有预应力作用结构的模态分析实例
Radioss有预应力的模态分析
Radioss有预应力的模态分析在ANSYS14.5与HyperMeh12.0联合仿真有限元分析中，介绍了有预应力的模态分析实例。
如下图所示：图1有预应力的钢丝钢丝半径r=0.125mm，钢丝的材料特性：E某=2.1e5，u=0.3，den=7.84e-9。
有限元建模内容简单，不赘述了。
一、ANSYS中的关键步骤：边界条件：（1）约束钢丝左端节点的U某、UY、UZ、ROT某、ROTY自由度，模拟左端铰支，并将约束载荷放置于contraint1载荷集中。
（2）约束钢丝右端节点的UY、UZ、ROT某、ROTY自由度，并将约束载荷放置于contraint2载荷集中。
右端节点需要施加预紧拉力F1，故需要放开U某自由度。
（3）约束其余所有节点的UZ、ROT某、ROTY自由度，并将约束载荷放置于contraint3载荷集中。
（4）在钢丝右端节点施加拉力F1=30N，方向为某正向，并将载荷放置于force_某载荷集中。
创建静力分析载荷步：在ANSYS页面中，利用loadtep面板创建载荷步tep1，包含contraint1、contraint2、contraint3和force_某导出.cbd文件，导入ANSYS中进行静力学分析。
模态分析：ANSYS中完成静力分析之后，必须借助ANSYS界面才能完成后续的模态分析。
修改边界条件及载荷。
在HyperMeh中，已经约束钢丝右端节点的UY、UZ、ROT某、ROTY自由度。
为模拟右端铰支，利用ANSYS添加该节点的U某自由度约束，并删除作用于该节点的拉力F1。
然后进行模态工况的定义，求解。
二、Raido中的关键步骤：有限元建模部分很简单，不赘述。
边界条件的设置：（1）利用loadcollect创建载荷集contraint1、contraint2、force_某和eigrl。
（2）约束钢丝左端节点的U某、UY、UZ、ROT某、ROTY自由度，约束钢丝右端节点的UY、UZ、ROT某、ROTY自由度，并将约束载荷放置于contraint1载荷集中。
预应力混凝土构件受力分析及实例ppt课件
u u v , x x y x y x w , xy y y y z w u w , xy z z z x
图5.2-19第一主应力图
图5.2-20第二主应力图
图5.2-22应力集中图
0.056585 N / mm 38.326 m N / mm
2
38.3262
图5.2-23收敛曲线
比较
最大位移
ANSYS建模结 果 手算结果
最大应力
0.056585
24.36
0.035
19.37
•
结 论
• 通过对论文结果的分析讨论，可以得到以下结论： • （1）提高预应力筋配筋率，能显著提高梁的开裂荷载/ 弯矩以及极限承载能力/名义抗弯强度，梁的塑性逐渐 降低。 • （2）增大跨高比会显著降低梁的刚度、极限荷载和名 义抗弯强度，而梁的挠度显著增加。 • （3）随着预应力张拉力的提高，梁的开裂荷载和开裂 弯矩明显提高，但极限荷载和极限弯矩几乎没有变化。 • 采用有限元数值方法，借助通用有限元软件ANSYS， 模拟预应力混凝土结构是可行并且可靠的。
N 0
' ' ' p 0 p p
• 2.4 开裂后 • 受拉区预应力钢筋的增量可按偏心受压构件计算。 有下图知截面弯矩的平衡条件的
M N z z K 0 0 p A z p
• ----消压轴力作用点到预应力钢筋面积形心的距 离。见下图； • ----预应力钢筋面积形心至受压区合力点的距 离，根据试验研究和理论分析，ｚ可按下式计算：
ANSYS大变形预应力模态分析
率为分别为6．982HZ、1．967HZ、4．774HZ，可见存在较大的差别。
！1、建模，施加边界条件与荷载
finish
/clear
/PREP7
et,1,beam3
mp,ex,1,2.1e11
mp,prxy,1,0.3
mp,dens ,1,7800
R,1,0.06,0.00045,0.3, , , ,
.......
