第七章_Workbench动力学分析
workbench动力学概论
DYNAMICS 11.0
How to Approximate Rayleigh Damping Constants
Rayleigh Equation: the sum of
the and terms is nearly constant over the range of frequencies
DYNAMICS 11.0
模态叠加法
• 按自然频率和模态将完 全耦合的通用运动方程 转化为一组独立的非耦 合方程 • 可以用来处理瞬态动力 学分析和谐响应分析 • 详见《模态叠加法》
动力学控制方程方法求解方法
显式求解法
Training Manual
– ANSYS-LS/DYNA方法，也称为闭式求解法或预测求解 法； – 积分时间步 Dt必须很小，但求解速度很快(没有收敛问 题)； – 可用于波的传播，冲击载荷和高度非线性问题； – 当前时间点的位移 {u}t 由包含时间点 t 的方程推导出来 – 无条件稳定: Dt的大小仅仅受精度条件控制, 无稳定性。
DYNAMICS 11.0
阻尼定义与分类
Training Manual
阻尼是一种能量耗散机制，它使振动随时间减 弱并最终停止。 阻尼的数值主要取决于材料、运动速度和振动 频率。 阻尼可分类如下：
– 粘性阻尼
– 滞后或固体材料阻尼 – 库仑或干摩擦阻尼
DYNAMICS 11.0
粘性阻尼
Training Manual
• 比例常数 m 就是摩擦系数；
Training Manual
DYNAMICS 11.0
– 动力学分析中一般不予考虑。
阻尼矩阵
在ANSYS中,阻尼是各种指定阻尼的和
[C ] [ M ] ( c )[ K ]
workbench 谐响应 扫频 转子动力学
workbench 谐响应扫频转子动力学
我猜你想了解的是 Workbench 进行谐响应扫频和转子动力学分析的相关内容。
Workbench 是 ANSYS 公司推出的一款协同仿真环境，广泛应用于结构、流体、电磁等领域的仿真分析。
在 Workbench 中进行谐响应扫频和转子动力学分析的基本流程如下：
1. 建立模型：首先需要建立分析模型，包括几何模型和网格划分等。
可以使用Workbench 中的 DesignModeler 或 SpaceClaim 等工具进行建模和网格划分。
2. 施加激励：在模型上施加激励，例如力、压力、位移等。
可以使用 Workbench 中的Static Structural 或 Modal 等模块进行激励的施加。
3. 设置分析选项：设置谐响应分析的选项，例如频率范围、求解器等。
可以使用Workbench 中的 Harmonic Response 模块进行设置。
4. 进行分析：运行谐响应分析，得到模型的频率响应曲线。
可以使用 Workbench 中的Results 模块查看分析结果。
5. 进行转子动力学分析：如果需要进行转子动力学分析，可以在模型上添加轴承、轴等组件，并设置相应的边界条件和激励。
可以使用 Workbench 中的 Rotordynamics 模块进行分析。
需要注意的是，具体的分析流程和方法可能会因模型的不同而有所差异，建议你根据实际情况进行调整。
workbench转子动力学计算
workbench转子动力学计算Workbench是一种常用的工程仿真软件，特别是在转子动力学计算中的应用较为广泛。
在使用Workbench进行转子动力学计算时，需要注意以下几个方面：1. 转子模型的建立在进行转子动力学计算前，需要建立转子的3D模型。
建模时需要注意几个方面：- 保证模型的几何正确性：模型应该符合转子实际的几何形状和尺寸，否则计算结果可能会出现误差。
- 选取适当的网格：网格应该足够细密，以保证计算精度，但又不能过于细密，否则会增加计算时间。
