《ANSYS谐响应分析在结构受迫振动中的应用》
ANSYS谐响应分析
ANSYS谐响应分析ANSYS谐响应分析是一种常见的工程分析方法，适用于对结构、机械和电子系统的动态响应进行预测和优化。
在这种分析中，系统的响应将被建模为正弦或余弦函数的和，称为谐波。
通过分析系统在不同频率下的响应，可以确定系统的固有频率、振动模态和动态性能。
1.准备模型：首先，需要准备模型并进行几何建模。
这包括选择材料属性、定义边界条件和加载条件。
在谐响应分析中，通常使用静力加载来模拟系统振动的激励。
2.确定固有频率：在进行谐响应分析之前，需要确定系统的固有频率。
这可以通过进行模态分析来完成。
模态分析是一种分析方法，用于确定系统的固有频率和振型。
通过查看模态分析的结果，可以确定系统的响应频率范围。
3.设置谐振状态：在进行谐响应分析之前，需要明确要分析的振动频率范围。
这可以通过选择分析频率范围并设置振动荷载的频率来完成。
在ANSYS中，可以选择一个或多个分析频率，并设置载荷的相位和振幅。
4. 进行求解：在所有输入条件都设置好之后，可以开始运行谐响应分析。
在ANSYS中，可以使用ANSYS Mechanical或ANSYS Workbench等模块来进行求解。
系统的振动响应将在选择的频率范围内进行计算和分析。
5.结果分析：完成求解后，可以查看并分析计算结果。
ANSYS提供了丰富的后处理工具，用于可视化和分析分析结果。
可以查看系统的位移、速度、加速度和应力等响应结果，并通过其他参数来优化系统的设计。
谐响应分析在工程设计中具有重要的应用价值。
通过分析和优化系统的谐响应性能，可以改善结构的稳定性和可靠性。
例如，在建筑结构设计中，可以通过谐响应分析来确定楼层的固有频率和响应模态，从而减少振动和噪声的问题。
在机械系统设计中，可以通过谐响应分析来确定机械部件的振动模态，从而优化机械系统的可靠性和工作效率。
总之，ANSYS谐响应分析是一种重要的工程分析方法，可以用来预测和优化结构、机械和电子系统的动态响应。
谐响应分析可以通过ANSYS软件进行，通过明确振动频率范围和谐振状态，进行求解和结果分析，可以得到系统在不同频率下的振动响应和优化方案。
谐响应
ANSYS的谐响应分析只计算结构的稳态受迫振动，而不考虑发生在激励开始时瞬态振动，谐响应分析能够预测结构的持续动力特性，从而验证结构能否克服共振、疲劳、以及其他受迫振动引起的有害效果结构在受迫振动中的能量响应是其他响应（位移、速度、加速度等）之源，结构的能量共振是其他响应产生突变和共振之源。
当激励荷载的频率与结构系统自振频率很接近时，结构的能量响应会出现非常大的突变，即能量共振，能量共振的幅度受结构阻尼比的影响。
阻尼比越小，能量共振峰越陡峭，而对应的结构振幅就越大。
因此结构阻比在受迫振动中是不容忽视的。
阻尼是动力分析的一大特点，也是动力分析中容易引起困惑之处，由于它影响动力响应的衰减，因此对于谐响应分析十分重要。
阻尼的本质和表现是相当复杂的，相应的模型也很多。
ANSYS提供了强大又丰富的阻尼输入，比例阻尼、材料阻尼、恒定阻尼比，振型阻尼和单元阻尼。
谐响应分析有三种求解方法：完全法（容易使用，求解精度高，允许非对称矩阵，可定义各种类型荷载，但不能分析有预应力存在的谐响应）、缩减法（可以考虑预应力，由于采用主自由度求解，结果不如完全法精确）和模态叠加法（计算速度更快，可以使解按结构频率聚集，可以包含预应力效果，但不能施加非零位移约束）。
应用ANSYS的谐响应分析求解该线性结构承受正弦波动下系统的响应。
利用ANSYS提供的正弦函数方式输入实际的谐波激励，并利用后处理功能得到幅值—相位方式的输出结果。
应用ANSYS的谐响应分析可以很好的计算和分析周期载荷作用下结构的受迫振动问题，有效的克服了常规结构设计软件在这方面的欠缺。
通过ANSYS的计算表明：增大设备扰力作用方向建筑区的刚度可以有效的减少振动影响，从而限制楼层振幅。
在工作主频段（0—50HZ）以内，所选节点谐响应曲线光滑，振动幅值很小，不会产生共振，结构设计符合要求在某一频率附近，出现明显峰值，说明外力频率与固有频率相同或接近时会发生共振。
如条件允许，可进一步提高工作频率，那么为防止共振现象发生，所选频率应该远离共振区结构的动态特性分析属于动力分析范畴，主要包括模态分析，谐响应分析，瞬态动力分析和谱分析《基于ANSYS的高速电主轴静动态特性研究》作者：宋春明，赵宁，张士勇，张政武：（1）在ANSYS中建立了其轴承-主轴转子系统二维有限元模型。
ANSYS动力分析—谐响应分析（转载）
ANSYS动力分析—谐响应分析（转载）谐响应分析1.谐响应分析的定义：谐响应分析是用于确定线性结构在承受随时间按正弦（简谐）规律变化的载荷时稳态响应的一种技术。
分析的目的是计算结构在几种频率下的响应并得到一些响应值对频率的曲线。
该技术只计算结构的稳态受迫振动，不考虑结构发在激励开始时的瞬态振动。
谐响应分析使设计人员能预测结构的持续动力特性，从而使设计人员能够验证其设计是否能够克服，疲劳，共振，及其他受迫振动应起的有害效果。
谐响应分析是一种线性分析，非线性特性被忽略。
2.谐响应分析的求解方法。
full（完全法）reduced（缩减法）mode superpos'n(模态叠加法)full（完全法）允许定义各种类型的荷载；预应力选项不可用；reduced（缩减法）可以考虑预应力；只能施加单元荷载（压力，温度等）mode superpos'n(模态叠加法)通过对模态分析的道德振型（特征向量）乘以因子并求和来计算出结果的响应。