SOLVE
FINISH
3、模态分析
/SOL
antype,modal !定义模态分析
UPCOORD,1,ON ！修正坐标以得到正确的应力，同时将位移清零
！！！！Modifies the coordinates of the active set of nodes, based on the
！后处理查看结果
/post1
set,list
ANSYS大变形预应力模态分析
(2012-08-21 10:49:31) 转载▼
分类： 有限元软件-ansys
ANSYS大变形预应力模态分析
一、原理
大变形预应力模态分析用于计算高度变形后结构的固有频率和振型，
即在荷载作用下，结构的变形非常大(考虑几何非线性影响)，需要考虑
结构变形及其应力对固有频率和振型的影响。此时的模态分析与预应力
k,1
k,2,6
l,1,2
lesize,all,,,20
lmesh,all
dk,1,all
fk,2,fy,-1e6
fk,2,fx,-6e6
FINISH
!2、大变形静力分析
/SOL
antype,0
NLGEOM,ON ！打开大变形效应
PSTRES,ON
旋转叶片的预应力模态分析
旋转叶片的预应力模态分析1、首先打开输入参数2、定义单元类型点击add选择shell选择181单元3、定义材料点Material Models输入材料的弹性模量和泊松比输入材料的密度4、输入shell单元的截面点击add/edit输入上面定义的参数T5、生成关键点点in active cs，出现如下图框一次输入四个关键点点apply输入第四个关键点，点Ok，如下图所示四个关键点6、生成面点area->arbitrary->Through KPs一次选编号为1，2，3，4的关键点，点击OK，生成如下图的面7、划分网格点MeshTool点Global->set，设置面单元的大小输入0.005后，点击Ok。
点击Mesh，选择上面建好的面点OK，生成单元可以查看生成的shell单元厚度8、求解选择分析类型选择静态分析点击Ok9、激活预应力选项勾选Calculate prestress effects点击Ok10、添加位移约束对线L4进行全约束选择线，点OK 弹出点OK11、添加转速点OK12、求解可以得到其应力图13、进行模态分析选择模态求解器点OK对模态进行选项分析14、进行模态求解可以查看前五阶的频率***** INDEX OF DATA SETS ON RESULTS FILE *****SET TIME/FREQ LOAD STEP SUBSTEP CUMULATIVE1 46.571 1 1 12 155.97 1 2 23 182.01 1 3 34 247.33 1 4 45 305.27 1 5 5第一阶阵型图第二阶阵型图第三阶阵型图第四阶阵型图第五阶阵型图15、转速为OMIGA=1000是模态分析前五阶模态***** INDEX OF DATA SETS ON RESULTS FILE *****SET TIME/FREQ LOAD STEP SUBSTEP CUMULATIVE1 197.73 1 1 12 213.60 1 2 23 365.38 1 3 34 712.52 1 4 45 727.64 1 5 5第一阶阵型图第二阶阵型图第三阶阵型图第四阶阵型图第五阶阵型图。
预应力大变形模态分析到_PSTRES_和_SSTIF_的辨异
一，前言：在ANSYS中有两个命令可以将预应力效应激活并考虑在求解方程计算中，但是他们是有区别，最近在论坛上出现很多的帖子讨论预应力大变形模态分析，但是好象大家对以上两个命令出现一定程度的混淆，本文结合例子对以上两个命令及相关问题做以阐释。
不妥之处，欢迎高手批评指正二，例子简单介绍：借用网友的例子进行说明，下面简单介绍以下我们分析的问题。
实际的问题是两根拉索，通过圆钢管联系在一起成以下平面形状，拉索中通过施加应变yingbian=3.51e-3考虑索中的预应力。
本文将对以下结构进行静力求解和模态求解。
三，静力求解结果分析：本文采用以下四种不同的求解方式进行求解，并对结果进行分析：SOLUTION 1 小变形求解，不激活以上两个命令，使用以下命令流：Nlgeom,offSstif,offPstres,offSolvSOLUTION 2-1 小变形求解，激活Pstres命令，使用以下命令流：Nlgeom,offPstres,onsolvSOLUTION 2-2 大变形求解，激活Pstres命令，使用以下命令流：Nlgeom,onPstres,onsolvSOLUTION 2-2 大变形求解，激活SSTIF,on命令，使用以下命令流：Nlgeom,onSstif,onsolv经过求解分别得到以下计算结果:以UX变形为例结论：通过以上结果可见，PSTRES，ON 是不适合用于大变形分析，因为该命令不会激活△U的附加刚度矩阵。
四，命令辨析：为从根本上阐明以上问题，我们先从两个命令的说明上进行对比，区分其中的不同之处。
