基于ANSYS的形状记忆合金复合材料板簧的模态分析
基于ANSYS的钢板弹簧固有频率分析
基于ＡＮＳ ＹＳ 的钢 板 弹簧 固有频 率分析
朱 怡 婕
（ 陕西 国防工业职业技术 学院 陕西西安 ７ １ ０ ３ ０ ０ ）
［ 摘要】 应用Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 软件 中的Ａ Ｐ Ｄ Ｌ 参数 化语 言，利用Ｓ Ｈ Ｅ Ｌ Ｌ ２ ８ １ 单元建立 了钢板 弹簧有限元模型 。模 拟钢板弹簧在装 配中的受力特点 ， 对有 限元模型 进行装 配预应 力分析 。在 此基 础上对有 限元模型 添加 工作载荷 、刚化 处理 ，计算得 到钢 板弹簧 的固有频 率。最后 以 板 簧厚度 为变量 ，建立 了四种 不 同的钢板 弹簧有 限元模 型 ，并通 过动力分析 ，分 别计算 出对应模 型的 固有频率 。通 过对 这五种钢 板 弹簧 固有 频率分析表 明：随着厚度 的减小 ，固有频率会产生规律性 的变化 『 关键词］ Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ钢板弹簧 变厚度 固有 频率
ｗｏｒ ｋ ｉ ｎｇ ｌ ｏａ ｄ ｉ ｓ ａ ｄｄｅ ｄ ｏｎ ｈｅ ｔ ｉｎ ｆ ｉｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎｔ ，ａ ｎｄ ｔ ｈｅ ｉ ｆ ｎｉ ｔ ｅ ｍ ｏｄ ｅ ｌ ｉ ｓ ｓ ｔ ｉ ｆ ｆ ｅ ｄ，ｔ ｈｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｎａ ｔ ｕｒ ａ ｌ ｒｅ ｆ ｑｕ ｅ ｎｃ ｙ ｉ ｓ ｃ ｌｃ ａ ｉａ ｎ ｍｄ．Ｉ ｎ ｈｅ ｔ ｅ ｎｄ，ｃ ｈａ ｎ ｇｉ ｎ ｇ ｔ ｈｅ ｔ ｈｉ ｃ ｋ ｎｅ ｓ ｓ ｏｆ ｈｅ ｔ ｐ ｌ ａ ｔ ｅ ｓ ， ｈｅ ｔ ｏｔ ｈｅ ｒ ｆ ｏｕ ｒ ｉｎ ｆ ｉｔ ｅ ｍ ｏｄｅ ｌ ｓ ｏｆ ｈｅ ｔ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｐｌ ａ ｔ ｅ ｓ ｐ ｒ ｉ ｎ ｇ ａ ｒ ｅ ｃ ｏ ｎｓ ｒｕｃ ｔ ｔ ｅ ｄ ．Ｔｈｅ ｉ ｒ ｎａ ｔ ｒａ ｕ ｌ ｒｅ ｆ ｑ ｕｅ ｎｃ ｉ ｅ ｓ ｒｅ ａ ｃ ａ ｌ ｃ ｕｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｈｒ ｔ ｏ ｕ ｇ ｈ ｈｅ ｔ ｍ ｏｄ ａ ｌ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ． Ａｃ ｃ ｏｒ ｄ ｉ ｎｇ ｔ ｏ ｈｅ ｔ ａ ｂｏ ｖ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ， ｈｅ ｔ ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｒｅ ｆ ｑｕ ｅ ｎｃ ｉ ｅ ｓ ｃ ｈａ ｎ ｇ ｅ ｒ ｅ ｇｕ ｌ ａ ｒ ｌ ｙ ， ｗｈ ｉ ｌ ｅ ｈｅ ｔ ｔ ｈｉ ｃ ｋ ｎｅ ｓ ｓ ｄｅ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｉ ｎ ｇ ．
基于有限元的钢板弹簧应力分析
基于有限元的钢板弹簧应力分析蒋阳西华大学交通与汽车工程学院摘 要：本文讨论了利用ANSYS 软件对钢板弹簧进行映射网格划分，并在两簧片的接触区域生成ANSYS 软件所提供的接触单元，建立起多片钢板弹簧的有限元模型。
分析了施加预负荷和工作负荷时，板簧应力值显著增长的部位，从而预测板簧产生断裂的部位，可为改进设计提供指导作用。
关键词：板簧、仿真、模态1引言钢板弹簧具有结构简单，制造、维修方便，除了作为弹性元件外，还可兼起导向和传递侧向、纵向力和力矩的作用，其片间的接触、摩擦在弹簧振动时还将起到阻尼的作用，是重要的高负荷安全部件，目前在商用车上仍被广泛采用[1]。
传统的钢板弹簧设计方法分为：三角形板计算法，板端接触法，共同曲率法[2]。
上述三种计算方法对实际工作中的钢板弹簧进行简化，并不能反应实际工作中存在的复杂的非线性状态以及接触情况。
本文利用有限元分析软件ANSYS，对十片钢板弹簧的装配过程和工作过程进行计算分析的基础上， 求得在预负荷和工作负荷作用下的应力与位移等响应情况，为实际钢板弹簧的设计中确定参数提供了依据。