- 设置适当的边界条件：边界条件包括约束和载荷，需要根据实际情况进行设置。
2. 材料参数的确定在进行转子动力学计算时，需要确定转子材料的参数，如弹性模量、泊松比、密度等。
这些参数可以从材料手册中获取，也可以通过实验测定得到。
在输入这些参数时，需要注意单位的一致性。
3. 转子受力分析转子在运转过程中会受到各种力的作用，如惯性力、浑沌力、受载力和支撑力等。
这些力的大小和方向在不同的运行工况下会发生变化，需要进行受力分析。
在进行受力分析时，需要考虑以下几个方面：- 受力分析的时程范围：需要根据实际工况确定受力分析的时程范围。
- 转子运转状态的确定：需要确定转子的运转速度、加速度和运动方向等参数。
- 支承结构的建立：需要建立转子的支承结构模型，以保证支承结构的刚度和约束条件的正确性。
- 载荷的设置：需要设置转子所受到的各种载荷，如静载荷、动载荷、冲击载荷等。
4. 转子动态响应分析在进行转子动力学计算时，需要进行转子动态响应分析，以得出转子在不同工况下的运动状态。
在进行动态响应分析时，需要注意以下几个方面：- 模型的动力学特性：需要计算模型的自然频率、振型和阻尼等特性参数，并根据这些参数进行模型的计算分析。
- 品质因数的设置：品质因数是衡量旋转机械动态响应能力的重要参数，需要根据实际情况进行设置。
- 动态响应分析方法的选择：常用的动态响应分析方法包括有限元法、有限差分法、边界元法等，需要根据实际情况选择适当的方法。
workbench 转子动力学 远端位移约束
workbench 转子动力学远端位移约束
摘要：
1.工作台（workbench）的定义和作用
2.转子动力学的概念和应用领域
3.远端位移约束的原理和应用
4.转子动力学与远端位移约束的关系
5.总结与展望
正文：
1.工作台（workbench）的定义和作用
工作台是一种用于进行各种工程操作的设备，通常具有固定的台面和一些可调节的支架或夹具，用于固定和支撑工件。
工作台在各种工业生产领域都有广泛的应用，例如机械制造、电子制造、汽车制造等。
2.转子动力学的概念和应用领域
转子动力学是研究转子机械在复杂载荷作用下的动力学行为和稳定性的学科。
它涉及到旋转机械的设计、制造、运行和维护等多个方面，广泛应用于航空、航天、能源、交通运输等各个领域。
3.远端位移约束的原理和应用
远端位移约束是一种用于限制机器人末端执行器在空间中的运动范围的技术。
通过设置远端位移约束，可以使机器人在执行任务时更加稳定和安全。
远端位移约束在工业机器人、医疗机器人、无人驾驶等领域都有广泛的应用。
4.转子动力学与远端位移约束的关系
在某些应用场景中，转子动力学和远端位移约束可能存在密切的关系。
例如，在工业机器人领域，转子动力学可以用于分析机器人的运动学和动力学性能，而远端位移约束则可以用于限制机器人的末端执行器的运动范围，从而提高机器人的精度和稳定性。
5.总结与展望
工作台、转子动力学和远端位移约束都是工程技术领域中非常重要的概念。
在实际应用中，这些概念可能存在密切的联系，需要工程师们综合考虑，以实现最佳的技术效果。
ANSYSworkbench联合dyna显示动力学分析
如有你有帮助，请购买下载，谢谢！
ANSYS workbench联合dyna显示动力学分析
说明：本文例子无太多工程意义，旨在说明操作步骤，供学习交流之用，如能起到抛砖引玉的作用，实乃荣幸！
1.打开workbench选中如图所示模块
2. 进入Engineering data 设置材料参数
3. 返回1界面，双击进入model
（1）设置材料参数
（2）suppress 多余的body
4.part 及接触设置
5.网格设置及划分
6.载荷及边界设置
7. 求解设置，求解并保存
8.找到K文件，如图所示的文件夹
K文件保存在目录（文件名）_files\dp0\SYS\MECH下，如图所示：
9.调用ansys-lsdyna求解K文件设置
10.