可以包含预应力，可以考虑振型阻尼，不能施加非零位移谐响应分析的基本步骤：完全法分析过程有3个主要步骤：建模，加载求解，结果后处理1.建立模型同样非线性行为将被忽略2.加载求解*指定分析类型为：harmonic*指定分析选项：包括solution method和dof printout format （解的输出形式）及use lumped mass approx？（质量矩阵形成方式）*在模型上加载：谐响应分析所加的载荷随时间按正弦规律变化。
指定一个完整的简谐荷载需要输入3条信息。
幅值(amplitude)、相位角(phase angle)、强制频率范围(forcing frequency range) 注意：谐响应分析不能同时计算多个频率的荷载作用，但可以分别计算，后叠加。
*谐响应分析荷载步选项普通选项：number of substebs(谐响应节数目)，选择加载方式stepped or ramped动力学选项：频率范围 frequence range ，阻尼(damping)输出控制选项：*开始求解3.观察结果缩减法谐响应分析步骤1.建模2.加载并得减缩解3.观察节缩解结果4.扩展解5.观察扩展的解结果与full法不同的是，要定义主自由度。
ANSYS谐响应分析实例-振动电机轴分析
AnsysWorkBench11.0振动电机轴谐响应分析最小网站长：kingstudio最小网Ansys 教程频道为您打造最IN 的教程/1．谐响应分析简介任何持续的周期载荷将在结构系统中产生持续的周期响应（谐响应）。
谐响应分析是用于确定线性结构在承受随时间按正弦（简谐）规律变化的载荷时的稳态响应的一种技术。
分析的目的是计算出结构在几种频率下的响应并得到一些响应值（通常是位移）对频率的曲线。
从这些曲线上可以找到“峰值”响应，并进一步观察峰值频率对应的应力。
该技术只计算结构的稳态受迫振动，而不考虑发生在激励开始时的瞬态振动。
（见图1）。
谐响应分析使设计人员能预测结构的持续动力特性，从而使设计人员能够验证其设计能否成功地克服共振、疲劳，及其它受迫振动引起的有害效果。
谐响应分析是一种线性分析。
任何非线性特性，如塑性和接触（间隙）单元，即使定义了也将被忽略。
分析中可以包含非对称系统矩阵，如分析在流体─结构相互作用中问题。
谐响应分析也可以分析有预应力结构，如小提琴的弦（假定简谐应力比预加的拉伸应力小得多）。
谐响应分析的定义与应用介绍：/ArticleContent.asp?ID=7852. 工程背景在长距离振动输送机、概率振动筛等变载荷振动机械中，由于载荷的变化幅度较大，且多为冲击或交变载荷，使得作为动力源与振动源的振动电机寿命大为缩短，其中振动电机阶梯轴的弹塑性变形又会中速振动电机的失效，故研究振动电机轴的谐响应，进而合理设计其尺寸与结构，是角决振动电机在此类场合过早失效的主要途径之一。
现以某型振动电机阶梯轴为分对象，振动电机属于将动帮源与振动源合为一体的电动施转式激振源，在振动电机轴两端分别装有两个偏心块，工作时电机轴还动两偏心块作顺转无能无力产生周期性激振力t sin F F 1ω=，其中为施加载荷，由些电机轴受到偏心块施加的变载荷冲击，极易产生变形和疲劳损坏，更严重者，当激振力的频率与阶梯轴的固有频率相等时，就会发生共振，造成电机严重破坏，故对电机进行谐应力分析很必要。
ANSYS中的模态分析与谐响应分析
ANSYS中的模态分析与谐响应分析模态分析是分析结构的动力特性，与结构受什么样的荷载没有关系，只要给定了质量、弹性模量、泊松比等材料参数，并施加了边界约束就可以得到此状态下的各阶自振频率和振型（也称为模态）。
谐响应分析是分析结构在不同频率的简谐荷载作用下的动力响应，是与结构所受荷载相关的，只是结构所受荷载的都是简谐荷载，而且荷载频率的变化范围在谐响应分析时要给出来。
比如，在ANSYS谐响应分析中要给出这样的语句FK,3,FX,7071,7071 ！指定点荷载的实部和虚部（或者幅值和相位角）HARFRQ,0,2.5, ！指定荷载频率的变化范围，也就是说只分析结构所受频率从0到2.5HZ之间的荷载NSUBST,100, ！指定频率从0到2.5之间分100步进行计算这样，结构所受的这个点荷载的表达式实际上是F=(7071+i*7071)*exp(i*omiga*t) !式中omiga从0到2.5*2*3.1415926变化分析得到结果是各点物理量随频率变化的，但物理量的值一般为复数，包括实部的虚部，这可以从后处理LIST结点值看出来。
个人认为进行谐响应分析并不一定要先进行模态分析（也叫振型分析、振型分解等），而直接进行谐响应分析后查看结构的物理量随频率变化曲线时也会看到在结构的自振频率处响应会放大（共振）。
如果已经进行过模态分析的话，会发现谐响应分析时的共振频率和模态分析提到的自振频率是一致的。
但有些时候模态分析中得到的有些频率在谐响应分析的频响曲线里可能很不明显。
因此，只能说在谐响应分析前进行一下模态分析可以对结构的自振特性有个了解，以便验证谐响应分析结果是否合理。
另外，谐响应分析应该是频域分析方法的一个部分。
对于相地震那样的时间过程线，直接进行时域分析（ANSYS里用暂态分析）可得到结构随时间的响应。