4-1PSTRES 命令PSTRES, KeySpecifies whether *1pstress effects are calculated or included.注1，Pstres主要为激活预应力效应，注意和SSTIF使用目的的区别NotesSpecifies whether or not prestress effects are to be calculated or included. Prestress effects are calculated in a static or transient analysis for inclusion in a buckling, modal, harmonic (Method = FULL or REDUC), transient (Method = REDUC), or substructure generation analysis. If used in SOLUTION, this command is valid only*2within the first load step.注2，Pstres只在第一个荷载步中有效，注意命令的生存时间If the prestress effects are to be calculated in a nonlinear static or transient analysis (for a prestressed modal analysis of a large-deflection solution), you can issue a SSTIF,ON command (*3rather than a PSTRES,ON command) in the static analysis.注3：如果在静力分析和瞬态分析（用于预应力大变形模态分析）中计算预应力效应，则应该指定ssitf命令而不是pstres命令4-2 SSTIF 命令SSTIF, KeyActivates*1 stress stiffness effects in a nonlinear analysis.注1，Ssfif主要为非线性分析中激活应力刚度效应，注意和SSTIF使用目的的区别NotesActivates stress stiffness effects in a nonlinear analysis (ANTYPE,STA TIC orTRANS). (*2The PSTRES command also controls the generation of the stress stiffness matrix and therefore should not be used in conjunction with SSTIF.)注2，Pstres命令同样控制应力刚度矩阵，因此不能和sstif连用。
预应力应用实例
预应力结构基本形式现代预应力结构是利用高性能材料、现代设计理论和先进施工工艺进行设计、建造的高效结构。
与非预应力结构相比，现代预应力结构不仅具有跨越能力大、受力性能好、使用性能优越、耐久性高、轻巧美观等优点，而且与其他结构相比具有比较经济，节材、节能的效果。
现代预应力结构具有广泛的发展前景，目前，现代预应力结构已渗透到土木工程的各个领域，是建造高层建筑、高耸结构；大跨度、大空间结构；重载结构；特种结构及特殊用途工程中不可缺少的、最为重要的结构形式之一。
现浇整体预应力结构可以分为房屋建筑、桥梁工程、特种结构、路面结构、加固改造结构等类型，在这里，我收集整理了房屋建筑和桥梁结构中较为典型的结构形式。
一、房屋建筑1.预应力混凝土框架结构预应力混凝土框架结构是预应力结构中应用最广的结构形式。
如该项目，位于海南海口，是海南省体育中心的综合训练馆，采用了有粘结预应力框架梁、柱结构，梁跨度为36m，柱距为8m，混凝土强度等级采用C40，共3层。
其结构平面如图一所示。
其梁、柱均为预应力构件，主梁尺寸为b×h=600mm×2400mm，预应力配筋为4束9φ15.2，预应力柱截面尺寸为b×h=1300mm×1300mm，一层柱预应力配筋为2束9φ15.2，二层柱预应力配筋为4束12φ15.2，预应力钢筋采用1860MPa级高强度低松弛钢绞线。
图1 预应力混凝土框架结构简图（一）（a）工程图片该工程由于跨度较大，在梁、柱中均采用了预应力技术。
考虑到预应力柱的张拉力较大，在张拉过程中可能产生过大的压缩变形，为了避免在施工过程中对梁底支撑产生过大的不利影响，在张拉柱的预应力筋时，未采用一次张拉到位的方式，而采用了柱、梁交叉张拉顺序。
图2 预应力混凝土框架结构简图（二）（b）结构平面示意图2.预应力混凝土平板结构由于预应力混凝土平板结构中预应力筋为无粘结预应力筋，因此又常被称为无粘结预应力平板结构。
mechanical预应力模态分析简单示例(图文教程)(1)
mechanical预应力模态分析简单示例（图文教程）
最近论坛里有朋友提到模态分析，这里说明下并举一个小例子供大家参考
首先简单说明下模态分析的作用：
模态分析的最终目标在是识别出系统的模态参数，为结构系统的特性分析、故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据。
模态分析技术的应用可归结为一下几个方面：
1) 评价现有结构系统的动态特性；
2) 在新产品设计中进行结构动态特性的预估和优化设计；
3) 诊断及预报结构系统的故障；
4) 控制结构的辐射噪声；
5) 识别结构系统的载荷。
模态分析是建立动态分析的基础和前提，还是很重要的。
下面举个小例子
一、建立一个简单的模型：
15*30*5的长方体。
二、进入mechanical，给模型加上一些分析的条件：
约束设定：
压力载荷的设定：
三：在模态分析前，首先要建立一个静态分析，这是运行模态分析的前提：
四：在静态分析结束后，我们就可以进行模态分析的设置了：
五：结果的显示和说明：
打开结果显示的对话框，选择模态分析的结果：
mechanical在模态分析中提供了四种不同的显示形态：
1.云纹图，很直观的
2.矢量图
3.图表，反应数据间的关系
4.模态图，用简单的动画来显示模型是如何被扭曲的
设置完毕后，我们可以任意组合选项，来显示我们所需要的数据：
模态分析是动态分析的基础，也是进行动态频域、冲击、振动分析的前提条件。
Workbench-预应力模态分析