通过LS-prepost打开d3plot文件，进行后处理。
如下图：
1页。
ANSYS workbench 多体动力学分析功能说明
刚体动力学分析模块（ANSYS Rigid Dynamics）
ANSYS Rigid Dynamics是ANSYS 产品的一个附加模块，它集成于ANSYS Workbench环境下（继承了 Workbench与各种CAD软件之间的良好接口能力，如双向参数链接和互动等），在ANSYS 所具有的柔性 体动力学（瞬态动力学）分析功能的基础上，基于全新的模型处理方法和求解算法（显式积分技术），专 用于模拟由运动副和弹簧连接起来的刚性组件的动力学响应。其功能简述如下：
自动探测运动副 利用自动探测运动副功能来建立零件之间的连接关系。 根据自动探测的结果，可以快速修改运动副的连接关系。 完整的运动副类型和弹簧
利用完整的运动副类型（固定、转动、柱面滑动和转动、平动、滑槽、万向连接、球铰、平 面运动、自定义等） 和弹簧来建立零件之间的连接，提供精确的定位方法保证零件间的定位。 提供体对体(BTB)和体对地(BTG)等连接方法。 与Flexible Dynamics直接耦合 可以和ANSYS 模块的Flexible Dynamics功能在Workbench中实现无缝集成，一次求解同时 得到结构运动结果和强度/变形结果等，并支持柔性体的各种非线性特性（如接触、大变形、 材料非线性等）。 用户可自反作用力以及柔体的变形和应力。真正意义上实现了刚柔动力学分析的直接耦合。 Rigid Dynamics独特的前后处理 Windows操作风格 目录树管理模型数据库 支持两个零件连接面（运动关系）的清晰显示 快速高质量的动画显示效果 支持多窗口画面分割显示 自动生成计算报告
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ANSYS Workbench 刚柔混合－－多体 动力学分析
workbench 转子动力学 远端位移约束
workbench 转子动力学远端位移约束摘要：1.工作台转子动力学简介2.远端位移约束的定义和作用3.远端位移约束在工作台转子动力学中的应用4.远端位移约束对工作台转子动力学的影响5.结论正文：1.工作台转子动力学简介工作台转子动力学是研究转子在外力作用下的运动规律和转子与轴承之间相互作用的一门学科。
它涉及到旋转机械的诸多领域，如航空航天、汽车工程、能源等。
通过分析工作台转子动力学，可以优化设计、提高运行效率、降低故障率，从而提高整个系统的性能。
2.远端位移约束的定义和作用远端位移约束，是指在转子动力学分析中，对转子位置施加的一种限制。
它可以防止转子在运行过程中超出规定的运动范围，从而保证系统的稳定性和安全性。
远端位移约束通常通过边界条件或非线性约束方程来表示。
3.远端位移约束在工作台转子动力学中的应用在工作台转子动力学中，远端位移约束被广泛应用于轴承设计、转子系统建模和控制策略优化等方面。
通过引入远端位移约束，可以更准确地模拟转子在实际运行中的行为，从而为设计优化和故障诊断提供更为可靠的依据。
4.远端位移约束对工作台转子动力学的影响远端位移约束对工作台转子动力学的影响主要体现在以下几个方面：（1）提高系统稳定性：通过引入远端位移约束，可以限制转子位置，防止系统在运行过程中出现不稳定现象。
（2）减小系统误差：远端位移约束可以减小转子与轴承之间的相互作用误差，从而提高系统运行精度。
（3）优化设计参数：在转子动力学分析中，引入远端位移约束有助于优化设计参数，如轴承尺寸、转子质量等，从而提高整个系统的性能。
5.结论总之，远端位移约束在工作台转子动力学中具有重要意义。
通过引入远端位移约束，可以更准确地模拟转子在实际运行中的行为，从而为设计优化和故障诊断提供更为可靠的依据。
workbench动力学分析实例 PPT
Step 1 – Create the Project Schematic
Start ANSYS Workbench and follow the sequenced steps using the abbreviations shown below:
– DC = Double Click with Left Mouse Button – SC = Single Click with Left Mouse Button – RMB = Right Mouse Button Selection – D&D = Drag and Drop = Hold Left Mouse Button down on item while
Since the material is sufficiently defined, the blue question marks and yellow fields are no longer present in the data table.
Note: The resulting stress-strain curve is elastic – perfectly plastic. No strain hardening can develop.
Data to define a new material model.