而如果进行频域分析，就应该通过傅立叶变换把时域地震曲线变为由多个简谐荷载的叠加，然后再以此简谐荷载做为谐响应分析时的荷载进行谐响应分析，最后再对谐响应分析得到的结果进行傅立叶逆变换得到时域的结果。
有限元 ansys 单自自由度系统的受迫振动
+机电工程学院有限元分析及应用学号：专业: 机械制造及其自动化学生姓名：哈工程任课教师：钟宇光副教授2012年11月单自自由度系统的受迫振动单自由度系统如图，M=1kg，弹簧刚度k=10000N/M，阻尼系数C=63N·S/M,作用在系统上的激振力f（t）=Fsinwt，F=2000N,w为激振频率。
单自由度系统一分析步骤1，创建单元类型执行命令Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete,弹出“Element Types”对话框，单击Add按钮，弹出“Library of Element Types ”对话框，在左边的滚动条中选择Structural及其下的 Combination，在右边的滚动条中选择 Spring-damper14 ，单击Apply按钮。
在左面滚动栏中选择“Structural”及其下的“Mass”，在右面的滚动栏中选中“ 3D mass 21”,单击Ok按钮。
2，定义时常数执行命令Main Menu > Preprocessor > Real Constants >Add/Edit/Delete。
定义mass 21的质量为1kg， Combination14单元的刚度和阻尼系数分别为k=10000N/M，C=63N·S/M。
3，创建关键点并创建直线选择Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Keypoints>In Active CS,创建关键点。
执行命令Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create >lines>Straight line，创建直线。
4，划分单元利用Main Menu > Preprocessor>Meshing>MeshTool进行划分单元。
ansys谐响应分析演示文稿
谐响应分析
…定义和目的
谐响应分析用于设计：
• 旋转设备（如压缩机、发动机、泵、涡轮机械等）的支座、固定装置和 部件
• 受涡流（流体的漩涡运动）影响的结构，例如涡轮叶片、飞机机翼、桥 和塔等
谐响应分析
…定义和目的
• 谐响应分析只能计算结构的稳态响应，不考虑发生在激励开始时的瞬态振动。
• 谐响应分析是一种线性分析，任何非线性环节即使定义也会被忽略。
• 输入：
– 已知大小和频率的谐载荷（力、压力和强迫位移） – 同一频率的多种载荷，力和位移可以是同相或不同相的。表面载荷和体载荷的相位角度
可以指定为零。
• 输出：
ansys谐响应分析演示文稿
ansys谐响应分析
谐响应分析
A、谐响应分析的定义和目的 B、关于谐响应分析的基本术语和概念 C、谐响应分析在ANSYS中的应用 D、谐响应分析的实例练习
谐响应分析
定义和目的
什么是谐响应分析？
• 确定一个线性结构在持续的周期性（随时间成正弦或余弦变化）荷载作用下的持 续的周期性响应（稳态响应）。
虚部
谐响应分析-术语和概念
谐载荷
• 随时间成正弦或余弦变化的载荷
• 同时作用的谐载荷必须是相同频率
的载荷 实部
• 相位角ψ允许不同相位的多个载荷 同时作用，ψ缺省值为零
• 施加的全部载荷都假设是简谐的， 包括温度和重力。
谐响应分析-术语和概念
频率
频率
•频率反映载荷随时间变化的快慢 •谐响应分析输出的是响应量随频率的变化关系图 •在谐分析中，所有节点振动的频率都相同，但振动的相位可能不同 •在谐分析中，必须指定频率范围及其分割数(nsubst)。 •Ansys谐分析中的自动频率分割法能自动大致估计并选择共振频率，有效避 免无关频率分析过细，重要频带（共振频率附近的频率）分析较少的现象。
ANSYS简谐分析
ANSYS 理论与工程应用
7-15
Stepped与ramped的区别
Stepped :
F 4F/5
3F/5
2F/5
F/5
Ramped
:
F
ANSYS 理论与工程应用
7-16
Stepped与ramped的区别
Stepped :
荷载一次加到位 ， 各 Substeps 荷载值相同，保 证荷载不随频率 改变
ANSYS 理论与工程应用
7-7
Full 法缺点：
1. 预应力选项不可用 2. 采用Frontal方程求解器时开销大 （采用JCG或ICCG求解器效率很高）
ANSYS 理论与工程应用
7-8
Reduced 法通过采用主自由度和缩减矩 阵来压缩问题的规模。主自由度处的位移 得到后再扩展到结构的所有自由度。
ANSYS 理论与工程应用
谐响应分析模块的局限：
1. 所有荷载必须是同频率的谐振荷载 2. 不能考虑材料的非线性 3. 不计算瞬态效应 4. Restart不可用，须进行一次新的分
析
ANSYS 理论与工程应用
7-4
谐响应分析求解方法的比较
•Full 法 •Reduced 法 •Mode Superposition 法
函数）
ANSYS 理论与工程应用
7-12
缺点：
1. 不能施加非零位移 2. 在模态分析中使用PowerDynamics法时
，初始条件中不能有预加的载荷。
ANSYS 理论与工程应用
7-13
简谐分析需要输入阻尼和密度。
程序中有三处可以输入阻尼,但对 应的计算结果不同.
