ANSYS-谐响应分析
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i iw t iw t
(w M iwC K )(u1 iu2) (F1 iF2)
2
7
谐响应分析-术语和概念
运动方程(接上页)
载荷幅值 -1 载荷函数的相位角 实部, Fmaxcos 虚部, Fmaxsin 位移幅值 载荷函数的相位角 = 实部, umaxcosf = 虚部, umaxsinf
6
谐响应分析-术语和概念
运动方程
► 通用运动方程： C u K u F M u
F Fmaxe e (F1 iF2 )e ► [F]矩阵和 {u} 矩阵是简谐的，频率为 w: i iw t iw t u umaxe e (u1 iu2 )e
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，可以是同相或不同相的。
► 输出：
3
谐响应分析
第一节：定义和目的（接上页）
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。
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谐响应分析-步骤
选择分析类型和选项（接上页）
分析选项 ► 求解方法 - 完整法、缩减 法和模态叠加法。缺省为 完整法； ► 自由度输出格式 - 主要用 于批处理方式中； ► 集中质量矩阵。
推荐用于如果结构的一个方 向的尺寸远小于另两个方向 的尺寸的情况中。例如：细 长梁与薄壳。 典型命令: HROPT,...
HROUT,…
LUMPM,...
Fra Baidu bibliotek
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谐响应分析-步骤
选择分析类型和选项（接上页）
阻尼 典型命令: ► 从-阻尼、-阻尼和阻尼率中选取 ALPHAD,… ► 阻尼率最常用 BETAD,…
DMPRAT,...
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谐响应分析-步骤
施加谐波载荷并求解
建模 选择分析类型和选项
典型命令:
施加谐波载荷并求解 ► 所有施加的载荷以规定 的频率（或频率范围） 简谐地变化 ► “载荷”包括：
F2max f
实部
虚部
F1max
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谐响应分析-步骤
施加谐波载荷并求解（接上页）
振幅和相角（接上页） ► ANSYS 不能直接输入振幅 和相角，而是规定实部和 虚部分量； ► 例如，施加两个简谐力 F1 和 F2 ，其相角相差 f:
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谐响应分析
第一节：定义和目的（接上页）
为什么要作谐响应分析？ ► 确保一个给定的结构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）； ► 探测共振响应，并在必要时避免其发生（例如： 借助于阻尼器来避免共振）。
5
谐响应分析
第二节：术语和概念
包含的主题： ► 运动方程 ► 谐波载荷的本性 ► 复位移 ► 求解方法
具有阻尼 施加载荷是复数载荷（例如：虚部为非零的载荷）
► 复位移滞后一个相位角（相对于某一个基准
而言） ► 可以用实部和虚部或振幅和相角的形式来查看
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谐响应分析-术语和概念
求解方法
求解简谐运动方程的三种方法： ► 完整法
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）。
建模
模型 ► 只能用于线性单元和材料，忽略各种非线性； ► 记住要输入密度； ► 注意： 如果ALPX（热膨胀系数）和T均不为 零，就有可能不经意地包含了简谐热载荷。为 了避免这种事情发生，请将ALPX设置为零. 如 果参考温度 [TREF]与均匀节点温度 [TUNIF] 不一致, 那么T为非零值； ► 请参阅第一章中的建模需要考虑的问题。
缩减法
较快 较容易 不允许 允许 不允许 能 能 不允许 不需要 需要
模态叠加法
最快 难 允许 (一个载荷向量) 不允许 允许 能 不能 不允许 需要 需要 (如果选用缩减法)
12
谐响应分析
第三节：步骤
四个主要步骤： ► 建模 ► 选择分析类型和选项 ► 施加谐波载荷并求解 ► 观看结果
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谐响应分析-步骤
14
建模命令(接上页)
/PREP7 ET,... MP,EX,... MP,DENS,…
! 建立几何模型 …
谐响应分析-步骤
! 划分网格 ...