2计算模型的建立某车型的板簧总成的三维实体结构见图1。
板簧建模时，考虑板簧总成对称性，同时为了方便建模，取其1/4为研究对象。
通过单元solid45划分网格之后，得到12390个单元和12348个节点。
图1 板簧的三维模型图3钢板弹簧的材料属性和网格划分钢板弹簧的材料为60CrMnBa，弹性模量为206GPa，泊松比为0.26。
solid45单元用于构造三维实体结构。
单元通过8个节点来定义,每个节点有3个沿着xyz方向平移的自由度。
该六面体单元有8个节点，每个节点具有X、Y、Z 三个方向的平动自由度，可以进行塑性分析、蠕变分析、膨胀分析、应力硬化分析、大变形分析和大应变能力[1]。
用单元solid45划分网格之后，得到12390个单元和12348个节点。
4钢板弹簧的片间接触单元的建立钢板弹簧总成的片与片之间，接触与否事先未知，而且接触后存在着滑移，所以在片与片的节点间建立接触单元，模拟片间的作用力。
基于ANSYS软件对某重型汽车板簧固定支架进行优化设计
10.16638/ki.1671-7988.2018.03.027基于ANSYS软件对某重型汽车板簧固定支架进行优化设计邹衍（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽合肥230601）摘要：在重型汽车悬架中，板簧支架承受悬架系统通过板簧传递给车架的力，起重要作用，属于关键承载元件。
文章介绍了一种基于ANSYS软件对板簧固定支架进行有限元分析，并进行优化设计的方法。
关键词：板簧固定支架；有限元分析；优化设计中图分类号：U462.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2018)03-82-03Optimization design of a heavy automobile plate spring fixed support basedon ANSYS softwareZou Yan( Jiang Huai Automobile Corp of Anhui, Anhui Hefei 230601 )Abstract:In heavy-duty automobile suspension, the plate spring support plays an important role in the force that the suspension system transmits to the frame through the leaf spring, and belongs to the key bearing component. This paper introduces a method based on ANSYS for the finite element analysis of the leaf spring fixed support, and to optimize the design.Keywords: the plate spring support; finite element analysis; optimize the designCLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2018)03-82-03前言板簧固定是重型汽车悬架系统中的一个重要组成部件，它在汽车悬架中起承载作用，受力较大，如果板簧固定支架的强度不能满足使用要求，会使悬架系统承载能力失效，影响车辆行车安全[1]。
ANSYS接触分析在钢板弹簧设计中的应用
＂ 周继铭，程悦荪．板簧动态特性的研究［Ｊ］．汽车工
程，１９９２，１２（１）：６０—６４．
哺 １Ｊ 邹海荣，黄其柏．基于非线性的汽车钢板弹簧断裂 问题分析［Ｊ］．华中科技大学学报：自然科学版，
２００３（３）：９６—９８． ｐ １Ｊ 郑银环，张仲甫．利用ＡＮＳＹＳ进行变截面板簧的优
化分析［Ｊ］．现代机械，２００５（２）：３０—３１．
ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｌｅａｆ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｉｓ ｏｆ ｓｏｍｅ ｈｅｌｐ ｉｎ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄ－