ANSYS 理论与工程应用
7-14
ansys谐响应分析
ANSYS谐响应分析谐响应分析是用于确定线性结构在受正弦载荷作用时的稳态响应，目的是计算出结构在几种频率下的响应，并得到响应随频率变化的曲线。
其输入为已知大小和频率的谐波载荷（力、压力和强迫位移）；同一频率的多种载荷，可以是相同或不相同的。
其输出为每一个自由度上的谐位移，通常和施加的载荷不同；或其它多种导出量，例如应力和应变等。
谐响应分析能预测结构的持续动力特性，从而验证设计能否成功地克服共振、疲劳，以及其他受迫振动引起的不良影响。
同时，通过谐响应分析可以用来探测共振响应；可以确定一个给定的结构能否能经受住不同频率的各种正弦载荷（例如：以不同速度运行的发动机）。
谐响应分析有三种求解方法:完整法、缩减法及模态叠加法。
三种方法都有其相应的适用条件。
这里主要介绍模态叠加法。
模态叠加法是通过对模态分析得到的振型乘上因子并求和计算出结构的响应，是所有求解方法中最快的。
使用何种模态提取方法主要取决于模型大小和具体的应用场合。
模态叠加法可以使解按结构的固有频率聚集，可产生更平滑且更精确的响应曲线图，同时可以包含预应力效果。
（对于机械结构来看，预应力含义为预先使其产生应力，其好处是可以提高构造本身刚性，减少振动和弹性变形，改善受拉模块的弹性强度，提高结构的抗性。
）有预应力的谐响应分析可用缩减法和模态叠加法进行。
对于有预应力的谐响应分析，为了在模态叠加法谐响应分析中包含预应力效果，必须首先进行有预应力的模态分析。
在完成了有预应力模态分析后，就可以像一般的模态叠加法那样进行分析了。
而对于对于有预应力的模态分析，由于结构预应力会改变结构的刚性，因此预应力结构模态分析是结构设计中必须考虑的因素。
预应力模态分析步奏与常规模态分析大致相同，其差别在于:（1）先对造成预应力的外力进行静力分析；（2）在静力分析和模态求解中打开PSTRES，on命令，表示考虑了预应力效应。
模态叠加法进行谐响应分析的步骤如下：一、建模1）只能用线性的单元和材料，忽略各种非线性的性质。
Ansys中谐响应分析理论概述
* 谐响应分析的概述* 1谐响应分析的概念谐响应分析（Harmonic Response Analysis）用于确定线性结构在承受一个或多个随时间按正弦（简谐）规律变化的载荷时的稳态响应的一种技术，分析过程中只计算结构的稳态受迫振动，不考虑激振开始时的瞬态振动，谐响应分析的目的在于计算出结构在几种频率下得响应值（通常是位移）对频率的曲线，从这些曲线上可以找到“峰值”响应，并进一步考虑频率对应的应力。
从而使设计人员能预测结构的持续性动力特性，验证设计是否能克服共振、疲劳以及其他受迫振动引起的有害效果。
谐响应分析技术只计算结构的稳态受迫振动。
发生在激励开始时的瞬态振动不在谐响应分析中考虑。
谐响应分析是一种线性分析。
任何非线性特性，如塑性和接触单元，即使定义了也被忽略，但在分析中可以包含非对称系统矩阵。
谐响应分析同样也可分析有预应力的结构。
* 2谐响应分析的理论基础谐响应分析的基本运动方程为：(4-1)通用运动方程为：（4-2）简谐运动的分析方程为：（4-3）（4-4）其中：—激振力矩阵—刚度矩阵—质量矩阵—位移矩阵—载荷幅值—实部载荷—虚部载荷—载荷函数的相位角—位移幅值这里假设刚度矩阵、质量矩阵是定值，要求材料是线弹性的、使用最小位移理论（不包括非线性）、阻尼为、激振力（简谐载荷）为。
谐响应分析的输入条件包括：（1）已知幅值和频率的简谐载荷（力、压力和强迫位移）（2）简谐载荷可以是具有多种频率的多种载荷，力和位移可以相同或者不相同，但是压力分布载荷只能指定零相位角。
谐响应分析的输出结果分析包括：（1）每个自由度的谐响应位移，通常情况下谐响应位移和施加的载荷是不相同的。
（2）应力和应变等其它导出值。
* 3谐响应分析的求解基本方法（1）完整法(full)—为缺省方法，是最容易的方法；—使用完整的结构矩阵，且允许非对称矩阵（例如：声学矩阵）。
—允许定义各种类型的荷载；预应力选项不可用；（2）缩减法(reduced)—使用缩减矩阵，比完整法更快；—需要选择主自由度，据主自由度得到近似的 [M]矩阵和[C]矩阵。
《ANSYS谐响应分析在结构受迫振动中的应用》
2006年用户年会论文ANSYS谐响应分析在结构受迫振动中的应用[李亚楠俞新蔡绍元徐志刚][中国五环化学工程公司，湖北武汉 430079][ 摘要 ] 建筑结构上的设备振动所引起的楼层振幅不仅给结构安全带来隐患，而且影响其他设备的正常运转。
常规的结构设计软件不能考虑设备振动所产生的周期载荷，给结构计算带来诸多不便，而ANSYS的谐响应分析很好地解决了设备运转所产生的结构受迫振动问题。
本文通过 ANSYS有限元软件计算分析，采取合理措施，有效地限制了结构受迫振动所引起的楼层振幅。
[ 关键词]ANSYS；谐响应；受迫振动；楼层振幅Application of harmonic response analysis of ANSYS in the forced vibrations of structures[Li Yanan Yu Xin Cai Shaoyuan Xu Zhigang][China Wuhuan Chemical Engineering Corp. , Wuhan Hubei 430079 China][ Abstract ] The vibration of equipments on the architectural structure brings the floor amplitude, it not only brings the hidden trouble for the structural safety, but also affects the natural work of theother equipments. The usual structure design software can not consider periodic loads thatare brought as a result of the vibration of equipments, it brings a lot of trouble to structuralcalculation, however, the harmonic response analysis of ANSYS commendably solves thematters of forced vibrations that are brought as a result of the operation of equipments. Inthis paper, with the calculation and analysis of ANSYS, reasonable measures are taken, it issolved how to effectively restrict the floor amplitude that is brought as a result of forcedvibrations.[ Keyword ] ANSYS; harmonic response; forced vibrations; floor amplitude1前言目前，在石油、化工、电力等工业领域，振动设备在厂房结构中是相当普遍的，而设备振动所产生的周期荷载将在结构系统中产生持续的周期谐响应，由此所引起的楼层振幅不仅给结构安全带来隐患，而且影响其他设备的正常运转。