Workbench-预应力模态分析ANSYS Workbench 作业题目：预应力模态分析机械工程学院姓名：林静学号：1308020305指导教师：赵知辛Workbench 预应力模态分析哑铃静止在面时，受重力作用，利用作用在杆中部的拉力替代重力，对哑铃进行预应力模态分析1.选择分析模块在Custom system 选择Pre-Stress Modal，双击出现右下界面2.双击Engineering Data添加材料，选择铝合金3.导入事先画好的几何模型右键单击Geometry ,出现Import Geometry,选择几何模型4.双击Model，启动Mechanical 程序单击Geometry 下的哑铃，在Assignment中添加材料打开后界面如下：6 .划分网格光标置于Mesh上，在Relevance Center中选择Medium,双击Mesh，开始划分网格网格划分结果如下：7.在Static Structural 中添加约束和预应力光标置于Static Structural上，在菜单栏Support设定约束和在Loads中加载预应力，如下所示：7.此时树形结构modal中会有pre-stress ，来自于static structural （即上述结构中所加载的）8.预应力求解光标置于Static Structural下的Solution上，在菜单栏的Stress和Deformation 中添加求解Equivalent Stress和Total Deformation，单击菜单栏中Solve,进行求解，结果如下：9.模态求解光标置于Modal下的Solution上，右键单击，选中solve,进行求解,界面如下：9.求解后在Graph中右键单击选择Select All,再次单击右键C reate Modal Shape Results ，在树形结构后下会出现Solution Information11.右键单击Modal下的Solution，选择Evaluate All Results,求解界面如下：12.查看各项模态分析结果逐个单击各项Total Deformation,显示各项模态图，如下（1）一阶模态（2）二阶模态（3）三阶模态（4）四阶模态（5）五阶模态(6)六阶模态。
【技贴】预应力对模态结果的影响研究！
【技贴】预应⼒对模态结果的影响研究！⼀、前⾔在⼤千世界⾥，模态⽆处不在，这句话感觉有点“虚”。
但确实是这样，我们⽣活的环境时刻都是在运动的，静⽌是相对的。
对于模态这个词，在NVH⾥常常遇到，是分析振动噪声问题的基础。
⼏乎所有的振动噪声问题都和模态有关，不管是普通的结构振动，还是⾼深的声学，都和模态有着不可分割的联系。
对于模态，我们可能会想到⽤⼀些术语来表征，如频率、振型、阻尼等；其实我们还可以⽤另⼀种⽅式来表达模态的含义，模态实际上是⼀个结构或系统储存能量的形式，所有的系统都可⽤能量来表述。
⽐如荡秋千，是⼀个基本的振动形式，能量不断的由势能转为动能，动能转为势能，进⽽由于外界阻⼒或系统阻尼的存在，系统会慢慢停⽌到原点，但是能量最终还是存储在系统中。
世界万物归结到底据说可以⽤⼀种理论——弦理论来表征。
太⾼深了，听起来有点吃⼒。
（图⽚来⾃⽹络）【摘⾃度娘：“弦理论是⼀门理论物理学上的学说。
理论⾥的物理模型认为组成所有物质的最基本单位是⼀⼩段“能量弦线”，⼤⾄星际银河，⼩⾄电⼦，质⼦，夸克⼀类的基本粒⼦都是由这占有⼆维时空的“能量线”所组成。
”在弦理论中，基本对象不是占据空间单独⼀点的基本粒⼦，⽽是⼀维的弦。
这些弦可以有端点，或者他们可以⾃⼰连接成⼀个闭合圈环。
正如⼩提琴上的弦，弦理论中⽀持⼀定的振荡模式，或者共振频率，其波长准确地配合】⼀般在分析结构或系统模态的时候，多数情况是没有考虑到预应⼒的影响；但在实际的结构中，⼀个系统的模态常常会在预先施加内⼒的情况进⾏计算，如预应⼒楼板、预应⼒桥梁、汽车中的⼀些⼆⼒杆（如转向直拉杆）等，这时预应⼒对模态是否有影响？在拉⼒或压⼒作⽤下模态是偏⼤还是偏⼩？⼆、弦振动基础我们知道吉他声⾳随着琴弦的绷紧会越来越⾼，开始琴弦松的时候，发不出声⾳，但是琴弦慢慢绷紧，声⾳也出来了；⽽且当调节⼒加⼤⼀定程度后，琴弦有可能断开。
这说明琴弦拉⼒越⼤，琴弦的“横向刚度”越⼤，振动的频率越⾼，进⽽就可以发出更⾼的声⾳。
第11章 有预应力作用结构的模态分析实例
对话框不会被关闭。 4．接着在图示对话框中的右边的滚动框中单击“Quad 8node 45”，使其高亮 度显示，选择8节点六面体单元SOLID45。 5． 单击OK按钮，添加六面体单元SOLID45为2号单元，并关闭单元类型库 (Library of Element Types)对话框。 6．在Element Types (单元类型定义)对话框的列表框中将会列出刚定义的两种 单元类型：PLANE42、 SOLID45，单击Close按钮，关闭Element Types (单元 类型定义)对话框，完成单元类型的定义。
3．在图示对话框的EX文本框中输入2.1E5，PRXY文本框中输入0.3。定义材 料的弹性模量为2.1E5Mp，泊松比为0.3。然后单击OK按钮，关闭对话框。
应用力学研究所
李永强
§11.2 建立模型
定义材料性能
4．接着双击Density，弹出Density for Material Number 1 (1号材料密度定义)
应用力学研究所
李永强
§11.2 建立模型
建立轮盘截面几何模型_创建关键点和不规则面
通过ANSYS提供的由关键点创建不规则面的方法，可以很方便地建立轮盘截