ｅｌ ｏｆ ｌｅａｆ ｓｐｒｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌｅａｆ ｓｐｒｉｎｇ；ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ；ｃｏｎｔａｃｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ＺＨＥＮＧ Ｙｉｎｈｕａｎ：Ｄｏｃｔｏｒ；Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＷＵＴ，Ｗｕｈａｎ ４３００７０，Ｃｈｉｎａ．
第３１卷第５期 ２００９年１０月
武汉理工大学学报·信息与管理工程版 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＷＵＴ（ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ＆ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ）
文章编号：１００７—１４４Ｘ（２００９）０５—０７５２一０３
Ｖ０１．３ｌ Ｎｏ．５ ０ｃ１．２设计中的应用
为了求得板簧的刚度和各片应力，ＹＯＵＮＧ— ＪＩＮ研究了钢板弹簧的摩擦特性Ｈ Ｊ，丁能根等人 采用有限元分析了钢板弹簧的迟滞特性ｐ。６。，文 献［７］对板簧的动态特性进行了研究。
ＡＮＳＹＳ软件具有较先进的接触分析功能，提 供了罚函数法、拉格朗日法和内部多点约束法等 接触迭代算法，可分析刚体与柔体、柔体与柔体之 间的接触。笔者应用ＡＮＳＹＳ软件，完全按各簧片
基于ANSYS的钢板弹簧工作应力应变分析
图２加载方式示意图
２应力分析
考虑到货车载重的实际情况，在钢 板弹簧中间处，分别施加大小不同的垂 直于钢板弹簧平面的力。
为确保模拟的可靠性，取相对集 中的三个加载力，分别为５００００Ｎ、
与应变不同的是，钢板弹簧应力分 布情况由中部向两端递增，由于钢板弹 簧厚度由中部向两端递增，可以得出钢 板弹簧两端最易发生破坏的结论。
器
一：嚣箔“ Ｈ：’＝：：＝
Ｈ；器： 目：器： ＿；嚣：。
图８外部载荷为７００００Ｎ的应力云图
３优化方案
从分析结果来看，汽车钢板弹簧受
６
基于此，模型的建立忽略了钢片间 的摩擦等一些冲击载荷的影响因素，根 据某型载货汽车钢板弹簧的相关参数进 行几何模型的建立。 １．１．１弹簧钢厚度
由于主片条件工作环境恶劣，为了 加强主片及卷耳，将主片厚度加厚，其 余各片厚度稍薄，此时要求副片弹簧不
宜超过三组，为使各片寿命接近性能要
求，最厚片与最薄片厚度之比不超过
１．５，各片厚度如表１所示。
表１ 钢板弹簧各片厚度 （ｍｍ）
编号 ｌ
２
３
４
５
６
７
厚度 １２ １２
１ｌ
１１
１１
１１
１１
１．１．２弹簧钢长度
选择钢板弹簧各片长度，应在片间 和延长方向的分布尽可能等应力，以达
到各片寿命接近的要求，采用“展开作
图法”得到钢板弹簧长度，如表２所示。
表２钢板弹簧各片长度 （ｍｍ）
ｉ＿气车研有
引言 钢板弹簧是汽车悬架的重要部件，
主要用于非独立悬架的汽车，一般由若 干长度不等、曲率半径不等、厚度相等 或不等的弹簧片组合而成。由于钢板弹 簧结构简单、工作可靠和价格低廉等优 点，小部分轿车和大部分载货车采用钢 板弹簧作为弹性元件。钢板弹簧不仅仅 是汽车的悬架弹性元件，还是汽车悬架 的导向装置。其一端与汽车架通过铰链 链接，可以传递工作压力，起到摩擦减 震的作用。由于汽车钢板弹簧工作过程 中，会产生较大变形及应力，当其达到 应力极限时，钢板弹簧易损坏，造成事 故。因此，本文利用ＡＮＳＹＳ有限元分 析软件，对钢板弹簧建立有限元模型， 通过对其施加约束和以及多个大小不 同、方向垂直于钢板弹簧平面的力，模 拟钢板弹簧工作时的应变和应力，通过 应力应变云图，找出应力应变的分布规 律，从而对汽车钢板弹簧进行应力应变 分析，得出应力以及应变的分布情况， 以及其应力应变大小，找出钢板弹簧工 作时的脆弱部位，并提出优化方案。
复合钢板弹簧的分析与优化
复合钢板弹簧的分析与优化Mahmood M. Shokrieh *, Davood Rezaei 复合材料研究实验室，机械工程系，伊朗科技大学，narmak,德黑兰16844，伊朗理论轻型车辆后悬架系统中使用的四片钢板弹簧是用ANSYS V5.4这种软件进行分析的。
有限结果显示应力和挠度的解析解和实验验证。
使用这种钢板弹簧的结果，通过ANSYS设计出了一种由玻璃纤维与环氧树脂复合制成的弹簧并且得到优化。