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谐响应分析-步骤
选择分析类型和选项
建模
选择分析类型和选项 ► 输入求解器，选择谐响 应分析； 典型命令 : ► 主要分析选项是求解方 /SOLU 法-在后面讨论； ANTYPE,HARMIC,NEW ► 规定阻尼-在后面讨论。
第三章 谐响应分析
第三章：谐响应分析
第一节：谐响应分析的定义和目的 第二节：关于谐响应分析的基本术语和概念 第三节：谐响应分析在ANSYS中的应用 第四节：谐响应分析的实例练习
2
谐响应分析
第一节：定义和目的
什么是谐响应分析？ ► 确定一个结构在已知频率的正弦（简谐） 载荷作用下结构响应的技术。 ► 输入：
位移约束-零或非零的 作用力
DK,… ! 或 D或DSYM DA,... DL,…
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谐响应分析-步骤
施加谐波载荷并求解（接上页）
规定谐波载荷时要包括： ► 振幅和相角 ► 频率 ► 阶梯载荷对线性变化载荷的说 明
振幅和相角 ► 载荷值（大小）代表振幅 Fmax ► 相角 f 是在两个或两个以上谐 波载荷间的相位差，单一载荷
► 缩减法*
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。
► 模态叠加法**
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谐响应分析-术语和概念
求解方法（接上页）
完整法
相对求解时间 相对的使用容易程度 允许元素载荷（例如压强）吗？ 允许非零位移载荷吗？ 允许模态阻尼吗？ 能处理预应力吗？ 能进行“Restart“吗？ 允许非对称矩阵吗？ 需要为了求解而选择模态吗？ 需要选择主自由度吗？ 慢 最容易 允许 允许 不允许 不能 能 允许 不需要 不需要
Fmax = I = = F1 = F2 = umax= f = u1 u2
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谐响应分析-术语和概念
谐波载荷的本性
► 在已知频率下正弦变化；
► 相角允许不同相的多个载
荷同时作用， 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。
虚部
实部
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谐响应分析-术语和概念
复位移
► 在下列情况下计算出的位移将是复数
(w M iwC K )(u1 iu2) (F1 iF2)
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谐响应分析-术语和概念
运动方程(接上页)
载荷幅值 -1 载荷函数的相位角 实部, Fmaxcos 虚部, Fmaxsin 位移幅值 载荷函数的相位角 = 实部, umaxcosf = 虚部, umaxsinf
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谐响应分析-术语和概念
运动方程
► 通用运动方程： C u K u F M u
F Fmaxe e (F1 iF2 )e ► [F]矩阵和 {u} 矩阵是简谐的，频率为 w: i iw t iw t u umaxe e (u1 iu2 )e
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，可以是同相或不同相的。
► 输出：
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谐响应分析
第一节：定义和目的（接上页）
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。
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谐响应分析-步骤
选择分析类型和选项（接上页）
分析选项 ► 求解方法 - 完整法、缩减 法和模态叠加法。缺省为 完整法； ► 自由度输出格式 - 主要用 于批处理方式中； ► 集中质量矩阵。
推荐用于如果结构的一个方 向的尺寸远小于另两个方向 的尺寸的情况中。例如：细 长梁与薄壳。 典型命令: HROPT,...
HROUT,…
LUMPM,...
Fra Baidu bibliotek
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谐响应分析-步骤
选择分析类型和选项（接上页）
阻尼 典型命令: ► 从-阻尼、-阻尼和阻尼率中选取 ALPHAD,… ► 阻尼率最常用 BETAD,…
DMPRAT,...