面其余部分的面，具体的操作如下。 1．选取菜单路径Main Menu | Preprocessor | Modeling | Create | Keypoints | In Active CS，将弹出Create Keypoints in Active Coordinate System (根据坐标创建关 键点)对话框，如图所示。 2．在对话框中，输入Keypoint number (关键点号)为9，X,Y,Z位臵分别为-4，55， 0。可用Tab键在输入区之间移动。单击Apply按钮，完成关键点9的定义。由于单 击了Apply按钮，所以对话框将继续显示。 3．重复步骤2中的操作过程，创建下面的关键点： 关键点10：4，55，0 关键点11：-3，140，0 关键点12：3，140，0 输入完最后一个关键点后，单击OK按钮。图形输出窗口将显示刚创建的各个 关键点，如图所示。
Radioss 有预应力的模态分析
Radioss 有预应力的模态分析在ANSYS14.5与HyperMesh12.0联合仿真有限元分析中，介绍了有预应力的模态分析实例。
如下图所示：图1 有预应力的钢丝钢丝半径r=0.125mm，钢丝的材料特性：EX=2.1e5，u=0.3，dens=7.84e-9。
有限元建模内容简单，不赘述了。
一、ANSYS中的关键步骤：边界条件：（1）约束钢丝左端节点的UX、UY、UZ、ROTX、ROTY自由度，模拟左端铰支，并将约束载荷放置于constraints1载荷集中。
（2）约束钢丝右端节点的UY、UZ、ROTX、ROTY自由度，并将约束载荷放置于constraints2载荷集中。
右端节点需要施加预紧拉力F1，故需要放开UX自由度。
（3）约束其余所有节点的UZ、ROTX、ROTY自由度，并将约束载荷放置于constraints3载荷集中。
（4）在钢丝右端节点施加拉力F1=30N，方向为X正向，并将载荷放置于force_x载荷集中。
创建静力分析载荷步：在ANSYS页面中，利用load steps面板创建载荷步step1，包含constraints1、constraints2、constraints3和force_x导出.cbd文件，导入ANSYS中进行静力学分析。
模态分析：ANSYS中完成静力分析之后，必须借助ANSYS界面才能完成后续的模态分析。
修改边界条件及载荷。
在HyperMesh中，已经约束钢丝右端节点的UY、UZ、ROTX、ROTY自由度。
为模拟右端铰支，利用ANSYS添加该节点的UX自由度约束，并删除作用于该节点的拉力F1。
然后进行模态工况的定义，求解。
二、Raidoss中的关键步骤：有限元建模部分很简单，不赘述。
边界条件的设置：（1）利用load collects 创建载荷集constraints1、constraints2、force_x和eigrl。
（2）约束钢丝左端节点的UX、UY、UZ、ROTX、ROTY自由度，约束钢丝右端节点的UY、UZ、ROTX、ROTY自由度，并将约束载荷放置于constraints1载荷集中。
Workbench 预应力模态分析
ANSYS Workbench 作业题目：预应力模态分析机械工程学院姓名：林静学号：1308020305指导教师：赵知辛Workbench 预应力模态分析哑铃静止在面时，受重力作用，利用作用在杆中部的拉力替代重力，对哑铃进行预应力模态分析1.选择分析模块在Custom system 选择Pre-Stress Modal，双击出现右下界面2.双击Engineering Data添加材料，选择铝合金3.导入事先画好的几何模型右键单击Geometry ,出现Import Geometry,选择几何模型4.双击Model，启动Mechanical 程序单击Geometry 下的哑铃，在Assignment中添加材料打开后界面如下：6 .划分网格光标置于Mesh上，在Relevance Center中选择Medium,双击Mesh，开始划分网格网格划分结果如下：7.在Static Structural 中添加约束和预应力光标置于Static Structural上，在菜单栏Support设定约束和在Loads中加载预应力，如下所示：7.此时树形结构modal中会有pre-stress ，来自于static structural （即上述结构中所加载的）8.预应力求解光标置于Static Structural下的Solution上，在菜单栏的Stress和Deformation中添加求解Equivalent Stress和Total Deformation，单击菜单栏中Solve,进行求解，结果如下：9.模态求解光标置于Modal下的Solution上，右键单击，选中solve,进行求解,界面如下：9.求解后在Graph中右键单击选择Select All,再次单击右键C reate Modal Shape Results ，在树形结构后下会出现Solution Information11.右键单击Modal下的Solution，选择Evaluate All Results,求解界面如下：12.查看各项模态分析结果逐个单击各项Total Deformation,显示各项模态图，如下（1）一阶模态（2）二阶模态（3）三阶模态（4）四阶模态（5）五阶模态(6)六阶模态。
预应力结构的模态分析
案例：使用SOL 106计算预应力结构模态 (续)
要求SOL 106非线性求解类型。求解参数允许大位移和跟随力。如果包含非 线性材料可以考虑其对结构的影响。
案例：使用SOL 106计算预应力结构模态 (续)
选取包含压力载荷的subcase，然后选择subcase Parameter，勾选 normal modes项表示考虑模态分析。 注意
●
●
预应力结构的模态分析（续）
●
推荐
● 如果位移量小并且没有明显的非线性发生，适用SOL103方法 ● 如果非线性或大位移是重要的，适用SOL106方法。
●
Patran直接支持SOL106方法，包含多个subcases.
