ansys提阻尼比
谐响应中阻尼的设置及其工程应用
【拉布索思】谐响应中阻尼的设置及其工程应用讨论背景这里主要讨论的是ANSYS(Workbench)中模态叠加法(包括瞬态中用模态叠加)的阻尼比(包括α、β阻尼)设置问题,不考虑材料的阻尼比。
各阻尼比的解释这里会把阻尼都写成阻尼比的形式,因为阻尼比最直观,也可以在实验中得到。
那么,总阻尼比为:其中,是常值阻尼比,是作用于所有阶的模态,而且值是恒定的,在Constant Damping Ratio 设置;是第i阶模态的阻尼比,用来设定某些阶的阻尼比,要通过命令MDAMP设置(命令解释请看help,命令使用实例请看下面例子);,这是β阻尼相应的阻尼比,也是作用于所有阶的模态,但值随频率增大而线性增大。
HELP中说,在很多实际结构问题中,α会被忽略,所以上式中就没有α只有β,我是这么猜的,因为通常实际问题的频率都在几十到几千赫兹不等,那么就比较小,可以忽略。
反正,在Workbench界面中是没有α的设置项的,默认α=0,要设的话就要加命令,这里也不讨论α了。
那么β值就决定了这个阻尼比,而因为β值是恒定的,所以这个阻尼比会随频率增大而线性增大,就能起到抑制高频的作用。
AWB中有两种输入β阻尼的方法,一是直接输入β值(Direct Input),二是输入某个频率下的阻尼比(Dampingvs Frequency),系统就会根据来计算出β值,界面中的Beta Damping Measure就是。
通过两种输入方法设置了β值后,系统就会自动求出各阶的β阻尼比,个人喜欢用第二种方法,因为设置阻尼比更直观,结合使用另外两个阻尼比时会更方便;注意,三个阻尼比的效果是叠加的。
为什么要设置阻尼?首先,加阻尼对共振频率的影响很小,比如是固有频率乘以,所以阻尼对共振频率的影响可以忽略。
那我认为,阻尼的主要作用是压低共振处的幅值,使频响曲线变得更平缓。
而实际结构中一定有阻尼,所以分析中适当设置一定的阻尼会比较接近实际。
如果阻尼都取为0(默认值)的话,频呼曲线的峰值会相当大,理论上是无穷大的。
damp
如前所述,在做 Full积分法的瞬态分析时,用阻尼比定义的阻尼都被 ANSYS 程序忽略掉了,所以同一个模型采用 full 法和模态叠加法的瞬态分析,ANSYS 计算采用的阻尼可能不一样,造成结果也有差别。
以下是结构分析中 ANSYS 常用的几种阻尼输入的命令流演示。
1)用 MP,damp 来输入粘滞阻尼DAMPRATO = 0.025 ! 已知粘滞阻尼的阻尼比LOSSMODM = 2*DAMPRATO ! 粘滞阻尼的阻尼比乘以2 是等价的材料阻尼系数(日本规范的“减衰系数”)CRITFREQ = 2.6 ! 此为粘性阻尼等效为材料阻尼时的换算频率MP_BETAD = DAMPRATO/(acos(-1)*CRITFREQ) ! 粘滞阻尼与频率有关/prep7mp,damp,1,MP_BETAD !定义viscous damping,与频率有关/soluantype,modalmodopt,lanb,1! 要使模态计算考虑阻尼的影响,必须用材料阻尼,材料阻尼必须在求解前指定! mxpand,,,,yes, 选项!阻尼比输入只在对求出的振型求反应再叠加中有用,! ansys 不会把阻尼比还原计算为阻尼阵 [C] 的mxpand,1,,,yes,,,Solve2)用 MP,Damp 输入材料阻尼DAMPRATO=0.025LOSSMODM=2*DAMPRATO ! 材料阻尼系数,书上给的一般是LOSSMODM/prep7mp,damp,1,DAMPRATO !常数,如果已知的是材料阻尼系数LOSSMODM,就要除以2 /soluantype,modal ! 使用模态叠加法modopt,lanb,1! importantmxpand,1,,,yes,,,,Solve3)用 BETAD 输入粘滞阻尼(振型叠加法)! MSUP method with BETAD! BETAD is damping_ratio/pi*f, even for MSUPDAMPRATO=0.025 ! 阻尼比LOSSMODM=2*DAMPRATO !等效的材料阻尼系数/prep7! mp,damp,1,DAMPRATOBETAD,DAMPRATO/(acos(-1)*442) ! 注意此公式! 442 是你给定的频率值/soluantype,modal !模态分析modopt,lanb,1! importantmxpand,1,,,yeslumpm,on,,,,solve/soluantype,harmic !谐分析hropt, msuphrout, on, offharfrq, FREQBEGN, FREQENDG,,,solve4)使用 DMPRAT 定义的整体结构的常数阻尼比(模态叠加法)! MSUP method with DMPRAT! shows that DMPRAT is damping ratioDAMPRATO=0.025 !全结构阻尼比是0.025LOSSMODM=2*DAMPRATO/prep7!mp,damp,1,DAMPRATO/soluantype,modal ! 先做无阻尼振型分解solve/soluantype,harmichropt,msuphrout,on,offharfrq,FREQBEGN,FREQENDGnsubst,NUM_STEPkbc,1dmprat,DAMPRATO ! 在这里定义此阻尼比,常数,,,,,,solve5)用 MP,DAMP 定义粘性阻尼做 FULL 瞬态分析! 粘性阻尼随频率增加而增加,高频衰减快! Full method with MP,DAMP! shows that MP,DAMP with FULL is damping_ratio/pi*f! As freq increases, damping is hugeDAMPRATO=0.025LOSSMODM=2*DAMPRATOCRITFREQ=480MP_BETAD=DAMPRATO/(acos(-1)*CRITFREQ) ! 