ANSYS动力学分析指南-谐响分析
§2.1谐响应分析的定义与应用任何持续的周期载荷将在结构系统中产生持续的周期响应（谐响应）。
谐响应分析是用于确定线性结构在承受随时间按正弦（简谐）规律变化的载荷时的稳态响应的一种技术。
分析的目的是计算出结构在几种频率下的响应并得到一些响应值（通常是位移）对频率的曲线。
从这些曲线上可以找到“峰值”响应，并进一步观察峰值频率对应的应力。
该技术只计算结构的稳态受迫振动，而不考虑发生在激励开始时的瞬态振动。
（见图1）。
谐响应分析使设计人员能预测结构的持续动力特性，从而使设计人员能够验证其设计能否成功地克服共振、疲劳，及其它受迫振动引起的有害效果。
图1（a）典型谐响应系统。
F0及ω已知，u0和Φ未知。
（b）结构的瞬态和稳态动力学响应。
谐响应分析是一种线性分析。
任何非线性特性，如塑性和接触（间隙）单元，即使定义了也将被忽略。
分析中可以包含非对称系统矩阵，如分析在流体─结构相互作用中问题（参见<<ANSYS耦合场分析指南>>的第5章）。
谐响应分析也可以分析有预应力结构，如小提琴的弦（假定简谐应力比预加的拉伸应力小得多）。
§2.2谐响应分析中用到的命令建模过程与执行谐响应分析可以使用其它类型分析相同的命令。
同样，无论进行何种类型的分析，均可以从用户图形界面（GUI）中选择等效的选项来建模和求解。
在后面的“谐响应分析实例（命令或批处理方式）”中，将会给出进行一个谐响应分析需要执行的命令（GUI方式或者批处理方式运行ANSYS时用到的）。
而“谐响应分析实例（GUI方式）”则描述了如何用ANSYS用户图形界面的菜单执行同样实例分析的过程。
（要了解如何用命令和用户图形界面进行建模，请参阅《ANSYS建模与网格指南》）。
《ANSYS命令参考手册》中有更为详细的ANSYS命令说明，它们是按字母顺序进行组织的。
§2.3三种求解方法谐响应分析可采用三种方法：完全法（Full）、缩减法（Reduced）、模态叠加法（Mode Superposition）。
第13例谐响应分析实例—单自由度系统的受迫振动
图 13-10
单元属性对话框
128
ANSYS 在机械工程中的应用 25 例
10.3.6 创建弹簧阻尼单元(Create Elements of Spring-Damper) 拾取菜单 Main Menu → Preprocessor → Modeling → Create → Elements → Auto Numbered → Thru Nodes。弹出拾取窗口，拾取节点 1 和 2，单击“Ok” 按钮。
元分析结果进行了验证。谐响应分析时，要求结构上的载荷随时间呈正弦规律变化。
10.1 概述(Summarize)
10.1.1 谐响应分析的定义(Definition of Harmonic response analysis) 谐响应分析主要用于确定线性结构承受随时间按正弦规律变化的载荷时的稳态响应。 谐响应分析主要采用缩减法 （Reduced） 、 模态叠加法 （Mode Superposition） 、 完全法 （Full） 。 完全法是软件的默认方法，是三种方法中最容易使用的方法。它采用完整的系数矩阵计 算谐响应，不涉及质量矩阵的近似，不必关心如何选取主自由度或振型。系数矩阵可以是对 称的，也可以是不对称的。其缺点是预应力选项不可用，有时计算量比较大。 缩减法通过采用主自由度和缩减矩阵来压缩问题的规模。主自由度处的位移计算出来后， 解可以被扩展到初始的完整 DOF 集上。该方法可以考虑预应力效果，但不能施加单元载荷， 所有载荷必须施加在用户定义的主自由度上。 模态叠加法通过对模态分析得到的振型乘以因子并求和来计算结构的响应。对许多问题， 其计算量比前两种方法都少。该方法可以考虑预应力效果，允许考虑阻尼。但不能施加非零 位移。 谐响应分析是线性分析，会忽略掉所有非线性特性。另外还要求所有载荷必须具有相同 的频率。 10.1.2 谐响应分析的步骤(Procedure of Harmonic response analysis) 谐响应分析包括建模、施加载荷和求解、查看结果等几个步骤。 1) 建模(Modeling) 谐响应分析的建模过程与其它分析相似，包括定义单元类型、定义单元实常数、定义材 料特性、建立几何模型和划分网格等。但需注意的是：谐响应分析是线形分析，非线性特性 将被忽略掉；必须定义材料的弹性模量和密度。 2) 施加载荷和求解(Apply force on handle and Obtain solution) 根据谐响应分析的定义，施加的所有载荷都随时间按正弦规律变化，指定一个完整的正 弦载荷需要确定三个参数：幅值（Amplitude，载荷最大值） 、相位角（Phase angle 载荷落后或 超前参考时间的角度） 、载荷频率范围（Forcing Frequency Range） ；或者实部、虚部和载荷频 率范围。
ansys谐响应分析步骤
谐响应分析步骤full（完全法）允许定义各种类型的荷载；预应力选项不可用；reduced（缩减法）可以考虑预应力；只能施加单元荷载（压力，温度等）modesuperpos'n（模态叠加法）通过对模态分析的道德振型（特征向量）乘以因子并求和来计算出结果的响应，可以包含预应力，可以考虑振型阻尼，不能施加非零位移1Full法步骤第1步：载入模型Plot>Volumes第2步：指定分析标题并设置分析范畴1设置标题等UtilityMenu>File>ChangeTitleUtilityMenu>File>ChangeJobnameUtilityMenu>File>ChangeDirectory2选取菜单途径MainMenu>Preference,单击Structure,#.击OK第3步：定义单元类型MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete,出现ElementTypes对话框，单击Add现LibraryofElementTypes对话框，选择StructuralSolid,再右滚动栏选择Brick20node95,然后单击OK,单击ElementTypes对话框中的Close按钮就完成这项设置了。