●
●
Patran直接支持SOL103方法，通过选择先前创建的 带“(Preload)”前缀的静态subcase。
现在展示对应力结构模态
●
两端闭合的薄壁圆柱的正则模态分析考虑以下两个条件
a. 无预载荷 b. 内部承受100 psi的压力
几何模型:
d
t
l
案例：使用SOL 106计算预应力结构模态(续)
圆柱壁厚
盖子厚度 长(l) 直径 (d) 弹性模量 密度 柏松比
预应力结构的模态分析（续）
●
在MD Nastran里考虑3种基本的方法
●
使用冷启动运行SOL 103包含两个subcases，第一个subcase被用来从 线性静力分析中获取微分刚度，第二个subcase被用来使用前一个 subcase的微分刚度计算特征值。这种方法只允许小位移理论的几何刚 度和跟随力刚度更新。 使用冷启动运行SOL 106并且使用模态分析最后载荷步完成后的刚度矩 阵。这种方法支持所有的非线性材料、几何大变形和跟随力问题。 使用冷启动运行SOL 106，然后使用SOL 103重启动。这种方法被用于 MD Nastran V2001之前版本。该方法不推荐经验较少的用户使用，因为 需要控制许多参数。所有的非线性影响可以被使用。
有预应力模态分析
有预应力情况的模态分析有预应力模态分析用于计算有预应力结构的固有频率和模态，如旋转的涡轮叶片的模态分析。
除了首先要通过进行静力分析把预应力加到结构上外，有预应力模态分析的过程和常规模态分析基本上一样：1.建模并获取打开预应力效应［PSTRES,ON］的静力分析解。
静力分析中的集中质量矩阵的设置［LUMPM］必须与随后的有预应力模态分析中的集中质量矩阵设置一致。
“静力学分析”中描述了如何进行静力学分析。
2.重新进入求解器并获取模态分析解，注意打开预应力效应选项（再用一次命令PRSTES,ON）。
另外，在静力学分析中生成的文件Jobname.EMA T和Jobname.ESA V必须都存在。
3.扩展模态并在后处理器中观察它们。
步骤1也可以是一个瞬态分析，但应当记住在需要的时间点保存.EMAT和.ESA V文件。
§1.11 大变形预应力模态分析可以在大变形静力学分析后进行预应力模态分析，以便计算高度变形结构的固有频率和振型。
除用PSOLVE命令而不是SOLVE命令执行模态分析求解，其他过程与有预应力模态分析过程一致，参见下面列出的简单命令流。
另外，必须用UPCOORD命令修正坐标以得到正确的应力，使用EMATWRITE 命令指定写出File.EMAT 文件。
注意—该过程需要单元材料和上一次静力分析得到得单元载荷矢量（例如，压力、温度和加速度载荷）。
如果( 利用命令LVSCALE ) 指定，这些载荷将传递给后续的模态叠加分析。
!Initial,large deflection static analysis!/PREP7...FINISH/SOLUANTYPE,STATIC!Static analysisNLGEOM,ON!Large deflection analysisPSTRES,ON!Flag to calculate the prestress matrixEMATWRITE,YES!Write File.EMAT(input to PSOLVE step)...SOLVEFINISH!!Prestressed modal analysis!/SOLUANTYPE,MODAL!Modal analysisUPCOORD,1.0,ON!Add previous displ.to coordinates and then zero!the displacementsPSTRES,ON!Prestress effects onMODOPT,...!Select eigensolverMXPAND,...!Specify number of modes to be expanded,if desiredPSOLVE,EIGxxxx!Calculates the eigenvalues and eigenvectors.!Use EIGLANB,EIGFULL,EIGUNSYM,or EIGDAMP to!match MODOPT command.FINISH/SOLU!Additional solution step for expansion.EXPASS,ONPSOLVE,EIGEXP!Expands the eigenvector solution.Required if you!want to review mode shapes in the postprocessor.FINISH§1.12循环对称结构的模态分析如果结构呈现出循环对称（例如，风轮或正齿轮）特点，则可以通过仅对它的一部分建模来计算结构整体的固有频率和振型。
ANSYS模态分析实例
“Components”
– 在 “Y Component”中输入10100
23
26. 从“Static Structural”分支复制边界条件至 “Harmonic Response”分支
27. 求解谐响应分析.
24
25
10100
Workshop 1 – 谐响应分析结果
• 当谐响应分析求解完毕，查看结果.
18
Workshop 1 – 评述
• 记住:
– 在模态振型中的位移幅值是相对的，并不反应实际的位移幅值. – 最大的幅值将取决于系统的实际能量输入. – 下面我们将进行一次谐响应分析，以确定实际动态响应的幅值.
Workshop 1 – 谐响应分析求解
• 当静力分析和模态分析分支准备完毕， 即将添加谐响应分析.
• 点击求解，后处理结果将会被更新.
17
. . . Workshop 1 – 结果
18. 查看每一阶模态的分析结果，点击每一阶模态对 应的“Total Deformation”.
– 可以动画显示每一阶振型。 – 注意: 关注最高阶自然频率的振型：
Max Indicated Freq = _________________Hz.
8
9. 对于Y 和Z 方向，输入0替换“Free”， “X” 方向仍然 保留为 “Free”.
9
Workshop 1 – 环境
• 在预应力分析中，需要考虑”重力“的影响. 10. 选择>Inertial>Standard Earth Gravity 11. 在 “Details”中， 改变方向为“-Z Direction”.