注意此公式/prep7mp,damp,1,MP_BETAD6)用 DMPRAT 定义全结构常数阻尼比! Full method with DMPRATDAMPRATO=0.025LOSSMODM=2*DAMPRATOCRITFREQ=480MP_BETAD=DAMPRATO/(acos(-1)*CRITFREQ)/prep7et,1,1! mp,damp,1,MP_BETAD ! 如果用材料阻尼形式输入,就这样输入dmprat,DAMPRATO !常数阻尼比/soluantype,modal !带阻尼的振型分解modopt,lanb,3! importantmxpand,3,,,yeslumpm,on,,,solve/soluantype,harmichropt,full ! full harmonic analysis6.单元阻尼许多单元具有单元阻尼,单元阻尼都是在相关单元数据中输入。
基于ANSYS的颤振频域分析方法
基于ANSYS的颤振频域分析方法颤振是指物体或系统由于外部激励而产生的由自身刚度与阻尼引起的共振现象。
颤振频域分析方法基于ANSYS的有限元分析技术,旨在分析和解决颤振问题。
颤振频域分析方法主要分为两个步骤:模态分析和频域响应分析。
1.模态分析:模态分析用于确定结构的固有频率和模态形态。
在ANSYS中,可以通过模态分析计算得到结构的固有频率和固有振型。
在模态分析中,结构会被线性化处理,即假设结构的响应是线性的,结构的刚度和质量被视为常值。
模态分析结果可以帮助我们确定系统的固有频率,以及潜在的颤振模态。
2.频域响应分析:频域响应分析是基于模态分析的结果,计算结构在不同频率下的响应特性。
在ANSYS中,可以使用频域响应分析方法来计算结构的动力响应,例如位移、速度和加速度。
常用的方法包括有限元法和传递矩阵法。
在颤振频域分析中,最重要的是确定结构的固有频率和阻尼比。
固有频率可以通过模态分析获得,而阻尼比的确定则需要进一步的分析。
阻尼比影响结构的共振现象,太小的阻尼比会导致结构共振,而太大的阻尼比则会减小结构的灵敏度。
在ANSYS中,可以通过多种方法来确定阻尼比,例如模态阻尼比法、能量法和频域响应法。
模态阻尼比法利用结构的模态参数来估计阻尼比,能量法是通过分析结构的能量损耗来确定阻尼比,而频域响应法是通过模态超前函数和超后函数的比值来计算阻尼比。
颤振频域分析方法的结果包括结构的频谱响应和共振频率。
频谱响应表示了结构在不同频率下的振动幅度,共振频率则表示结构的特征频率,即结构最易发生共振的频率。
总之,颤振频域分析方法是基于ANSYS的一种用于分析和解决颤振问题的工程方法。
通过模态分析和频域响应分析,可以确定结构的固有频率和响应特性,进而评估结构的颤振风险,从而采取相应的措施进行改进和优化。
ANSYS模态分析教程及实例讲解
结构动态特性的改善方法
增加结构阻尼
通过增加结构阻尼,可以有效地吸收和消耗振动能量,减小结构 的振动幅值和响应时间。
优化结构布局
通过合理地布置结构的质量、刚度和阻尼分布,可以改善结构的动 态特性,提高结构的稳定性和安全性。
加强关键部位
对于关键部位,应加强其刚度和稳定性,以减小其对整体结构的振 动影响。
ansys模态分析教程及实例讲解
目 录
• 引言 • ANSYS模态分析基础 • ANSYS模态分析实例 • 模态分析结果解读 • 模态分析的优化设计 • 总结与展望
01 引言
ห้องสมุดไป่ตู้
目的和背景
01
了解模态分析在工程领域的应用 价值,如预测结构的振动特性、 优化设计等。
02
掌握ANSYS软件进行模态分析的 基本原理和方法。
挑战
未来模态分析面临的挑战主要包括处理大规模复杂结构 、模拟真实环境下的动力学行为以及提高分析的实时性 。随着结构尺寸和复杂性的增加,如何高效地处理大规 模有限元模型和计算海量数据成为亟待解决的问题。同 时,为了更准确地模拟实际工况下的结构动力学行为, 需要发展更加逼真的边界条件和载荷条件设置方法。此 外,提高模态分析的实时性对于一些实时监测和反馈控 制的应用场景也具有重要的意义。
模态分析基于振动理论,将复杂结构系统分解为若干个独立的模态,每个模态具有 特定的固有频率和振型。
模态分析可以帮助工程师了解结构的动态行为,预测结构的振动响应,优化结构设 计。
模态分析的步骤
建立模型
施加约束
求解
结果分析
根据实际结构建立有限 元模型,包括几何形状、 材料属性、连接方式等。
根据实际工况,对模型 施加约束条件,如固定
ANSYS-随机振动分析功能实现随机疲劳分析
利用 ANSYS随机振动分析功能实现随机疲劳分析ANSYS 随机振动分析功能可以获得结构随机振动响应过程的各种统计参数(如:均值、均方根和平均频率等),根据各种随机疲劳寿命预测理论就可以成功地预测结构的随机疲劳寿命。
本文介绍了ANSYS随机振动分析功能,以及利用该功能,按照Steinberg 提出的基于高斯分布和Miner 线性累计损伤定律的三区间法进行 ANSYS随机疲劳计算的具体过程。
1.随机疲劳现象普遍存在在工程应用中,汽车、飞行器、船舶以及其它各种机械或零部件,大多是在随机载荷作用下工作,当它们承受的应力水平较高,工作达到一定时间后,经常会突然发生随机疲劳破坏,往往造成灾难性的后果。
因此,预测结构或零部件的随机疲劳寿命是非常有必要的。
2.ANSYS随机振动分析功能介绍ANSYS随机振动分析功能十分强大,主要表现在以下方面:1.具有位移、速度、加速度、力和压力等 PSD类型;2.能够考虑 a 阻尼、阻尼、恒定阻尼比和频率相关阻尼比;3.能够定义基础和节点 PSD激励;4.能够考虑多个 PSD激励之间的相关程度:共谱值、二次谱值、空间关系和波传播关系等;5.能够得到位移、应力、应变和力的三种结果数据: 1 位移解, 1 速度解和 1 加速度解;3.利用 ANSYS随机振动分析功能进行疲劳分析的一般原理在工程界,疲劳计算广泛采用名义应力法,即以S-N 曲线为依据进行寿命估算的方法,可以直接得到总寿命。
