果产生,但是，由于在求解过程中，,DS,并没有产生模态信息，因此，不会产生频率聚集的结果，只有频率均匀分布的结果产生。,完全法(,ANSYS),完全法在,ANSYS,内部的运行情况,:,需用,HARFRQ,FREQB,FREQE,指定频率区间,使用,HROPT,FULL,用,NSUBST,指定步长数,用命令,KBC,1,在频率区间内分步施加载荷,方程的求解器默认是稀疏求解器，求解命令条中的明细窗对完全法谐分析没有影响，因为求解命令,(EQSLV),不需要设置,对节点和单元分量使用,OUTRES,命令,WORKBENCH,中的动力学分析,WORKBENCH,谐响应分析,C.,阻尼的输入,在谐方程中有一个阻尼矩阵,C,如前所述，阻尼是被指定为全局属性的。,在,ANSYS,专业,licenses,中,只能输入阻尼比常量,x,在,ANSYS,结构,licenses,中可以输入阻尼比常量,x,或,beta,阻尼值,注：两种阻尼选项同时被输入，影响是累积的。,两种阻尼选项皆可在两种求解方法（完全法和模态叠加法）中使用。,阻尼的基础知识,动力系统中阻尼的结果是产生能量损耗,对响应有影响的阻尼会改变结构固有频率并减弱响应的幅值。,在任何的结构系统中，阻尼都是以多种形式存在的。,由于多种因素的影响，阻尼是一个复杂的现象。然而，数学上对阻尼的表达却是很简单的，粘性阻尼被认为：,粘性阻尼力,F,damp,是与速度成正比的，其中,c,为阻尼常数。,临界阻尼,c,cr,是指没有振动时的阻尼值。,阻尼比率,x,是指实际阻尼,c,与临界阻尼,c,cr,的比值。,恒定阻尼比率,在,Design Simulation,中，输入恒定的阻尼比率意味着,x,值在整个频率区间内是一个常量。,x,值在模态叠加法中会被直接使用。,阻尼比率常数,x,是无量纲的,在完全法中，阻尼率,x,不会被直接使用。在程序内部，它根据,C,转化为一个合适的值。,Beta,阻尼,另一种模拟阻尼的方法是假设阻尼,C,是与刚度,K,成正比的，其中,b,为常量,:,那么相关的阻尼比率,x,为,:由方程可知，在,beta,阻尼的作用下，阻尼对频率的影响成线性增长。,与阻尼比率是常数不同，,beta,阻尼是随频率的增大而增大的。,Beta,阻尼往往衰减掉高频的影响。,Beta,阻尼的单位是时间。,Beta,阻尼,有两种方法可输入,Beta,阻尼:,直接输入,Beta,阻尼,输入阻尼比率与频率，相应的,Beta,阻尼值，将会由,DS,中根据上一张幻灯片中的公式计算出来。,尽管输入频率和阻尼比率，但要记住,beta,阻尼是随着频率线性增长的。这意味着低阶频率阻尼小些，而高阶频率阻尼大些。,阻尼相互关系,一般来说，还有其它一些计算阻尼的方法。这些方法通常用于单自由度系统，因此，在将它们扩展到多自由度系统（例如有限元）中时，要慎重。,品质因子,Q,i,是 1/(2,x,i,),损耗因子,h,i,是负的,Q,或 2,x,i,对数衰减量,d,i,近似于空阻尼情况，约为,2,px,i,半量带宽,Dw,i,近似于带有轻微阻尼的结构，约为,2,w,i,x,i,这些计算阻尼的方程都进行了简化，仅适用于单自由度系统。,如果用户能很好地理解在频率时间内的物理结构的响应与阻尼比率常数跟,beta,阻尼的差异，那么在,DS,中将能很好地模拟阻尼的情况。,WORKBENCH,中的动力学分析,WORKBENCH,谐响应分析,D.,谐响应结果获取工具,可以从谐响应工具条获取结果。,可获取三种类型的结果,:,一定频率和相位角下，装配体、零件、表面的位移、应力、应变的结果云图。,选定的点、线、面处的频率响应图，包括加速度、位移、应力、应变的最小值、最大值、平均值。,特定频率下的零件的位移、应力、应变平均最大值、最小值相位响应。,与线性静力分析不同，在获取结果之前，必须启动求解。否则，如果当一个求解完成时，想获取其它结果就必须重新进行求解。,谐响应结果获取工具,通过谐响应工具条，可以获取任意有用的结果。,确认实体查询结果的范围。,对于边和表面，要确定平均值、最小值、最大值是否显示。,输入其它适合的参数。,如果要查询的结果在求解的频率之间，可用线性插值计算响应。,例如，如果在100和,1000 Hz,之间以,100 Hz,的间隔求解，若用户想获得,333 Hz,处的结果,可以在,300,和 400,Hz,之间进行线性插值。,Request Harmonic Tool Results,Design Simulation,假定响应是谐函数,(,正弦).,如果分量不同相，获得的量，象等效应力/主应力不是简谐的。因此这些结果并不可用。,收敛控制并不能用在谐分析结果中。,执行模态分析，并在反映响应的模态形状上执行收敛。这有助于确认网格是否足够密以达到在后续的谐分析中捕捉动态响应。