19. 点击New Analysis，选择 >Harmonic
电动四轮割草机核心部件预应力模态分析
电动四轮割草机核心部件预应力模态分析
本文主要介绍电动四轮割草机的核心部件——刀盘轴承的预应力模态分析。
刀盘轴承
是电动四轮割草机的重要部件之一，它直接关系到割草机的工作效率和稳定性。
预应力在
轴承内部的作用是保证轴承在工作过程中具有足够的刚度和精度，可以承受来自外部的载荷。
同时，预应力也对轴承的寿命、运行精度和旋转平稳性等方面产生重要的影响。
因此，进行预应力模态分析具有一定的理论意义和实际应用价值。
首先，利用ANSYS软件建立电动四轮割草机的三维有限元模型，包括刀盘轴承和相关
连接件等部件。
然后，将轴承受到的外部载荷设置为10N，对模型进行模态分析，得到其
自然频率和振型。
模态分析结果表明，刀盘轴承在预应力状态下具有稳定的振动模态和较高的自然频率。
在模态振型中，轴承内部的各个部件都没有出现明显的振动和变形，轴承内部的预应力起
到了很好的稳定作用。
此外，轴承的自然频率也比较高，表明其在工作过程中具有较好的
稳定性和抗干扰能力。
通过这些分析结果，可以发现预应力在刀盘轴承中的重要性，也突显了电动四轮割草
机的结构稳定性和可靠性。
在实际应用中，需要注意对轴承进行预应力调整和检测，以确
保其具有良好的工作性能和可靠性。
同时，还可以通过对不同外部载荷下的模态分析，进
一步了解轴承的工作特性和受力情况。
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按钮，故对话框
不会被关闭。
4．接着在图 11.6 所示对话框中的右边的滚动框中单击“Quad 8node 45”，使其高亮
度显示，选择 8 节点六面体单元 SOLID45。
5．单击
按钮，添加六面体单元 SOLID45 为 2 号单元，并关闭单元类型库(Library
of Element Types)对话框。
图 11.1 轮盘截面形状和几何尺寸
11.2 建立模型
同其它类型的有限元分析一样，进行模态分析时首先需要建立相应的有限元模型。在 ANSYS6.1 中，首先通过完成如下工作来建立本实例的有限元模型，需要完成的工作有： 指定分析标题并设定分析范畴，定义材料性能参数，定义单元类型，建立几何模型并划分 有限元网格等。本实例采用先建立分析部件的几何模型，然后对几何模型进行有限元分网 的方法来建立有限元分析模型。并着重介绍如何用关键点来创建面的方法，并使用了许多 关于面的操作命令，读者可以学习。下面将详细讲解分析过程。
1．选取菜单路径 Main Menu | Preprocessor | Material Props | Material Models，将弹 出材料模型定义(Define Material Model Behavior)对话框，如图 11.7 所示。
图 11.7 材料模型定义对话框
2．在对话框的右边的 Material Models Available(适用的材料模型)列表框中，依次双击 Structural | Linear | Elastic | Isotropic，将弹出 1 号材料的弹性模量 EX 和泊松比 PRXY 的定 义对话框，如图 11.8 所示。
第 11 章 有预应力作用结构的模态分析实例
在进行高速旋转机械的转子系统动力设计时，需要对转动部件进行模态分析，求解出 其固有频率和相应的模态振型。通过合理的设计使其工作转速尽量远离转子系统的固有频 率。而对于高速部件，工作时由于受到离心力的影响，其固有频率跟静止时相比会有一定 的变化。为此，在进行模态分析时需要考虑离心力的影响。用 ANSYS6.1 可以很方便地对 这类问题进行分析。通过下面的实例来讲解如何用 ANSYS 进行有预应力的结构的模态分 析。如果进行的模态分析不考虑预应力的影响，则分析时不用打开相应的预应力选项即可。
可用 Tab 键在输入区之间移动。单击
按钮，完成关键点 9 的定义。由于单击了
按钮，所以对话框将继续显示。
3．重复步骤 2 中的操作过程，创建下面的关键点：
关键点 10：4，55，0
关键点 11：-3，140，0
关键点 12：3，140，0
输入完最后一个关键点后，单击
按钮。图形输出窗口将显示刚创建的各个关键
将弹出 Create Keypoints in Active Coordinate System (根据坐标创建关键点)对话框，如图 11.13 所示。
图 11.13 根据坐标创建关键点对话框
2．在对话框中，输入 Keypoint number (关键点号)为 9，X,Y,Z 位置分别为-4，55，0。
2．在弹出的对话框中，输入矩形的两个对角位置：
WP X=-15
WP Y=15 Width＝30 Height＝25 注：其中 WP X，WP Y 为矩形左下角在工作平面内的坐标，
Width，Height 为矩形的宽和高。
3．单击
按钮，在图形窗口将显示创建的第一个矩形，
如图 11.11 所示。
图 11.10 创建矩形面
图 11.8 线性各向同性材料定义对话框
3．在图 11.8 所示对话框的 EX 文本框中输入 2.1E5，PRXY 文本框中输入 0.3。定义材
料的弹性模量为 2.1E5Mp，泊松比为 0.3。然后单击
按钮，关闭对话框。
4．接着双击 Density(见图 11.7)，弹出 Density for Material Number 1 (1 号材料密度定义)
为本分析实例的标题名。单击
按钮，完成对标题名的指定。
5．选取菜单路径 Utility Menu | Plot | Replot，指定的标题“modal analysis of a turbo-disk ”