下面围绕该方法举例说明 ANSYS随机疲劳分析的一般原理。
当应力历程是随机过程时,疲劳计算相对比较复杂。
但已经有许多种分析方法,这里仅介绍一种比较简单的方法,即Steinberg 提出的基于高斯分布和 Miner 线性累计损伤定律的三区间法(应力区间如图 1 所示):应力区间发生的时间68.3% 的时-1~+1间27.1% 的时-2~+2间4.33% 的时-3~+3间99.73%大于 3的应力仅仅发生在0.27%的时间内,假定其不造成任何损伤。
ANSYS动力分析中的阻尼
ANSYS动力分析中的阻尼问题结构导则5. 瞬态动力学分析5.9. 瞬态动力学分析5.9.3. 阻尼在诸多体系中,存在阻尼,且在动力分析中必须定义阻尼。
在ANSYS program 中,存在以下不同形式的阻尼:•瑞利阻尼•材料阻尼•材料常数阻尼系数•常数阻尼比•模态阻尼•单元阻尼在ANSYS Professional program中,仅有常数阻尼比和模态阻尼比可用。
在一个模型中,可定义多种阻尼,将不同形式的阻尼集成后,ANSYS软件会形成阻尼矩阵(C)。
材料常数阻尼系数仅可应用于完全谐响应分析和模态谐响应分析。
表5.5为“结构动力分析中的阻尼”,阐述了在不同结构动力分析中可用的阻尼类型。
表5.5 结构动力分析中的阻尼N/A :不可用1.仅有β阻尼,无α阻尼。
2.此阻尼仅用于模态组合,但不用于计算模态系数。
3.包括超单元阻尼矩阵4.如果采用扩展模态,则转化为模态阻尼5.如果定义,则为谱分析确定一个有效阻尼比6.如果采用QR阻尼模态提取模态(MODOPT,QRDAMP),且在前处理或模态分析中定义了任意一种类型的阻尼,ANSYS软件均忽略振型叠加分析中的阻尼。
7.在振型叠加谐响应分析中,仅有QR阻尼法支持材料常数阻尼系数。
α阻尼和β阻尼用于定义瑞利阻尼中的常数α 和β。
阻尼矩阵(C)通过以下常数乘以质量矩阵(M)和刚度矩阵(K):(C) = α(M) + β(K)ALPHAD与BETAD命令用来定义α 和β。
一般α and β未知,但可以通过模态阻尼比ξi计算得到。
模态阻尼比ξi ξi = α/2ωi + βωi/2某个关心的或者重要的频率上的实际模态阻尼比。
如果模态i的圆频率ωi已知,则α 和β 满足下式:在诸多实际工程结构中,忽略α阻尼(或质量阻尼),即α = 0。
在此情况下,可通过ξi andωi计算β:β = 2ξi/ωi在一个荷载步中,只可输入一个β值,因此,应选择最关键的频率来计算β。
ansys 集中质量点的作用
ansys 集中质量点的作用在ansys中,集中质量点是一种用于简化复杂结构的建模技术。
它将结构体系中的质量集中到一个点上,并保持其对结构动力学行为的影响。
这种方法可以显著简化结构模型,并降低计算复杂度,同时保持较高的分析精度。
ansys集中质量点可以用于建立动力学模型。
在结构动力学分析中,确定结构的固有频率和振型是非常重要的。
集中质量点可以代表结构的质量分布情况,并且能够准确地预测结构的固有频率和振型。
这样,工程师可以通过集中质量点建立的简化模型,快速准确地分析结构的动力学响应。
ansys集中质量点可以用于模拟结构的动态响应。
在实际工程中,结构往往受到外部载荷的作用,需要分析其在动态载荷下的响应情况。
通过将结构的质量集中到一个点上,可以简化结构模型,并减少计算量。
这样,工程师可以更加高效地分析结构的动态响应,如振动幅值、位移响应等。
ansys集中质量点还可以用于优化设计。
在工程设计中,优化结构的质量和性能是一个重要的目标。
集中质量点可以代表结构的质量分布情况,通过调整集中质量点的位置和质量,可以优化结构的动力学性能。
例如,通过调整集中质量点的位置,可以使结构的固有频率达到特定的要求。
通过调整集中质量点的质量,可以优化结构的振动特性。
这样,工程师可以利用ansys集中质量点进行结构优化设计,提高结构的性能和可靠性。
ansys集中质量点还可以用于分析结构的动态响应特性。
通过将结构的质量集中到一个点上,可以简化结构模型,并提取结构的动力学特性。
例如,通过分析集中质量点的质量和刚度,可以计算结构的固有频率和振型。
通过分析集中质量点的质量和阻尼,可以计算结构的阻尼比和阻尼特性。
这样,工程师可以通过ansys集中质量点分析结构的动态响应特性,为结构设计和优化提供重要参考。
ansys集中质量点在工程分析中发挥着重要作用。
它可以用于建立动力学模型、模拟结构的动态响应、优化设计以及分析结构的动态响应特性。
通过使用ansys集中质量点,工程师可以快速准确地进行结构分析和设计,提高工程效率和可靠性。
ANSYS中的阻尼(转载)
阻尼是动力分析的一大特点,也是动力分析中的一个易于引起困惑之处,而且由于它只是影响动力响应的衰减,出了错不容易觉察。
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,但也正以其强大和丰富使初学者容易发生迷惑这里介绍各种阻尼的数学模型在ANSYS中的实现,与在ANSYS中阻尼功能的使用。
1.比例阻尼最常用也是比较简单的阻尼大概是Rayleigh阻尼,又称为比例阻尼。
它是多数实用动力分析的首选,对许多实际工程应用也是足够的。
在ANSYS里,它就是阻尼与阻尼之和,分别用ALPHD与BETAD命令输入。
已知结构总阻尼比是,则用两个频率点上阻尼与阻尼产生的等效阻尼比之和与其相等,就可以求出近似的阻尼与阻尼系数来用作输入:(5.1.1)求比例阻尼系数的拟合公式用方程组(5.1.1)可以得到阻尼与阻尼系数值,然后用ALPHD与BETAD命令输入,这种阻尼输入既可以做full(完全)法的分析,也可以作减缩法与振型叠加法的分析,都是一样的有效。
但是尽管阻尼与阻尼概念简单明确,在使用中也要小心一些可能的误区。
首先,阻尼与质量有关,主要影响低阶振型,而阻尼与刚度有关,主要影响高阶振型;如果要做的是非线性瞬态分析,同时刚度变化很大时,那么使用阻尼很可能会造成收敛上的困难;一样的理由,有时在使用一些计算技巧时,比如行波效应分析的大质量法,加上了虚假的大人工质量,那么就不可以使用阻尼。