Note: An existing material model in the Explicit Materials library could have been selected, but there are restrictions on element types that can be used with certain material models, which will be discussed later.
workbench 转子动力学 远端位移约束
workbench 转子动力学远端位移约束【原创实用版】目录1.工作台 (workbench) 的概述2.转子动力学的基本概念3.远端位移约束的定义和作用4.工作台、转子动力学和远端位移约束之间的关系5.应用实例及发展前景正文1.工作台 (workbench) 的概述工作台，也被称为工作台面或工作平台，是一种设备或工具，用于支撑和固定工件或工具，以便进行加工、装配、调试、测量等操作。
在机械工程、电子制造、航空航天等领域中，工作台被广泛应用。
2.转子动力学的基本概念转子动力学是研究转子在旋转过程中的力学行为和动力学特性的学科。
转子动力学主要研究内容包括转子的弯曲、扭转、振动、稳定性等。
在机械工程和动力工程等领域中，转子动力学的研究和应用具有重要意义。
3.远端位移约束的定义和作用远端位移约束，是指对转子在旋转过程中产生的位移进行限制的约束。
这种约束通常是通过轴承、联轴器等机械元件来实现的。
远端位移约束的作用是保证转子在旋转过程中的稳定性，防止转子因位移过大而产生振动或损坏。
4.工作台、转子动力学和远端位移约束之间的关系在工作台中，转子动力学和远端位移约束密切相关。
工作台需要保证转子在旋转过程中的稳定性，这就需要对转子的位移进行限制，即实施远端位移约束。
而远端位移约束的设计和优化，需要依据转子动力学的理论和方法。
因此，转子动力学和远端位移约束是工作台设计和应用的重要因素。
5.应用实例及发展前景工作台、转子动力学和远端位移约束在许多领域都有广泛应用，如航空航天、汽车制造、机械加工等。
例如，在航空发动机的制造和维修过程中，需要对转子进行精确的位移约束，以保证发动机的稳定性和性能。
workbench刚柔耦合动力学分析
原创：一个急回机构的刚柔混合的瞬态动力学分析，正在研究这个新的功能。
给大伙介绍一下简单的操作过程和应该注意的事项。
大家一起进步，对于其中的不足大伙可以指出来，见笑了。
这是一个类似牛头刨床的急回机构，它的运行原理是这样的：
划分网格：
我选用的材料是钢铁，大家也可以试着选用其他材料。
第一个转动铰链，其实无所谓第几个，没有先后顺序。
只要最后全满足条件即可。
这里值得注意点是。
转动铰链对ROTZ没有约束，所以操作的时候一定要注意当前的坐标系Z轴的方向和实际情况相符，如果不一致要修改坐标系。
具体如下：
点这个后，再点：RX，就是绕着X轴旋转的意思。
类似经典界面的WPROTAT,命令
我们转动合理的角度后就完成了一个转动铰链。
其他的就不说了，下面说下平动铰链
平动铰链不约束X 方向的平动。
和上面类似，把X轴指向你要确定方向即可。
如图：
另外那个槽铰链也是如此，最后别忘了让机架接地固结。
然后施加转速，我这里用的是一秒钟一转。
然后施加一个50N（不一定是这个数值）的力在滑块上，记住，滑块定义的是刚体，不能施加力载荷，这里用的是joint-load选项，这个我还没琢磨透。
DOF选择X方向type ：详细栏里选择force
剩下就是载荷步设置了：
求解！！！！
结果变形
等效弹性应变
滑块X轴的最大加速度等结果。
WORKBENCH中的动力学分析简介
…求解结果
• 对应于Frequency Finder 分支得ANSYS 命令如下:
– 假如Frequency Finder 分支被选上, 对应于ANTYPE,MODAL 命令 – 定义模态得阶数使用 nmodes 命令, 定义“搜索频率”得最小和最大范围使
用MODOPT,,nmodes,freqb,freqe 命令得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、
影响。 – FE Modeler 用来把Nastran得网格转化到ANSYS中使用。
WORKBENCH中得动力学分析
… ANSYS WORKBENCH概述
Design Simulation ANSYS Workbench