第4步：指定材料性能选取菜单途径MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModelso出现DefineMaterialModelBehavior对话框'在右侧Structura卜Linear>Elastic>lsotropic，指定材料的弹性模量和泊松系数,Structural>Density指定材料的密度，完成后退出即可。
第5步：划分网格选取菜单途径MainMenu>Preprocessor>Meshing>MeshTool,!l!现MeshTool对话框，一般采用只能划分网格，点击SmartSize,下面可选择网格的相对大小（太小的计算比较复杂，不一定能产生好的效果，一般做两三组进行比较），保留其他选项，单击Mesh出现MeshVolumes对话框，其他保持不变单击PickAll,完成网格划分。
Ansys第15例谐响应分析实例和凸轮从动件运动分析
第15例谐响应分析实例—单自由度系统的受迫振动本例介绍了利用ANSYS进行谐响应分析的方法、步骤和过程，并使用解析解对有限元分析结果进行了验证。
在进行谐响应分析时，要求结构上的载荷随时间呈正弦规律变化。
15.1概述15.1.1谐响应分析的定义谐响应分析主要用于确定线性结构承受随时问按正弦规律变化的载荷时的稳态响应。
谐响应分析主要采用完全法( Full)、缩减法(Reduced)和模态叠加法( Mode Superposition)。
完全法是软件的默认方法，是三种方法中最容易使用的。
它采用完整的系数矩阵计算，谐响应，不涉及质量矩阵的近似，不必关心如何选取主自由度或振型。
系数矩阵可以是对称的，也可以是不对称的。
其缺点是预应力选项不可用，有时计算量比较大。
缩减法通过采用主自由度和缩减矩阵来压缩问题的规模。
当主自由度处的位移计算出来后，解可以被扩展到初始的完整DOF集上。
该方法可以考虑预应力效果，但不能施加单i元载荷，所有载荷必须施加在用户定义的主自由度上。
模态叠加法通过对模态分析得到的振型乘以因子并求和来计算结构的响应。
对于许多问题，其计算量比前两种方法都少。
该方法可以考虑预应力效果，允许考虑阻尼，但不能施；加非零位移。
谐响应分析是线性分析，会忽略所有非线性特性。
另外还要求所有载荷必须具有相同的频率。
15.1.2谐响应分析的步骤谐响应分析包括建模、施加载荷和求解，以及查看结果等几个步骤。
(1)建模谐响应分析的建模过程与其他分析相似，包括定义单元类型、定义单元实常数、定义；，材料特性、建立几何模型和划分网格等。
但需注意的是：谐响应分析是线性分析，非线性特性被忽略；必须定义材料的弹性模量和密度。
(2)施加载荷和求解根据谐响应分析的定义，施加的所有载荷都随时间按正弦规律变化，指定一个完整的正弦载荷需要确定三个参数，即幅值（Amplitude，载荷最大值）、相位角(Phase angle)，载荷落后或超前参考时间的角度）、载荷频率范围（Forcing Frequency Range），或者实部、虚部和载荷频率范围。
ANSYS谐响应分析实例-振动电机轴分析
最小网原创教程——AnsysWorkBench11.0振动电机轴谐响应分析 AnsysWorkBench11.0振动电机轴谐响应分析 最小网站长：kingstudio最小网Ansys 教程频道为您打造最IN 的教程/1．谐响应分析简介任何持续的周期载荷将在结构系统中产生持续的周期响应（谐响应）。
谐响应分析是用于确定线性结构在承受随时间按正弦（简谐）规律变化的载荷时的稳态响应的一种技术。
分析的目的是计算出结构在几种频率下的响应并得到一些响应值（通常是位移）对频率的曲线。
从这些曲线上可以找到“峰值”响应，并进一步观察峰值频率对应的应力。
该技术只计算结构的稳态受迫振动，而不考虑发生在激励开始时的瞬态振动。
（见图1）。
谐响应分析使设计人员能预测结构的持续动力特性，从而使设计人员能够验证其设计能否成功地克服共振、疲劳，及其它受迫振动引起的有害效果。
谐响应分析是一种线性分析。
任何非线性特性，如塑性和接触（间隙）单元，即使定义了也将被忽略。
分析中可以包含非对称系统矩阵，如分析在流体─结构相互作用中问题。
谐响应分析也可以分析有预应力结构，如小提琴的弦（假定简谐应力比预加的拉伸应力小得多）。
谐响应分析的定义与应用介绍：/ArticleContent.asp?ID=7852. 工程背景在长距离振动输送机、概率振动筛等变载荷振动机械中，由于载荷的变化幅度较大，且多为冲击或交变载荷，使得作为动力源与振动源的振动电机寿命大为缩短，其中振动电机阶梯轴的弹塑性变形又会中速振动电机的失效，故研究振动电机轴的谐响应，进而合理设计其尺寸与结构，是角决振动电机在此类场合过早失效的主要途径之一。
现以某型振动电机阶梯轴为分对象，振动电机属于将动帮源与振动源合为一体的电动施转式激振源，在振动电机轴两端分别装有两个偏心块，工作时电机轴还动两偏心块作顺转无能无力产生周期性激振力t sin F F 1ω=，其中为施加载荷，由些电机轴受到偏心块施加的变载荷冲击，极易产生变形和疲劳损坏，更严重者，当激振力的频率与阶梯轴的固有频率相等时，就会发生共振，造成电机严重破坏，故对电机进行谐应力分析很必要。
ANSYS在梁_板壳结构随机振动分析中的应用
图 2 施加谱载荷后的有限元模型
谱分析计算出了每一阶扩展模态在结构中的最 大响应, 即计算出了每一阶扩展模态产生的最大位 移和最大应力。通过模态合并 , 可以计算出各阶扩 展模态最大响应时的总体响应结果。
3
ANSYS 后处理分析结果
在 ANSYS 后处理中可以对多种结果进行观察
4
随机疲劳计算
每次随机振动循环都对累积损伤具有贡献 , 当
和打印输出, 限于篇幅本文仅对一些重要的结果进 行简要分析。在时间历程后处理器中, 经过软件计 算处理后 , 可以得出某一节点的位移、 速度和加速度 响应谱。本文选取框架顶层左前节点 108, 其坐标 位置 ( 0, 1 8, 0 5) 。图 3~ 图 5 分别为节点 108 在 Z 向上的位移、 速度和加速度响应谱 , 可以看出结构 发生共振的频率值 , 这就是工程结构设计时要力求 避让的频率, 对于本框架结构 , 就是要避免其固有频 率落在 0 8 H z、 2 4 H z 和 3 7 H z 附近的频段内。 40 新技术新工艺
i