同样,在模型里加上了刚性连接时,也应该检查一下阻尼会不会造成一些虚假的计算结果。
2.阻尼阵的计算ANSYS中有多种办法可以输入阻尼特性。
先概括几个在结构分析中常用的输入阻尼的命令:ALPHAD:输入阻尼参数BETAD:输入阻尼参数DMPRA T:输入全结构的阻尼比MDAMP:输入与各频率的振型对应的模态阻尼比MP,DAMP 输入对应于某种材料的材料阻尼??。
与以上几种命令的输入对应的ANSYS计算的总阻尼阵[C]是:(5.1.2)ANSYS计算阻尼矩阵的公式其中m是结构中有阻尼的材料种类数,n是具有特有阻尼的单元类型数。
阻尼的问题
阻尼的问题wudingyi积分 49 帖子 37#12007-1-21 19:51我在论坛上看到可以用mp,damp 命令来输入材料的材料阻尼系数;但是在ansys 的帮助文件中是这样说明的: MP, Lab, MAT, C0, C1, C2, C3, C4 LabDAMP ― K matrix multiplier for damping.Note: If used in an explicit dynamic analysis, the value corresponds to the percentage of damping in the high frequency domain. For example, 0.1 roughly corresponds to 10% damping in the high frequency domain.DMPR ― Constant material damping coefficient .我对上面的理解是:输入材料的阻尼系数应该是用mp,dmpr 而mp,damp 到底输入的是什么,从上面我感觉和瑞利阻尼中的刚度阻尼系数重复,或者他是用来将材料阻尼系数等效为刚度阻尼系数来输入,如果是,该如何等效?请同行明示,谢谢!wms328积分 220 帖子 153#22007-1-23 20:21我也想问下阻尼的问题:一般做什么分析要考虑阻尼?是不是实际工程的计算分析都要考虑阻尼,从而在材料属性中输入阻尼系数! 希望有人能帮忙解开疑惑!谢谢mysuper积分 3 帖子 3#32007-1-24 12:38楼主说的材料属性中阻尼项我也很想知道在用combin14单元模拟阻尼单元时要求材料属性中mp,damp 一项不知道具体表示什么,在combin14单元实常数中定义了阻尼系数后,随意改变mp,damp 项似乎对结构的动力响应没有影响,不只是何原因wudingyi#42007-1-26 21:39你应该做的是完全瞬态分析,在ansys 中对其有两种阻尼输入模式,一积分 49 帖子 37 个是mp,damp 输入材料阻尼,另一个是单元阻尼,而对于其他一切的以阻尼比的形式输入的阻尼参数,程序一律忽略。
ansys动力学瞬态分析详解
§ 3.1瞬态动力学分析的定义瞬态动力学分析(亦称时间历程分析)是用于确定承受任意的随时间变化载荷结构的动力学响应的一种方法。
可以用瞬态动力学分析确定结构在稳态载荷、瞬态载荷和简谐载荷的随意组合作用下的随时间变化的位移、应变、应力及力。
载荷和时间的相关性使得惯性力和阻尼作用比较重要。
如果惯性力和阻尼作用不重要,就可以用静力学分析代替瞬态分析。
瞬态动力学的基本运动方程是:[岡以+ [汕]+因国二{叫)}其中:[M]=质量矩阵[C]=阻尼矩阵[K]=刚度矩阵{」}=节点加速度向量{乂}=节点速度向量{u}=节点位移向量在任意给定的时间一,这些方程可看作是一系列考虑了惯性力([M]{:: })和-阻尼力([C]{ : })的静力学平衡方程。
ANSY程序使用Newmar时间积分方法在离散的时间点上求解这些方程。
两个连续时间点间的时间增量称为积分时间步长(integration time step )。
§ 3.2学习瞬态动力学的预备工作瞬态动力学分析比静力学分析更复杂,因为按“工程”时间计算,瞬态动力学分析通常要占用更多的计算机资源和更多的人力。
可以先做一些预备工作以理解问题的物理意义,从而节省大量资源。
例如,可以做以下预备工作:1. 首先分析一个较简单模型。
创建梁、质量体和弹簧组成的模型,以最小的代价深入的理解动力学认识,简单模型更有利于全面了解所有的动力学响应所需要的。
2. 如果分析包括非线性特性,建议首先利用静力学分析掌握非线性特性对结构响应的影响规律。
在某些场合,动力学分析中是没必要包括非线性特性的。
3. 掌握结构动力学特性。
通过做模态分析计算结构的固有频率和振型,了解这些模态被激活时结构的响应状态。
同时,固有频率对计算正确的积分时间步长十分有用。
4. 对于非线性问题,考虑将模型的线性部分子结构化以降低分析代价。
<<高级技术分指南>>中将讲述子结构。
§3.3 三种求解方法瞬态动力学分析可采用三种方法:完全(Full )法、缩减(Reduced)法及模态叠加法。
基于ANSYS的平面端铣模态及切削响应分析
基于ANSYS的平面端铣模态及切削响应分析ANSYS是一款非线性有限元分析软件,可以有效进行机械结构的模态分析和切削力及切削振动的响应分析。
本文基于ANSYS软件,从平面端铣加工的角度,对模态分析和切削响应分析进行介绍。
模态分析是针对机械结构的固有频率、振型和阻尼比进行分析的一种方法。
在端铣加工过程中,刀具相对工件以一定速度进行切削,并产生一定的力和振动。
模态分析可以帮助我们了解机械结构的动态特性,包括结构的固有频率和模态振型。
在模态分析中,我们可以通过对机械结构施加激励,并观察结构的振动响应,来确定结构的固有频率和振型。
切削响应分析是针对在切削过程中机械结构的力和振动进行分析的一种方法。
在端铣加工过程中,刀具切削工件时会产生切削力和振动。
切削力会对机械结构产生一定的载荷,而切削振动则会对加工质量和刀具寿命产生影响。
通过切削响应分析,我们可以了解切削过程中机械结构的力和振动特性,并评估其对加工质量和刀具寿命的影响。