DesignXplorer
DesignModeler
FE Modeler
WORKBENCH中得动力学分析
– 边界条件对于模态分析来说,就是很重要得。因为她们能影响部件得振型和固 有频率、 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,因此在此分析中将不能被使用、 • 如果存在得话, 压缩约束通常会表现出与无摩擦约束相似、
ANSYS License DesignSpace Entra DesignSpace Professional Structural Mechanical/Multiphysics
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, 非线性得接触行为将就是自由无约束得(也就就是说, 好像 就是没有接触一样)、 绑定得和无间隙得接触将取决于pinball 区域得大小、
• pinball 区域由缺省值自动产生
Workbench行星齿轮瞬态动力学分析
首先拿到模型可以看出这里是个行星轮结构。
在这里首先将三角形的齿轮架给刚化，因为整个分析中不考虑它的影响，主要考虑齿轮之间的作用。
然后我们就需要对模型添加约束和连接，主要包括有joints和frictionless contacts，添加完的效果如图。
添加过程请看下面详述。
首先添加三个类似的运动副，都是需要Body-Ground形式。
第一个添加太阳轮的旋转副。
revolute joint。
Body-ground。
再添加三角架的旋转副。
revolute joint。
Body-ground。
再添加内齿圈的固定副。
fixed joint。
Body-ground。
接着添加一个Body-Body的旋转副，也就是三角板与行星轮之间的旋转连接。
revolute。
Body-Boby。
,.。
WORKBENCH中的动力学分析简介
– 假如需要得到应力、应变或者
各方向位移，可以通过
假如需要得到应力或者应变结 果，一定要在Frequency
ANSYS License DesignSpace Entra
Context 工具栏添加这些想要 Availability x
Finder 分支条 里加上这些选项， 而不是在Solution 分支条里面
– “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 （
DesignSpace
x
得到的结果. Professional
x
Structural
x
Mechanical/Multiphysics
x
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
WORKBENCH中的动力学分析
… ANSYS WORKBENCH 概述
Design Simulation 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
workbench 转子动力学 远端位移约束
标题：深入探讨workbench转子动力学及远端位移约束一、引言在工程设计和机械领域，转子动力学是一个重要的研究领域。
而在工程实践中，远端位移约束又是一个常见但复杂的问题。
本文将深入探讨workbench转子动力学及远端位移约束，帮助读者全面理解这一主题。
二、workbench转子动力学的基本概念1. workbench转子动力学的定义workbench转子动力学是指在工程领域中，研究转子在旋转运动中受到的力学、动力学以及振动等影响的学科领域。
2. 转子动力学的原理和应用workbench转子动力学研究的对象是旋转机械系统，如风力发电机、汽轮机、离心压缩机等，旨在分析和优化系统的振动、动力等性能，保证系统的安全运行和稳定性。
3. 转子动力学的数学模型在workbench转子动力学的研究中，数学模型是非常重要的工具。
通过建立数学模型，可以对转子系统的运动、振动、受力等进行准确描述和分析。
三、远端位移约束的理论基础1. 远端位移约束的概念和意义远端位移约束是指在机械系统中，远离约束点的一端受到的位移限制。
在工程设计中，远端位移约束的合理性对系统的稳定性和性能有重要影响。
2. 远端位移约束的分类远端位移约束可以分为完全约束和部分约束两种情况。
完全约束指系统在受到约束后完全无法移动，而部分约束指系统在受到约束后仍然可以有限制的运动。