主要考虑的是弹簧几何的优化。
其主要目的就是获得一种能够无故障地承载静态外力的轻型弹簧。
这个设计的难点就是受力与位移。
结果表明，最佳的弹簧宽度是以双曲线的规律减小，而厚度从弹簧端孔向轴座线性的增加。
比起钢弹簧，优化复合弹簧应力较低，其自然频率较高和弹簧重量在没有端孔情况下降低80%。
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关键词：钢板弹簧；复合材料；形状优化；有限元；复合接头；自然频率；悬架系统；组合梁1、介绍为了取代金属零件，复合材料在现在汽车工业中得到广泛使用。
关于应用于汽车的复合材料的多篇论文得到发表。
在这里引用了其中的一些论文，重点是那些涉及复合钢板弹簧的论文。
Breadmore [ 1 , 2]研究了汽车复合结构的应用。
Moris[3]集中把复合材料应用到后方的悬挂系统。
Daugherty[ 4]研究了复合钢板弹簧在重型卡车中的应用。
Yu and Kim[ 5]设计并优化了应用于汽车悬挂的双锥形束钢板弹簧。
Corvi[ 6]调查复合梁设计的初步探讨并用它设计了一个复合钢板弹簧。
弹簧是汽车悬挂中关键的一部分，在尽量减少由于道路违规带来垂直振动，影响和颠簸并创造舒适的乘坐方面是必要的。
钢板弹簧，尤其是纵向型的，是一个可靠和持续的元素在汽车悬挂系统中。
这些弹簧通常由钢板叠加而成，长度由下而上逐步变长，使弹簧在中间抵抗弯曲的地方比较厚而在末端与机体相连的地方比较薄。
弹簧片应支持如图1所示的各种外部力量，但最重要的任务是抵抗变化的垂直力。
基于Workbench的板弹簧模态及谐响应分析
簧 ，其 刚度值 为变 量 ，图７ 为板弹 簧 的刚度 曲线 。计算 固 有频率 时选 取基频 （ 一阶 ）的刚度进 行计算 。
３ 谐 响应分 析
谐 响应 分 析是 一 种频 域 分析 ，用 于确 定 结 构在 己知 频 率 和幅 值 的 正弦 载荷 作 用 下的 稳态 响 应 。 由于本 文 中 板 弹 簧所 受 驱动 载 荷 为正 弦 变化 ， 因此 谐 响应 分析 恰 能
运 用Ｗ ｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ 对板 弹 簧 进 行 模态 计 算 ，得 出 其前 十 二 阶模 态 频率 及振 型 。可 以看 出 ，随着 模 态阶 数 的提 高，振型 也越 来越 复杂。 自第 二阶开始 ，板弹簧 便不再展 现 出单方 向受迫 振动 的特 征 ，转而 出现 了局 部 的扭 转变 形 。随着 阶数的增 加，这种扭 转愈 发明显 ，至最 高阶 （ 所 取 最 大阶数 ）时 ，六 个 支臂 全 部 出现扭 转 ，而 板 弹 簧 整 体 以波浪 形 式变 形 。 高阶振 型的 复杂 化 也将 导致 板 弹簧 变 形 的离散 化 ，从而 增加 装 置 工作 的不 确 定性 。除 此之 外 ， 当阶数较 低 时 ，板 弹簧 的最大变形 区域处于载荷施 加 部位 ，是较理想的变形结果 ，当阶数较 高时 ，板弹簧的最大 位移处于 支臂的前端 ，经疲 劳强度分 析此 处也 是疲 劳强度 最 为 集 中的 区域 ，属于 不 理 想的振 型 。结构 设 计 中应通 过 改变 结构参 数或调 整阻 尼参数避 免这 类情 况的发 生 。
２ ０ １ ７ 年第０ ７ 期
（ 总第３ ９ ４ 期 ）
南 教 搏
（ Ｃ ｕ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｎ ｔ ０ ｙ Ｎ ． ０ Ｏ ７ ． ２ ０ １ ７ ３ ９ ４）
基于ANSYS的汽车钢板弹簧有限元分析
基于ANSYS的汽车钢板弹簧有限元分析作者：徐建全郑永陈铭年来源：《海峡科学》2010年第12期[摘要] 采用APDL参数化有限元分析技术，对某轻型载货汽车的前钢板弹簧进行参数化建模。
应用ANSYS软件的非线性模块，考虑钢板弹簧实际工作过程中的大变形、片间接触和摩擦等多种非线性因素，建立了钢板弹簧的有限元模型，得到了钢板弹簧在不同载荷作用下的变形和应力分布。
[关键字] 钢板弹簧；有限元分析；ANSYS；接触单元引言钢板弹簧是历史最悠久的汽车部件之一，它结构简单、保养维修方便、制造成本低，与其它弹性元件比较，不仅起着弹性元件的作用，而且也能起着导向元件的作用，并且能传递各种力和力矩，其片间的接触、摩擦在弹簧振动时还将起到阻尼的作用，因此是目前汽车悬架特别是货车悬架广泛采用的一种弹性元件[1]。