在ANSYS中进行模态分析和切削响应分析,需要进行以下步骤:1. 几何建模:根据端铣加工的实际情况,使用设计软件或ANSYS中的几何建模工具创建机械结构的几何模型。
模型应包括刀具、工件和夹具等组成部分。
2. 材料定义:为机械结构的各个组成部分定义材料属性,包括材料的弹性模量、泊松比和密度等参数。
可以根据实际材料的材料卡片输入相应的材料属性。
3. 网格划分:将几何模型转化为有限元模型,即将结构划分为多个小的有限元单元。
可以使用ANSYS中的网格划分工具自动生成网格,也可以手动划分网格。
划分网格时需要注意尽量保持网格的质量和精度。
4. 约束和加载:为模型定义边界条件和加载条件,包括固支条件、悬臂条件和切削力等。
固支条件可以定义为各个部件的约束条件,加载条件可以定义为刀具施加在工件上的切削力。
5. 模态分析:在ANSYS中选择模态分析模块,设置分析类型和参数,运行模态分析。
模态分析可以得到结构的固有频率、振型和阻尼比等信息。
ANSYS_02_阻尼
jku ku f ( mu t)
上式中,j—表示与速度同相位,j η—滞变阻尼系数
1
ku f ( mu t)
式中,复刚度
k (1 j ) k
5
© 2016 ANSYS, Inc.
June 19, 2017
阻尼理论基础
——几种常见阻尼的数学模型:库伦阻尼模型 库伦阻尼假定摩擦力的大小与运动的速度无关,方向与运动方向相反。单自 由度体系时,运动方程如下:
完全法瞬态动力学分析
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June 19, 2017
阻尼矩阵:完全法的谐响应分析
完全法、VT法、缩减法的谐响应分析,阻尼矩阵形式:
质量阻尼
C M M
m i i i 1
刚度阻尼 N mb m 1 2 1 E g K j m j g j K j j 1 黏弹性阻尼 Ng Ne Nv 1 C k Gl C m k 1 l 1 l 1 单元阻尼 陀螺阻尼
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June 19, 2017
ANSYS中的阻尼:Rayleigh阻尼(续)
其中,模态阻尼比可以由实验确定,频率区间选择感兴趣的频率范围,而不是直 接采用低阶,如第一、第二阶。通常情况下,假定结构的各阶模态阻尼比相同, 因此,上式可简化为:
2ij i j 2 i j
常阻尼比
质量阻 尼系数
刚度阻 尼系数
d m
i i
i 2i 2
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ANSYS随机振动分析教程
ANSYS随机振动分析教程随机振动分析(PSD: Power Spectral Density)是一种分析结构在随机动力加载下的响应特性的方法。
它通常应用于评估结构在实际工作环境中的可靠性和耐久性。
在ANSYS中进行随机振动分析,可以帮助我们理解结构在随机加载下的响应特性,评估结构的可靠性,并优化结构以提高其性能。
下面是一个基于ANSYS的随机振动分析的教程,通过该教程,你可以学习如何进行随机振动分析并分析结果。
步骤1:设置工程环境首先,打开ANSYS软件,并创建一个新的工程。
选择适当的单位制和求解器(如Mechanical APDL)。
步骤2:定义结构模型在这个教程中,我们将使用一个简单的悬臂梁作为结构模型。
创建一个梁模型,定义边界条件和加载条件。
确保模型准确代表了你想要分析的实际结构。
步骤3:定义随机负载在随机振动分析中,我们需要定义随机负载。
常见的随机负载包括自然地震、风荷载、机械振动等。
在这个教程中,我们以自然地震为例进行分析。
在ANSYS中,我们可以通过定义Power Spectral Density (PSD)函数来表示随机负载。
PSD函数描述了随机振动的能量分布,并用频率域表征。
使用命令“PSDZONE”创建一个PSD区域,然后通过命令“PSDFCN”定义一个PSD函数,并将PSD函数分配给PSD区域。
例如,你可以使用如下命令定义一个具有特定频率和幅值的PSD函数: /PSDZONE,1,FREQUENCY,1,200,AMP,0.1/PSDFCN,1,PSD,1步骤4:随机分析设置在进行随机振动分析之前,我们需要进行一些设置。
首先,我们需要定义分析的频率范围和步长。
可以使用命令“FREQSEP”来定义频率范围和步长。
例如,你可以使用如下命令定义频率范围为1Hz到200Hz,步长为1Hz:/FREQSEP,1HZ,1接下来,我们需要定义求解器参数。
使用命令“MODAL”定义模态分析参数:/COMBINATION,PSD/PSD,1,UNDEF然后,定义DAREA区域,并通过命令“SDPOINT”为每个频率分配一个积木节点。
ANSYS模态分析实例和详细过程
ANSYS模态分析实例和详细过程ANSYS是一款被广泛应用于工程领域的有限元分析软件,可以进行多种不同类型的分析,包括模态分析。
模态分析是通过对结构进行振动分析,计算得到结构的固有频率、振型和阻尼比等参数,对结构的动力响应进行预测和分析。
本文将介绍ANSYS模态分析的实例和详细过程。
一、模态分析实例假设我们有一个简单的悬臂梁结构,长度为L,横截面面积为A,杨氏模量为E,密度为ρ。
我们想要计算该梁结构的固有频率、振型和阻尼比等参数,以评估其动力特性。
二、模态分析过程1.准备工作在进行模态分析之前,我们需要先准备好结构的有限元模型。
假设我们已经完成了悬臂梁结构的几何建模和网格划分,并且已经定义好了材料属性和约束条件。
2.设置分析类型和求解器打开ANSYS软件,并选择“Structural”工作台。
在“Analysis Settings”对话框中,选择“Modal”作为分析类型。
然后,在“Analysis Type”对话框中选择“Modes”作为解决方案类型。
3.定义求解控制参数在“Analysis Settings”对话框中,点击“Solution”选项卡。
在该选项卡中,我们可以定义求解控制参数,例如计算模态频率的数量、频率范围和频率间隔等。