,求解模型,在谐分析中并不用到求解明细窗中的选项。,只有将要被求解的分析类型的状态信息会显示出来。,在设定谐响应分析选项与需求解的结果后，通常点击“,solve”,按钮，就可进行求解。,云图显示结果,在给定频率与相位角的条件下，可获得应力、应变或位移分量的结果云图,云图动画显示,这些结果可以制作成动画播放。这些动画使用到了实际的谐响应（实部与虚部的结果）,频率响应图,可以显示：应力、应变、位移或加速度的分量的图象。,在选中的结果中，要显示出结果的平均值、最小或最值。,Bode plots(,如右图所示)是默认的显示方式。但也可以显示实部与虚部的结果。,通过按住,Ctrl,左键，用户可在图形上查询结果。在命令条上，点击右键，结果可输出到,Excel,中。,在视图窗点击左键，可改变图形的属性。,频率响应图,在频率给定的条件下，能绘出带输入力载荷的应力、应变、或位移各分量的相位对比图。,选定结果的平均、最小、最大可以用来追踪输入力载荷相位之间的关系。,在本例中，响应如预计的一样滞后于输入力，用户可以检查相位的差异。,在视图窗点击左键，可改变图形的属性。,Requesting Results,一个谐响应分析的求解通常需要进行多次求解：,使用频率搜索器的模态分析总是首先执行，以确定固有频率与模态形状。,虽然模态分析在内部采用模态叠加法，但模态的形状并不能让用户查看。因此，必须插入或复制一个独立的环境命令条，添加到频率搜索器中。,两种谐分析的求解需要执行,:,最初执行的是谐分析频率范围的扫略，此时需要位移、应力等。用户可以看到感兴趣的频率范围的结果。,当确定发生峰值响应处的频率和相位后，云图显示了在这些频率下结构的所有响应。,WORKBENCH,中的动力学分析,WORKBENCH,谐响应分析,实例 目标,目标:,在这个练习，我们的目标是研究如图所示的机架,(Frame.x_t),的谐响应.在给定频率的作用下，确定机架的频率响应与应力、变形状况。,假定,我们假定机架是用结构钢制造。,假设机架为一焊接件，并是一个连续体（无接触）,。,我们假定机架被设计用于支撑一台设备，该设备在,Y,方向上传递400,N,的力，并以200,Hz,频率运行。该设备被连接在与其它相互作用60度相位差的两个不同位置上。,结构钢的阻尼比率被认为是常数0.2。,启动界面,选择“,A link to a geometry file on my computer or network”,并选择,“Frame.x_t”.,调用,project,文件“,Frame”，,其位置由指导教师给出。,“Open a new simulation based on the selected geometry”,当,DS,启动，点击窗口右上角,X,关闭临时菜单。,注意:关闭临时菜单是为了给图形显示留出更多的空间。同时，尽管可以通过,SimWiz,来完成练习，还是建议你按指定的操作步骤完成练习。,将单位制改为米,“Units Metric(m,kg,MPa,C,s)”.,在进行谐分析前，我们将会在结构上进行一次模态分析。虽然在谐分析并不一定要求，但这样能更好地了解结构的固有频率的情况，这会有助于选择谐分析中被认为更重要的结果。,前处理,1.,模态环境,选中,Environment,命令条.,选中在机架管子部分的8个圆柱孔表面。,“RMB Insert Cylindrical Supports”.,4.,3.(8 faces),2.,在明细表窗口中将圆柱体支撑约束的定义变更为,Fixed/Fixed/Free.,选中求解命令条.,“RMB Insert Frequency Finder”.,求解.,模态环境,5.,6.,7.,模态结果,模态的结果表明一阶固有频率大约为150,Hz，,主要由,Y,方向的运动控制。,环境,选中环境命令条.,“RMB Duplicate”.,在如图所示的角度选中左边安装孔上的两个圆柱面。,8.,9.,10.(2 faces),环境,选中,Environment2,命令条.,“RMB Insert Force”.,从力的明细窗中指明:,时间类型:简谐,定义方式:分量,Y,方向分量:400,N,11.,12.,13.,14.,15.,环境,在如图所示的角度选中右边安装孔上的两个圆柱面。,16.(2 faces),环境,“,RMB Insert Force”.,从力2的明细窗中指明,:,时间类型:简谐,定义方式:分量,Y,方向分量,:400 N,相位角:60,degrees,18.,19.,20.,21.,17.,求解,选中,Environment 2,的求解命令条.,“RMB Insert Harmonics Harmonic Tool”.,22.,23.