3. 远端位移约束的数学描述在工程实践中，远端位移约束需要通过数学方法进行描述和分析，常用的方法包括拉格朗日乘子法、有限元法等。
四、workbench转子动力学中的远端位移约束分析1. 远端位移约束对转子动力学的影响在workbench转子动力学中，远端位移约束的存在会直接影响转子的振动特性、受力状态等，需要进行深入分析和研究。
2. 远端位移约束的数学建模针对workbench转子动力学中的远端位移约束问题，需要建立相应的数学模型，对系统的动力学特性进行分析和预测。
3. 案例分析：XXX转子系统中的远端位移约束以XXX转子系统为例，探讨其中存在的远端位移约束问题，并分析其对系统性能的影响和解决方法。
workbench动力学失稳算例
workbench动力学失稳算例
摘要：
1.引言
2.动力学失稳的概念
3.workbench 动力学失稳算例的介绍
4.workbench 动力学失稳算例的应用领域
5.结论
正文：
在工程领域中，结构的动力学失稳问题一直是工程师们关注的焦点。
为了更好地理解和解决这一问题，workbench 动力学失稳算例应运而生。
本文将对此进行详细介绍。
首先，我们需要了解动力学失稳的概念。
动力学失稳是指在一定的激励条件下，结构系统中的某一特定模态逐渐增长，直至结构破坏的过程。
它与结构的固有特性、外部激励以及结构参数密切相关。
接着，我们来介绍一下workbench 动力学失稳算例。
workbench 是一款强大的工程模拟软件，提供了丰富的工具和功能，用于解决各种工程问题。
在动力学失稳方面，workbench 提供了多种失稳分析方法，如特征值分析、频域分析、时域分析等，以满足不同工程需求。
此外，workbench 还支持多种动力学模型，如刚度模型、弹性模型、粘弹性模型等，使得动力学失稳分析更加精确。
workbench 动力学失稳算例广泛应用于各种工程领域，如航空航天、汽
车工程、建筑结构、机械设备等。
例如，在航空航天领域，workbench 可以用于分析飞行器在空气动力学载荷下的失稳现象；在汽车工程中，可以用于评估汽车零部件在行驶过程中的动力学失稳风险；在建筑结构领域，可以用于预测高层建筑在风载荷下的动力学失稳行为。
总之，workbench 动力学失稳算例为工程师们提供了一个强大的工具，可以有效解决结构动力学失稳问题。
Workbench行星齿轮瞬态动力学分析(甲类精制)
然后我们就需要对模型添加约束和连接，主要包括有joints和frictionless contacts，添加完的效果如图。添加过程请看下面详述。
首先添加三个类似的运动副，都是需要Body-Ground形式。
第一个添加太阳轮的旋转副。revolute joint。Body-ground。
再添加三角架的旋转副。revolute joint。Body-ground。
再添加内齿圈的固定副。fixed joint。Body-ground。
接着添加一个Body-Body的旋转副，也就是三角板与行星轮之间的旋转连接。revolute。Body-Boby。
ANSYS workbench 多体动力学分析功能说明
刚体动力学分析模块（ 刚体动力学分析模块（ANSYS Rigid Dynamics） ）
ANSYS Rigid Dynamics是ANSYS 产品的一个附加模块，它集成于ANSYS Workbench环境下（继承了 Workbench与各种CAD软件之间的良好接口能力，如双向参数链接和互动等），在ANSYS 所具有的柔性 体动力学（瞬态动力学）分析功能的基础上，基于全新的模型处理方法和求解算法（显式积分技术），专 用于模拟由运动副和弹簧连接起来的刚性组件的动力学响应。其功能简述如下： 自动探测运动副 利用自动探测运动副功能来建立零件之间的连接关系。 根据自动探测的结果，可以快速修改运动副的连接关系。 完整的运动副类型和弹簧 利用完整的运动副类型（固定、转动、柱面滑动和转动、平动、滑槽、万向连接、球铰、平 面运动、自定义等） 和弹簧来建立零件之间的连接，提供精确的定位方法保证零件间的定位。 提供体对体(BTB)和体对地(BTG)等连接方法。 与Flexible Dynamics直接耦合 直接耦合 可以和ANSYS 模块的Flexible Dynamics功能在Workbench中实现无缝集成，一次求解同时 得到结构运动结果和强度/变形结果等，并支持柔性体的各种非线性特性（如接触、大变形、 材料非线性等）。 用户可自由定义零件为刚体或柔体，设置相关求解属性，直接计算刚体的位移、速度、加速 度和反作用力以及柔体的变形和应力。真正意义上实现了刚柔动力学分析的直接耦合。 Rigid Dynamics独特的前后处理 独特的前后处理 Windows操作风格 目录树管理模型数据库 支持两个零件连接面（运动关系）的清晰显示 快速高质量的动画显示效果 支持多窗口画面分割显示 自动生成计算报告