4.添加约束条件在模态分析中,我们需要定义结构的边界条件。
假设我们对悬臂梁的一端施加固定边界条件,使其不能在该位置发生位移。
我们可以在“Model”工作区中选择相应的表面,然后右键点击并选择“Fixed”。
5.添加载荷在模态分析中,我们通常可以不添加外部载荷。
因为模态分析着重于结构的固有特性,而不是外部激励。
6.定义材料属性在模态分析中,我们需要定义材料的弹性性质。
假设我们已经在材料库中定义了结构所使用的材料,并在“Model”工作区中选择了适当的材料。
7.运行分析完成以上设置后,我们可以点击“Run”按钮开始运行分析。
ANSYS将计算结构的固有频率、振型和阻尼比等参数。
【ANSYS】2-阻尼
5、阻尼矩阵
5.1 完全法瞬态动力学或考虑阻尼的模态分析支持的阻尼
此外也可以在求解阶段输入结构的总体质量阻尼系数和刚度阻尼系 数:
5、阻尼矩阵
5.2 完全法谐响应分析支持的阻尼 考虑阻尼的单自由度系统运动方程:
i ki / mi
i
ci cci
cci 2 kimi
i 2
ki mi
mi
ki
i
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2 ki mi
2
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5、阻尼矩阵
5.1 完全法瞬态动力学或考虑阻尼的模态分析支持的阻尼
实际工程问题中,很多情况下都忽略质量阻尼系数,即α= 0 。在这种情况下, 用户可以从已知的阻尼比和固有频率ωi 中,计算刚度阻尼系数β
5、阻尼矩阵
5.1 完全法瞬态动力学或考虑阻尼的模态分析支持的阻尼
如果已经知道结构的阻尼比,通常通过假设结构的在某一个频率范 围内该结构的阻尼比为恒定值,因此可以根据阻尼阻尼比,两个固有频 率点f1和f2求解出刚度阻尼系数和质量阻尼系数:
5、阻尼矩阵
5.1 完全法瞬态动力学或考虑阻尼的模态分析支持的阻尼
5、阻尼矩阵
5.2 完全法谐响应分析支持的阻尼
材料阻尼时材料的一种固有特性,即能量是通过材料的内摩擦消耗掉的,因此需要在 动力学分析中考虑进去;
在现实工程中,由于内摩擦造成的能量耗散,并不取决于结构的圆频率(自然频率或 固有频率) 将阻尼力假设为与速度成正比与结构的振动频率成反比,即
ansysworkbench常见材料设置
Ansys workbench常用材料属性
1. isotropic secant coefficient of expansion 各向同
各向同性的热胀系数
需要输入基准温度、热膨胀系数。
基准温度,默认22度热膨胀系数
2. orthotropic secant coefficient of expansion 各向
各向异性的热胀系数
需要输入基准温度、三个方向的热膨胀系数。
3. isotropic instantaneous coefficient of expansion 各向同
各向同性的热胀系数(随温度变化)需要输入基准温度、热膨胀系数。
(随温度变化)
4. orthotropic instantaneous coefficient of expansion 各向异性的热胀系数(随温度变化)
(随温度变化)
需要输入基准温度、三个方向的热膨胀系数。
(随温度变化)
5. 阻尼系数、质量阻尼、刚度阻尼
6.Isotropic elasticity 各项同性的线弹性材料
需要输入弹性模量与泊松比
7.orthotropic elasticity 各项异性的线弹性材料
需要输入各方向的弹性模量与泊松比
8 Bilinear isotropic/kinematic hardening 双线性材料(非线性材料)需要输入屈服强度及切向模量,需要配合isotropic elas city使用。
9.multilinear isotropic/kinematic hardening 多线性材料(非线性材料,应力应变曲线)需要配合isotropic elas city使用,输入应力应变曲线。
瑞利阻尼设置
瑞利阻尼设置
瑞利阻尼参数
在 ANSYS 的帮助文件中有具体说明,一般可以假设粘性阻尼比为
0.03,0.05,然后根据感兴趣的频率范围的下限和上限计算出 Alpha 和 Beta 值。
或者,看看下面一个例子:
在 ANSYS 中,用 Full方法进行瞬态动力分析时,只能使用瑞利阻尼,即: * [K] [C] = α* [M] + β
其中的系数α 和β 与常用的粘性比例阻尼系数ξ 之间有如下关系: α / (2 * ω) + β * ω / 2 = ξ
而ω = 2 * π * f (f –频率,单位 Hz)
对于固定的ξ 值,α 和β 是随频率变化的。
作为一种近似,可以用感兴趣的频率范围的下限和上限带入上述关系,通过求解联立方程来确定α 和β,作为该频率段的系数使用。
联立方程:
α / (2 * ω1) + β * ω1 / 2 = ξ
α / (2 * ω2) + β * ω2 / 2 = ξ
解为:
α = 2 *ω1 *ω2*ξ/ (ω1+ω2) = 4 *π*f1 *f2*ξ/( f1 +f2)
β = 2 *ξ/ (ω1+ω2) =ξ/π/(f1 +f2)
对本项目,结构的频率范围取为 0.6 , 10,ξ 取 0.03,计算得到:
α = 0.2134
β = 0.0009009。
ANSYS Example02地震分析算例 (ANSYS)
02地震分析算例(ANSYS)土木工程中除了常见的静力分析以外,动力分析,特别是结构在地震荷载作用下的受力分析,也是土木工程中经常遇到的问题。
结构的地震分析根据现行抗震规范要求,一般分为以下两类:基于结构自振特性的地震反应谱分析和基于特定地震波的地震时程分析。
本算例将以一个4质点的弹簧-质点体系来说明如何使用有限元软件进行地震分析。
更复杂结构的分析其基本过程也与之类似。