环的次数。 利用 1 、 2 和 3 应力和统计平均频率计算随 机疲劳是一个有效的过程。注意, 统计平均频率等 于载荷步 4( 1 sigm a 速度 ) 除以载荷步 3( 1 sig ma 位 移 ) 结果的商。这样随机疲劳计算的一般过程如下。 1) 计算感兴趣应力分量的统计平均频率 ( 应力 速度/ 应力) ; 2) 假定 68 3% 的时间处于 1 水平, 95 73% 68 3% = 27 43% 的时间 处于 2 水平 , 99 73% 95 4% = 4 33% 的时间处于 3 水平 ; 3) 基于期望寿命和统计平均频率 , 计算 1 、 2 和 3 水平下的循环次数; 4) 基于 S -N 曲线计算疲劳寿命使用系数。 注意 , 上 面所 述只是 为了 说明 如何 利用 ANSYS 随机振动结果进行随机疲劳计算, 仅仅介绍部 分应用途径。 用户还可以根据其他随机振动疲劳计算理论进 行计算 , 这里不一一罗列。在 ANSYS 中不能直接 实现上述计算过程。 而本例从 ANSYS 的分析结果中可以知道, 载 荷步( L oad St ep) 3 第 1 子步的 1 最大 Von Mises 应力值为 66 7 M P a, 位置 就在 节点 27 处。 根据 St einberg 提出的 基于高斯 分布的三 区间法 , 利用 M iner 定律就可以进行疲劳计算。假设结构振动时 间 T = 3E+ 5 s, 振动平均频率 v 0 = 15 次 , 那么就of ANSYS on the Random Vibration Analysis of Beam -shell Structure
ANSYS Workbench 19.0基础入门与工程实践 第9章 谐响应分析
9.2 谐响应分析求解方法
• 谐响应分析通常有三种求解方法，分别为完整法（Full）、 缩减矩阵法（Reduced）以及模态叠加法（Mode Superposition），这3种方法有各自的特点和优势，在使 用中可以依据不同的分析工况来选择，在WB 19.0中主要 采用完整法和模态叠加法进行计算，下面针对两种方法逐 一介绍。
• 9.3.1 问题描述 • 9.3.2 几何建模 • 9.3.3 材料属性设置 • 9.3.4 网格划分 • 9.3.5 边界及谐波载荷设置 • 9.3.6 求解设置 • 9.3.7 模型求解 • 9.3.8 结果后处理
9.4 谐响应分析实例——电器控制柜谐 响应分析
• 电气控制柜内部安装了各类继电器及相关电气设备，在运转过程中会 对电气柜产生一定的振动激励。本例将通过谐响应分析对电器柜的动 态特性进行研究，为读者学习掌握谐响应分析方法提供指导。
第九章
谐响应分析
9.1 谐响应分析简介
• 谐响应分析是分析一个结构在简谐载荷作用下的结构响应 技术。与模态分析有所不同，模态分析是分析结构固有的 动态特性，只有质量、弹性模量、泊松比等材料参数对结 构有影响，而与结构所受的外部载荷并不相关；但是谐响 应分析则不然，它关注结构在外部载荷作用下的动态响应， 是与结构所受的外部载荷相关的。
• 谐响应分析主要用于设计旋转机械设备的支座、固定装置 以及受到涡流影响的结构，比如涡轮叶片、飞机机翼等。
• 在进行分析时，谐响应分析需要用户输入已知大小和频率 的简谐载荷，该载荷可以是力、压力、位移等；输出的结 果是响应对频率的曲线。谐响应分析只计算结构的稳态受 迫振动，而不考虑发生在激励开始时的瞬态振动。
9.2.1 完整法
• 完整法是最基本的求解方法，它采用完整的系统 矩阵计算谐响应，矩阵可以是对称的，也可以是 非对称的。使用完整法求解最为简单，不需要为 了求解选择模态和主自由度，但是完整法求解效 率较低，并且无法处理存在预应力的问题。
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2006年用户年会论文
ANSYS谐响应分析在结构受迫振动中的应用
[李亚楠俞新蔡绍元徐志刚]
[中国五环化学工程公司，湖北武汉 430079]
[ 摘要 ] 建筑结构上的设备振动所引起的楼层振幅不仅给结构安全带来隐患，而且影响其他设备的正常运转。
常规的结构设计软件不能考虑设备振动所产生的周期载荷，给结构计算带来诸多不便，
而ANSYS的谐响应分析很好地解决了设备运转所产生的结构受迫振动问题。
本文通过 ANSYS
有限元软件计算分析，采取合理措施，有效地限制了结构受迫振动所引起的楼层振幅。
[ 关键词]ANSYS；谐响应；受迫振动；楼层振幅
Application of harmonic response analysis of ANSYS in the forced vibrations of structures
[Li Yanan Yu Xin Cai Shaoyuan Xu Zhigang]
[China Wuhuan Chemical Engineering Corp. , Wuhan Hubei 430079 China]
[ Abstract ] The vibration of equipments on the architectural structure brings the floor amplitude, it not only brings the hidden trouble for the structural safety, but also affects the natural work of the
other equipments. The usual structure design software can not consider periodic loads that
are brought as a result of the vibration of equipments, it brings a lot of trouble to structural
calculation, however, the harmonic response analysis of ANSYS commendably solves the
matters of forced vibrations that are brought as a result of the operation of equipments. In
this paper, with the calculation and analysis of ANSYS, reasonable measures are taken, it is
solved how to effectively restrict the floor amplitude that is brought as a result of forced
vibrations.