将显示在图形窗口的左下角，如图 11.4 所示。
图 11.4 显示指定的标题 6．选取菜单路径 Main Menu | Preference，将弹出 Preference of GUI Filtering (菜单过滤 参数选择)对话框，如图 11.5 所示。
图 11.11 创建的第一个面
4．接着，在通过 Rectangle by 2 Corners (指定两个对角来创建矩形)对话框中，输入第 二个矩形面的两个对角位置：WP X=-10，WP Y=140，Width＝20，Height＝10。然后单击
按钮，关闭创建矩形对话框。这时，将在图形输出窗口中出现创建的第二个矩形面， 如图 11.12 所示。
如图 11.16 所示。
图 11.16 关键点和面的序号
6．通过关键点来创建面。选取菜单路径 Main Menu | Preprocessor | Modeling | Create |
Arbitrary | Through KPs，将弹出 Create Area thru KPs (通过关键点来创建面)拾取对话框。
11.2.1 指定分析标题并设置分析范畴
在用 ANSYS6.1 进行一个新的有限元分析时，通常需要修改数据库文件名(缺省的文件 名一般不太适用)，并在图形输出窗口中定义一个标题用来说明当前进行的工作内容。另外， 对于不同的分析范畴(结构分析、热分析、流体分析、电磁场分析等)ANSYS6.1 所用的主菜 单的内容不尽相同，为此我们需要在分析开始时选定分析内容的范畴，以便 ANSYS6.1 显 示出跟其相对应的菜单选项。下面是具体的操作步骤。
图 11.5 菜单过滤参数选择对话框
7．单击对话框中的 Structural(结构)选择按钮，选中 Structural 选项，以便 ANSYS6.1
的主菜单设置为与结构分析相对应的菜单选项。
8．单击
按钮，完成分析范畴的指定。
11.2.2 定义单元类型
在建立有限元模型时，首先应根据分析问题的几何结构，分析类型和所分析的问题的 精度要求等，选定适合分析实例的单元类型。本实例将选用六面体结构实体单元来分析， 但在建模过程中需要使用四边形平面单元，所有需要定义两种单元类型：PLANE42 和 SOLID45，具体操作如下：
1．选取菜单路径 Main Menu | Preprocessor | Element Type | Add/Edit/Delete，将弹出
Element Types (单元类型定义)对话框。单击
按钮，将弹出 Library of Element Types (单
元类型库)对话框，如图 11.6 所示。
11.2.4.1创建矩形面
根据轮盘截面的几何形状，可以先建立两个矩形面来作为部
分截面模型，然后通过对矩形面的操作来建立轮盘截面的几何
模型。具体的操作如下。
1．选取菜单路径 Main Menu | Preprocessor | Modeling | Create | Rectangle | By 2 Corners，弹出通过指定两个对角来创建 矩形(Rectangle by 2 Corners)对话框，如图 11.10 所示。
(Material Models Defined)列表框中，将会列出定义的材料类型 1 的属性。选取路径 Material
| Exit 关闭对话框，完成对材料模型的定义。
11.2.4 建立轮盘截面几何模型
对于本实例的有限元模型，首先需要建立轮盘的截面几何模型，然后对其进行网格划 分，最后通过截面的有限元网格扫掠出整个轮盘的有限元模型。所以下面先建立轮盘截面 的几何模型，具体的操作过程如下。
图 11.12 创建的两个矩形面
11.2.4.1 创建关键点和不规则面 通过 ANSYS6.1 提供的由关键点创建不规则面的方法，可以很方便地建立轮盘截面其
余部分的面，具体的操作如下。 1．选取菜单路径 Main Menu | Preprocessor | Modeling | Create | Keypoints | In Active CS，
7．在图形输出窗口中依次拾取关键点 4，9，11，12，10，3，单击
按钮，关闭
对话框。ANSYS 将会通过各个关键点创建一个由关键点依次连线围成的面 A3，如图 11.17
所示。
图 11.17 通过关键点创建面 A3
11.2.4.1 对已创建的面倒圆角
轮盘截面圆心出的两个圆角，在 ANSYS6.1 中可以通过如下的操作来完成。 1. 选取菜单路径 Main Menu | Preprocessor | Modeling | Create | Line | Line Fillet，将弹出 Line Fillet 拾取对话框。从图形输出窗口中拾取线 L1，L2，然后，单击拾取对话框中的 Apply 按钮。将弹出 Line Fillet (倒圆角)对话框，如图 11.18 所示。
6．在 Element Types (单元类型定义)对话框的列表框中将会列出刚定义的两种单元类
型：PLANE42、 SOLID45，单击
按钮，关闭 Element Types (单元类型定义)对话框，
完成单元类型的定义。
11.2.3 定义材料性能
本实例中共用了一种材料——不锈钢，其性能参数在前面已经给出。由于要进行的是 考虑离心力引起的预应力作用下的轮盘的模态分析，材料的弹性模量 EX，和密度 DENS 必须定义。具体的操作如下：
对话框，如图 11.9 所示。
图 11.9 定义 1 号材料的密度
5．在对话框的DENS文本框中输入 7.8E-9，设定 1 号材料密度为 7.8E-9Tn/mm3。然后