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{ A(i ) } 特征向量 （模态向量） 振动的形状
A(i ) 描述了系统做第 i 阶主振动时具有的振动形态，称为第 i
阶主振型，或第 i 阶模态。
系统在各个坐标上都将以第 i 阶模态频率 0i 做简谐振动，并且同时通过静平衡位置。
第三节 模态分析步骤
实例 – 目标: 在这个练习，我们的目标是研究在一定
材料时需定义材料密度、泊松比、杨氏模量等。
（2） 添加材料
（3）网格划分
整体单元控制：单元尺寸为10mm
局部单元控制：两根角钢上的四个圆孔控制划分边长为10单元
（4）施加载荷约束
选择8个圆柱面，添加圆柱约束，径向固定，轴向固定，切向自由
2
代入振动方程： [ K ] 0 即：
[ M ] 0
特征方程
k11 2 m11
2
k12 2 m12
2
k1n 2 m1n
2
k 21 m21 k 22 m22 k 2 n m2 n 0 k n1 2 mn1 k n 2 2 mn 2 k nn 2 mnn
大小、方向或作用点随时间变化很快的荷载。
快慢标准： 是否会使结构产生显著的加速度。 显著标准： 质量运动加速度所引起的惯性力与荷载相比 是否可以忽略
问题：你知道有哪些动荷载？
第一章：结构动力学基础
（1）简谐荷载 荷载随时间周期性变化，并可以用简谐函数来表示。
FP
t
（2）一般周期荷载 荷载随时间作周期性变化，是时间t的周期函数，但不能简
六阶模态总变形分析云图
一阶预拉应力振型
二阶预拉应力振型
三阶预拉应力振型
四阶预拉应力振型
五阶预拉应力振型
六阶预拉应力振型
前五阶模态频率
没有预应力
预应力为108N
讨论：为什么会出现这样的差异？
4.3: 谐响应分析
第一节 谐响应分析的目的
简谐激励
转子 机械损伤 污染物堆积 轴弯曲 轴孔偏离中心
风扇 机械损伤 污染物堆积 轴孔偏离中心
（2）如果动荷载频率小于结构最低阶固有频率的1/3，可进
行静力分析。
（3）载荷对结构刚度的变化可忽略时，可进行线性分析。
（4）载荷引起结构刚度的变化很显著时，或应变超过弹性 范围，或两物体间存在接触，必须进行非线性分析。
4.2: 模态分析
第一节 模态分析的含义
什么是模态分析?
模态分析是用来确定结构的振动特性（固有频率和振型） 的一种技术。 模态分析的好处： – 使结构设计避免共振或以特定频率进行振动（例如 扬声器）； – 使工程师可以认识到结构对于不同类型的动力载荷 是如何响应的。
A
(i )
([ K ] 0 [M ])x 0
2
4.连续性线性系统
可有无数个自由度 ，对应于无数个模 态频率与模态振型。
n 自由度系统：0i
一一对应
i 1~ n
A
(i )
0i 特征值 （模态频率）
A1(i ) (i ) A R n1 (i ) An
式中： 为阻尼比
设其解为： 代入原方程，可得：
x(t ) X cos(t )
X A [1 ( / n ) 2 ]2 (2 / n ) 2
2 / n arctan 1 ( / n )2
0 2n a10 2( n1) an10 2 an 0 频率方程或特征多项式
解出 n 个值，按升序排列为：
2 2 2 0 01 02 0 n
0i ：第 i 阶固有频率
01：基频。
仅取决于系统本身的刚度、质量等物理参数。 将每一个0i 代入方程 可得到非零向量
建议： 在准备进行其它动力分析之前首先要进行
第二节 结构动力运动方程
1.单自由度无阻尼线性系统
Newton第二定律
F ma a x
系统的运动方程
kx 0 m x
令
x 0 x
2 0
k m
2 0
，则方程变为
无阻尼自由振动解的形式为：
x(t ) A cos(nt )
机械与动力工程学院 CAD/CAM工程技术研究中心
Ansys Workbench 结构动力学分析
主要内容
4.1: 动力学绪论
动力学分析概述 动力学研究内容 动力学分析的类型 4.3: 谐分析 第一节 谐分析目的 第一节 第二节 第三节 4.2:
第二节
第三节
术语和概念
谐分析步骤
模态分析 模态分析的含义 结构动力运动方程
结构体系
输入 input 输出 Output
质量、刚度 阻尼、约束 频率、振型
动力响应
动位移 加速度 速度 动应力 动力系数
时间函数
第二节 结构动力学研究的内容
第一类问题：反应分析（结构动力计算）
输入 （动力荷载） 结构 （系统）
输出 （动力反应）
第二类问题：参数（或称系统）识别
输入 （动力荷载） 结构 （系统） 输出 （动力反应）
的约束条件下如图所示的机架的模态，得到其振动特性。 – 已知条件 机架是用结构钢制造。 机架为一焊接件，并是一个连续
体（无接触）。
机架被设计用于支撑一台设备， 该设备在竖直方向上传递400N 的力。
–
启动界面
在“Analysis Systems”中选择 “Modal”，导入模型；双
击“Geometry”打开。
安全性：确定结构在动力荷载作用下可能产生的最大内力，
作为强度设计的依据； 舒适度：满足舒适度条件（位移、速度和加速度不超过规 范的许可值)。
结构动力体系
静荷载
大小 方向 作用点
位移
结构体系
输入 input
刚度、约束 杆件尺寸 截面特性
静力响应
输出 Output
内力 应力
数值
动荷载
大小 方向 作用点 时间变化
2 0
特征方程
上述方程可求得两个根 对于 01 可求得
01 、02 A11 , 对于 02 A21
可求得
A12 A22
3.多自由度无阻尼线性系统 系统运动方程： 方程解为：
K x 0 M x
x Rn
x Asin(0t )
通用表示为：
K x 0 M x
其中：
M
表示质量矩阵
K 表示刚度矩阵
表示加速度向量 x
x
表示位移向量
设方程的解为：
x Asin(0t )
k12 m A1 0 k22 m A2 0
1 (k1 k2 ) x1 k2 x2 0 x m1 2 k2 x1 (k2 k3 ) x2 0 x m2
方程组用矩阵表达为： 1 k1 k2 k2 x1 0 x m1 0 0 m k2 k3 x2 0 2 x2 k2
第二节 谐响应分析术语
谐波激励的下强迫运动
F (t )
m k c x 0
其中 F (t ) 为谐波激励力
F (t )
m
F (t ) F cos t
外力幅值 外力的激励频率 受力分析：
F
m x
kx cx
振动微分方程：
mx(t ) cx(t ) kx(t ) F (t )
– 建立项目
双击主界面Toolbox中的Custom System
Pre-Stress Modal
（预应力模态分析），同时创建分析项目A(静力分析)及项目B(模 态分析)，并导入几何体。
– 前处理 （1）添加材料库，将模型的材料设置为Stainless Steel(不锈钢)
（2）划分网格，将Element Size设置为100mm
单地用简谐函数来表示。
FP
t
（3）冲击荷载 荷载的幅值(大小)在很短时间内急剧增大或急剧减小。
FP
冲击荷载
t
FP
突加荷载
t
（4）随机荷载 荷载的幅值变化复杂、难以用解析函数解析表示的荷载。
25 20 Wind speed (m/s)
脉动风 平均风
t(sec)
风荷载
15 10 5 0 0 50 100 150 200 250
第三类问题：荷载识别
输入 （动力荷载） 结构 （系统） 输出 （动力反应）
第四类问题：控制问题
输入 （动力荷载） 结构 （系统） 输出 （动力反应）
控制系统 （装置、能量）
第三节 动力学分析类型
1.动荷载
静荷载： 动荷载：
大小、方向和作用点不随时间变化或变化很 缓慢的荷载。如：结构的自重、雪荷载等。
300
400
2 Acceleration (cm/s )
地震作用
200 0 -200
t(sec)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
2.动力学分析类型
（1）简谐荷载 谐响应分析
（2）一般周期荷载
谐波分析
（3）冲击荷载 （4）随机荷载
瞬态分析
模态分析
谱分析
3.分析类型的选择原则 （1）如果在相对较长时间内载荷是一个常数，可选择静力 分析，否则为动态分析。
其中A与 由初始条件决定 为系统的初相位 A为系统的响应的振幅，
k 为系统的固有圆频率，弧度/秒 n m
n fn 2
为系统的固有频率，Hz
1 2 T 为系统的周期，s f n n
2.二自由度无阻尼线性系统