关键知识点:(a)模态分析(b)谱分析(c)地震反应谱输入(d)地震时程输入(e)时程动力分析(1)在ANSYS窗口顶部静态菜单,进入Parameters菜单,选择Scalar Parameters选项,在输入窗口中填入DAMPRATIO=0.02,即所有振型的阻尼比为2%(2)ANSYS主菜单Preprocessor->Element type->Add/Edit/Delete,添加Beam 188单元(3)在Element Types窗口中,选择Beam 188单元,选择Options,进入Beam 188的选项窗口,将第7个和第8个选项,Stress/Strain (Sect Points) K7, Stress/Strain (Sect Nods) K8,从None改为Max and Min Only。
即要求Beam 188单元输出积分点和节点上的最大、最小应力和应变(4)在Element Types窗口中,继续添加Mass 21集中质量单元(5)下面输入材料参数,进入ANSYS主菜单Preprocessor->Material Props-> MaterialModels菜单,在Material Model Number 1中添加Structural-> Linear-> Elastic->Isotropic属性,输入材料的弹性模量EX和泊松比PRXY分别为210E9和0.3。
(6)继续给Material Model Number 1添加Density属性,输入密度为7800。
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请教,ANSYS模态分析后,如何得到各阶模态的模态阻尼比*getentity=mode ,item1=damp请教1楼,命令流*GET, Par, Entity, ENTNUM, Item1, IT1NUM, Item2, IT2NUM中其他几项分别如何设置,如Par,ENTNUM,等,另外输入命令流如何显示其模态阻尼比,本人初学命令流,谢谢!par是随便一个参数名,其他的默认,,,只有逗号即可,在后在参数里看ANSYS动力学分析中提供了各种的阻尼形式,这些阻尼在分析中是如何计算,并对分析有什么影响呢?本文将就此做一些说明何介绍.一.首先要清楚,在完全方法和模态叠加法中定义的阻尼是不同。
因为前者使用节点坐标,而后者使用总体坐标.1.在完全的模态分析、谐相应分析和瞬态分析中,振动方程为:阻尼矩阵为下面的各阻尼形式之和:α为常值质量阻尼(α阻尼)(ALPHAD命令)β为常值刚度阻尼(β阻尼)(BETA命令)ξ为常值阻尼比,f为当前的频率(DMPRAT命令)βj为第j种材料的常值刚度矩阵系数(MP,DAMP命令)[C]为单元阻尼矩阵(支持该形式阻尼的单元)where: [C] = structure damping matrixα = mass matrix multiplier (input on ALPHAD command)[M] = structure mass matrixβ = stiffness matrix multiplier (input on BETAD command)βc = va riable stiffness matrix multiplier (see Equation 15–23)[K] = structure stiffness matrixNm = number of materials with DAMP or DMPR input= stiffness matrix multiplier for material j (input as DAMP on MP command)= constant (frequency-independent) stiffness matrix coefficient for material j (input as DMPR on MP command)Ω = circular excitation frequencyKj = portion of structure stiffness matrix based on material jNe = number of elements with specified dampingCk = element damping matrixCξ = frequency-dependent damping matrix (see Equation 15–21)2.对模态叠加方法进行的谐相应分析、瞬态分析何谱分析,动力学求解方程为:每个模态产生有效阻尼比ξid而不是创建阻尼矩阵α为常值质量阻尼β为常值刚度阻尼ξ为常值阻尼比ξmi为第i个模态的常值阻尼比ξj为第j个材料的阻尼系数Ejs为第j个材料的应变能,ANSYS由{f}T[K]{f}计算得到。
二.对谱分析,阻尼仅仅包含在模态组合里,而在计算模态系数的时候并没有考虑。
当使用模态叠加法时,材料阻尼被添加到扩展的模态中,因此,用户必须在进行模态分析之前,就包括材料阻尼(MP,DAMP)并进行单元应力的计算(MXPAND命令)。
三.模态叠加法支持使用QR阻尼,但是用户必须知道尽管是模态组合方法,阻尼在模态分析中已包含了,所以应该使用上面的完全阻尼矩阵[C]来计算阻尼。
如果使用QR阻尼的的模态提取方法(MOPT,QRDAMP),并且在前处理或模态分析中指定了任何形式的阻尼,那么ANSYS 将在进行模态叠加时忽略阻尼。
四.了解MP,DAMP在不同的情况下有不同的作用非常重要。
在完全分析中,材料阻尼代表了该材料的一个刚度矩阵乘子,与粘性阻尼(与频率成线性关系,但针对所有的材料)类似。
因此,在这种情况下,对单自由度结构,材料阻尼值等于ξ/πf或c/k。
如果有多种材料,那么,阻尼矩阵就是简单得将材料的βj乘以相应的材料的刚度矩阵:但是,在使用模态叠加法时材料阻尼值类似于结构阻尼(与频率无关),也即材料阻尼值会等于单自由度体系的ξ。
如果有多种材料,使用模态应变能方法(MSE)来计算系统的有效阻尼比:也就是说,一个有效的常值材料阻尼将被用于所有模态的计算。
五.下面的表格列出了不同分析类型中可以用到的阻尼。