[ Keyword ] ANSYS; harmonic response; forced vibrations; floor amplitude
1前言
目前，在石油、化工、电力等工业领域，振动设备在厂房结构中是相当普遍的，而设备振动所产生的周期荷载将在结构系统中产生持续的周期谐响应，由此所引起的楼层振幅不仅给结构安全带来隐患，而且影响其他设备的正常运转。
常规的结构设计软件无法模拟周期载荷的幅值、相位及频率，给结构计算带来诸多不便，而ANSYS的谐响应分析很好地解决了设备运转所产生的结构受迫振动问题，既保证了计算精度，又解决了实际问题。
2006年用户年会论文
2用ANSYS 进行有限元计算分析
有限元法是目前工程技术领域中实用性最强、应用最为广泛的数值计算方法。
其中以ANSYS为代表的有限元分析软件具有以下优点：减少设计成本、缩短设计和分析的循环周期、增加产品和工程的可靠性、采用优化设计、降低材料的消耗和成本、在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题、可以进行模拟实验分析、进行机械事故分析，查找事故原因。
ANSYS软件是集结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元分析软件，可广泛地应用于土木工程、交通、水利、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、国防军工、电子、造船、生物医学、地矿、日用家电等一般工业及科学研究。
ANSYS的谐响应分析只计算结构的稳态受迫振动，而不考虑发生在激励开始时的瞬态振动，谐响应分析能够预测结构的持续动力特性，从而验证结构能否克服共振、疲劳、以及其他受迫振动引起的有害效果。
2.1单元类型的选取
本文的有限元分析，主要用到ANSYS单元库提供的以下单元类型：EAM188、BEAM44、SHELL63、LINK8和MASS21。
BEAM188单元用于模拟钢筋混凝土框架中的框架柱和框架梁；BEAM44单元用于模拟铰接次梁；SHELL63单元用于模拟框架上的楼板；LINK8单元用于模拟搂层立面上只承受拉压的钢支撑；MASS21单元用于模拟楼层上的设备载荷。
2.2 阻尼的确定
结构在受迫振动中的能量响应是其它响应(位移、速度、加速度等)之源，结构的能量共振是其它响应产生突变和共振之源。
当激励荷载的频率与结构系统自振频率很接近时，结构的能量响应会出现非常大的突变，即能量共振，能量共振的幅度受结构阻尼比的影响，阻尼比越小，能量共振峰越陡峭，而对应的结构振幅就越大。
因此，结构阻尼比在受迫振动中是不容忽视的。
阻尼是动力分析的一大特点，也是动力分析中容易引起困惑之处，由于它影响动力响应的衰减，因此对于谐响应分析十分重要。
阻尼的本质和表现是相当复杂的，相应的模型也很多。
ANSYS提供了强大又丰富的阻尼输入，比例阻尼、材料阻尼、恒定阻尼比、振型阻尼和单元阻尼。
本文采用最常用且能满足大多数工程实际的比例阻尼，用α阻尼和β阻尼实现。
2.3 求解方法
ANSYS的谐响应分析有三种求解方法：完全法、缩减法和模态叠加法。
完全法（又称Full法）容易使用，求解精度高，允许非对称矩阵，可以定义各种类型荷载，但不能分析有预应力存在的谐响应；缩减法可以考虑预应力，但由于采用主自由度求解，结果不如完全法精确；模态叠加法的计算速度更快，可以使解按结构固有频率聚集，可以包含预应力效果，但不能施加非零位移约束。
本文根据工程实际（要求精度高，没有预应力，单元个数和自由度不算很多），采用完全法求解。
2006年用户年会论文
2.4 算例
2.4.1工程概况
本工程为七层的工业厂房，振动设备布置在楼面上，
沿X、Y方向作往复振动，设备厂家提供了正弦波形式
的简谐力荷载。
由于该工程与日方合作，为了考虑舒适
度和结构安全，根据各类条件，日本规范明确规定了该
μ的限制。
工程搂层振幅不得超过80m
2.4.2 计算分析
为了合理地考虑设备振动产生的简谐力荷载，分析
结构在稳态受迫振动下引起楼层振幅的数值计算和幅值
控制问题，我们需要应用ANSYS的谐响应分析求解该线
性结构承受正弦波动下系统的响应，利用ANSYS提供的
正弦函数方式输入实际的谐波激励，并利用后处理功能得到幅值—相位方式的输出结果。
μ的振幅限值，为了有效的控制搂层振幅，并通过计算，原有的结构方案不满足80m
满足工业建筑对结构立面空间的要求，我们采取延长横梁、设置∧形立面钢支撑的措施来增加在设备扰力方向建筑物的刚度，以减少振动影响，从而控制楼层幅值。
计算结果显示，该方法是行之有效的，采取控制措施后搂层振幅数值如表1所示：
μ
表1 不同方向谐波激励作用下楼层水平振幅()m
3结论
本文借助于有限元分析软件ANSYS对工业设备运转所产生的结构受迫振动问题进行了深入的分析，得出了以下几点结论：
（1）应用ANSYS的谐响应分析可以很好地计算和分析周期荷载作用下结构的受迫振动问题，有效的克服了常规结构设计软件在这方面的欠缺。
（2）通过ANSYS的计算表明：增大设备扰力作用方向建筑物的刚度可以有效的减少振动影响，从而限制楼层振幅。
[参考文献]
[1]谭建国.使用ANSYS 6.0进行有限元分析.北京：北京大学出版社，2002
[2]谢能刚,宋修广.多自由度结构受迫振动中的能量共振.振动与冲击，2002，21(3)。