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谐响应分析-步骤
施加谐波载荷并求解
建模 选择分析类型和选项
典型命令:
施加谐波载荷并求解 ► 所有施加的载荷以规定 的频率（或频率范围） 简谐地变化 ► “载荷”包括：
F2max f
实部
虚部
F1max
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谐响应分析-步骤
施加谐波载荷并求解（接上页）
振幅和相角（接上页） ► ANSYS 不能直接输入振幅 和相角，而是规定实部和 虚部分量； ► 例如，施加两个简谐力 F1 和 F2 ，其相角相差 f:
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谐响应分析
第一节：定义和目的（接上页）
为什么要作谐响应分析？ ► 确保一个给定的结构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）； ► 探测共振响应，并在必要时避免其发生（例如： 借助于阻尼器来避免共振）。
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谐响应分析
第二节：术语和概念
包含的主题： ► 运动方程 ► 谐波载荷的本性 ► 复位移 ► 求解方法
具有阻尼 施加载荷是复数载荷（例如：虚部为非零的载荷）
► 复位移滞后一个相位角（相对于某一个基准
而言） ► 可以用实部和虚部或振幅和相角的形式来查看
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谐响应分析-术语和概念
求解方法
求解简谐运动方程的三种方法： ► 完整法
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）。
建模
模型 ► 只能用于线性单元和材料，忽略各种非线性； ► 记住要输入密度； ► 注意： 如果ALPX（热膨胀系数）和T均不为 零，就有可能不经意地包含了简谐热载荷。为 了避免这种事情发生，请将ALPX设置为零. 如 果参考温度 [TREF]与均匀节点温度 [TUNIF] 不一致, 那么T为非零值； ► 请参阅第一章中的建模需要考虑的问题。
缩减法
较快 较容易 不允许 允许 不允许 能 能 不允许 不需要 需要
模态叠加法
最快 难 允许 (一个载荷向量) 不允许 允许 能 不能 不允许 需要 需要 (如果选用缩减法)
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谐响应分析
第三节：步骤
四个主要步骤： ► 建模 ► 选择分析类型和选项 ► 施加谐波载荷并求解 ► 观看结果
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谐响应分析-步骤
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建模命令(接上页)
/PREP7 ET,... MP,EX,... MP,DENS,…
! 建立几何模型 …
谐响应分析-步骤
! 划分网格 ...
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谐响应分析-步骤
选择分析类型和选项
建模
选择分析类型和选项 ► 输入求解器，选择谐响 应分析； 典型命令 : ► 主要分析选项是求解方 /SOLU 法-在后面讨论； ANTYPE,HARMIC,NEW ► 规定阻尼-在后面讨论。
第三章 谐响应分析
第三章：谐响应分析
第一节：谐响应分析的定义和目的 第二节：关于谐响应分析的基本术语和概念 第三节：谐响应分析在ANSYS中的应用 第四节：谐响应分析的实例练习
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谐响应分析
第一节：定义和目的
什么是谐响应分析？ ► 确定一个结构在已知频率的正弦（简谐） 载荷作用下结构响应的技术。 ► 输入：
位移约束-零或非零的 作用力
DK,… ! 或 D或DSYM DA,... DL,…
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谐响应分析-步骤
施加谐波载荷并求解（接上页）
规定谐波载荷时要包括： ► 振幅和相角 ► 频率 ► 阶梯载荷对线性变化载荷的说 明
振幅和相角 ► 载荷值（大小）代表振幅 Fmax ► 相角 f 是在两个或两个以上谐 波载荷间的相位差，单一载荷
► 缩减法*
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。
► 模态叠加法**
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谐响应分析-术语和概念
求解方法（接上页）
完整法
相对求解时间 相对的使用容易程度 允许元素载荷（例如压强）吗？ 允许非零位移载荷吗？ 允许模态阻尼吗？ 能处理预应力吗？ 能进行“Restart“吗？ 允许非对称矩阵吗？ 需要为了求解而选择模态吗？ 需要选择主自由度吗？ 慢 最容易 允许 允许 不允许 不能 能 允许 不需要 不需要
Fmax = I = = F1 = F2 = umax= f = u1 u2
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谐响应分析-术语和概念
谐波载荷的本性
► 在已知频率下正弦变化；
► 相角允许不同相的多个载
荷同时作用， 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。
虚部
实部
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谐响应分析-术语和概念
复位移
► 在下列情况下计算出的位移将是复数