§3.8.3阻尼大多数系统中存在阻尼,而且在动力学分析中应当指定阻尼。
在ANSYS程序可以指定五种形式的阻尼:·Aplha和Beta阻尼(Rayleigh阻尼)·和材料相关的阻尼·恒定的阻尼比·振型阻尼·单元阻尼在ANSYS/Professional程序中只有恒定阻尼比和振型阻尼可用。
可以在模型中指定多种形式的阻尼,程序按所指定的阻尼之和形成阻尼矩阵[C]。
下表列出了在不同结构分析中可用的阻尼类型。
不同分析类型可用的阻尼N/A表示不能使用[1]表示只可用β阻尼,不可用α阻尼[2]表示阻尼只用于模态合并,不用于计算模态系数[3]表示包括超单元阻尼矩阵[4]表示如果经模态扩展转换成了振型阻尼[5]表示如果指定了,程序会计算出一个用于随后的谱分析的有效阻尼比[6]表示如果使用QR阻尼模态提取方法[MODOPT,QRDAMP],在前处理或模态分析过程中指定任何阻尼,但ANSYS在执行模态叠加分析时将忽略任何阻尼。
[7]如果你使用QR阻尼模态提取方法[MODOPT,QRDAMP],DMPART和MDAMP 不能使用。
1.Alpha阻尼和Beta阻尼Alpha阻尼和Beta阻尼用于定义瑞利(Rayleigh)阻尼常数α和β。
阻尼矩阵是在用这些常数乘以质量矩阵[M]和刚度矩阵[K]后计算出来的。
命令ALPHAD和BETAD分别用于确定瑞利(Rayleigh)阻尼常数α和β。
通常α和β的值不是直接得到的,而是用振型阻尼比计算出来的。
是某个振型i的实际阻尼和临界阻尼之比。
如果是模态i的固有角频率,则α和β满足下列关系:在许多实际问题中,Alpha阻尼(或称质量阻尼)可以忽略(α=0)。
这种情形下,可以由已知的和计算出β:由于在一个载荷步中只能输入一个β值,因此应该选取该载荷步中最主要的被激活频率来计算β值。
为了确定对应给定阻尼比ξ的α和β值,通常假定α和β之和在某个频率范围内近似为恒定值(见图5)。
这样,在给定阻尼比ξ和一个频率范围ωi~ωj后,解两个并列方程组便可求得α和β。
图5瑞利阻尼Alpha阻尼在模型中引入任意大质量时会导致不理想的结果。
一个常见的例子是在结构的基础上加一个任意大质量以方便施加加速度谱(用大质量可将加速度谱转化为力谱)。
Alpha阻尼系数在乘上质量矩阵后会在这样的系统中产生非常大的阻尼力,这将导致谱输入的不精确,以及系统响应的不精确。
Beta阻尼和材料阻尼在非线性分析中会导致不理想的结果。
这两种阻尼要和刚度矩阵相乘,而刚度矩阵在非线性分析中是不断变化的。
由此所引起的阻尼变化有时会和物理结构的实际阻尼变化相反。
例如,存在由塑性响应引起的软化的物理结构通常相应地会呈现出阻尼的增加,而存在Beta阻尼的ANSYS模型在出现塑性软化响应时则会呈现出阻尼的降低。
2.和材料相关的阻尼和材料相关的阻尼允许将Beta阻尼做为材料性质来指定[MP,DAMP]。
但要注意在谱分析[ANTYPE,SPECTR]中的MP,DAMP是指定和材料相关的阻尼比ξ,而不是β。
同样要注意对于多材料单元如SOLID46,SOLID65,SHELL91和SHELL99,只能对单元整体指定一个β值,而不能对单元中的每一种材料都指定。
在这些情形下,β是由单元的材料指针(用MAT命令设置)决定的,而不是由单元实常数MAT指向的材料决定的。
3.恒定阻尼比恒定阻尼比是在结构中指定阻尼的最简单的方法。
它表示实际阻尼和临界阻尼之比,是用DMPRAT命令指定的小数值。
DMPRAT只可用于谱分析、谐响应分析和模态叠加法瞬态动力学分析。
4.振型阻尼振型阻尼可用于对不同的振动模态指定不同的阻尼比。
它用MDAMP命令指定且只能用于谱分析和模态叠加法瞬态动力学分析、谐响应分析。
5.单元阻尼单元阻尼在用到有粘性阻尼特征的单元类型时会涉及到,如单元COMBIN7,COMBIN14,COMBIN37,COMBIN40等。
关于阻尼的更详细描述参见<<ANSYS理论参考手册>>。
阻尼是动力分析的一大特点,也是动力分析中的一个易于引起困惑之处,而且由于它只是影响动力响应的衰减,出了错不容易觉察。
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,但也正以其强大和丰富使初学者容易发生迷惑这里介绍各种阻尼的数学模型在ANSYS中的实现,与在ANSYS中阻尼功能的使用。
1.比例阻尼最常用也是比较简单的阻尼大概是Rayleigh阻尼,又称为比例阻尼。
它是多数实用动力分析的首选,对许多实际工程应用也是足够的。
在ANSYS里,它就是阻尼与阻尼之和,分别用ALPHD 与BETAD命令输入。
已知结构总阻尼比是,则用两个频率点上阻尼与阻尼产生的等效阻尼比之和与其相等,就可以求出近似的阻尼与阻尼系数来用作输入:(5.1.1)求比例阻尼系数的拟合公式用方程组(5.1.1)可以得到阻尼与阻尼系数值,然后用ALPHD与BETAD命令输入,这种阻尼输入既可以做full(完全)法的分析,也可以作减缩法与振型叠加法的分析,都是一样的有效。
但是尽管阻尼与阻尼概念简单明确,在使用中也要小心一些可能的误区。
首先,阻尼与质量有关,主要影响低阶振型,而阻尼与刚度有关,主要影响高阶振型;如果要做的是非线性瞬态分析,同时刚度变化很大时,那么使用阻尼很可能会造成收敛上的困难;一样的理由,有时在使用一些计算技巧时,比如行波效应分析的大质量法,加上了虚假的大人工质量,那么就不可以使用阻尼。
同样,在模型里加上了刚性连接时,也应该检查一下阻尼会不会造成一些虚假的计算结果。
2.阻尼阵的计算ANSYS中有多种办法可以输入阻尼特性。
先概括几个在结构分析中常用的输入阻尼的命令:ALPHAD:输入阻尼参数BETAD:输入阻尼参数DMPRAT:输入全结构的阻尼比MDAMP:输入与各频率的振型对应的模态阻尼比MP,DAMP 输入对应于某种材料的材料阻尼??。
与以上几种命令的输入对应的ANSYS计算的总阻尼阵[C]是:(5.1.2)ANSYS计算阻尼矩阵的公式其中m是结构中有阻尼的材料种类数,n是具有特有阻尼的单元类型数。