长期以来，用于刚度计算及应力分析的方法主要有两种:共同曲率法和集中载荷法。
前者假设板簧受载后各簧片在同一截面上都具有相同的曲率，后者假设板簧各片仅在端部相互接触。
但这两种假设都与实际不完全相符,因此计算结果和实际相差较大[2-3]。
本文应用ANSYS 有限元软件对钢板弹簧进行有限元分析，应用点-面接触单元划分板簧片之间可能的接触面，对板簧两端的卷耳、中心螺栓和U型螺栓的约束做了合理的模拟，尽可能的按照实际受载情况对钢板弹簧加载，计算的结果与实际的更加接近。
1 钢板弹簧的有限元建模1.1 钢板弹簧有限元几何模型的建立本文所分析的某轻型载货汽车的前钢板弹簧由10片板簧组成，具体尺寸如表1所示。
其中，片宽都是70 mm，第1与第2片厚度为8 mm，第3片到第10片厚度为7 mm。
1.2 钢板弹簧的材料属性在几何模型建立后进行材料属性的定义，钢板弹簧的材料为60CrMnBa，弹性模量为2.05×105 MPa，泊松比为0.3，屈服极限为1 100 MPa，抗拉强度为1 250 MPa。
1.3 钢板弹簧的网格划分采用ANSYS软件中的SOLID95实体单元进行网格划分，它是SOLID45 (3维8节点)高阶单元形式，此单元能够容许不规则形状，并且不会降低精确性，特别适合边界为曲线的模型；同时，其偏移形状的兼容性好，SOLID95有20个节点，每个节点有3个自由度(X,Y,Z方向)，此单元在空间的方位任意，具有塑性、蠕变、辐射膨胀、应力刚度、大变形以及大应变的能力。
ANSYS模态分析
物理参数模型
非参数模型
模态参数模型
模态参数模型
非参数模型
物理参数模型
2
物理参数模型
以质量、刚度、阻尼为特征参数的数学模型
模态参数模型
以模态频率、模态矢量（振型）和衰减系数为特征 参数的数学模型和以模态质量、模态刚度、模态 阻尼、模态矢量（留数）组成的另一类模态参数 模型
非参数模型 频响函数或传递函数、脉冲响应函数
电磁式激振器：常用于非接触激振场合，特别是对回转体 的激振，没有附加质量和刚度的影响。
电液式激振器：激振力大、行程大、单位力的体积小、高 频特性差、适用于零点几到数百赫兹的较低频率范围、波 形也比电动式激振器差，结构复杂，制造精度要求也高， 并需一套液压系统，成本较高。
17
实验方案及测试系统
支撑方式:自由支撑（工作状态为自由状态）、 固定支撑（结构承受刚性约束）、原装支撑 （广泛应用、最优边界模拟）。
19
结构动力修改
模态分析的目的是了解系统的动态特性。在已知结 构动态特性参数后，应该寻求改进系统动态特征的 方法。
1，由于制造和设计原因，不得不对现有结构进行局 部修改，如共振、局部疲劳破坏、振动噪声大等， 是否可以根据目前系统来寻求结构的优化，改进系 统的动态特性。
2，由于原结构动态特性不理想，需要修改，如在系 统中加/减一个附件，是否可以根据目前系统推知 和预测修改后系统的模态特性参数。
有限元方程 的形成和求
解
结果解释和 显示
修改物理模 型
修改有限元 模型
修改计算参 数
检查评
否
定准则
是
结束
8
有限元模型建立原则
保证计算精度 结果误差
单元形状误差
ansys模态分析及详细过程
压电变换器的自振频率分析及详细过程1.模态分析的定义及其应用模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性固有频率和振型;即结构的固有频率和振型;它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数..同时;也可以作为其它动力学分析问题的起点;例如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析;其中模态分析也是进行谱分析或模态叠加法谐响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程..ANSYS的模态分析可以对有预应力的结构进行模态分析和循环对称结构模态分析..前者有旋转的涡轮叶片等的模态分析;后者则允许在建立一部分循环对称结构的模型来完成对整个结构的模态分析..ANSYS提供的模态提取方法有:子空间法subspace、分块法block lancets;缩减法reduced/householder、动态提取法power dynamics、非对称法unsymmetric;阻尼法damped; QR阻尼法QR damped等;大多数分析都可使用子空间法、分块法、缩减法..ANSYS的模态分析是线形分析;任何非线性特性;例如塑性、接触单元等;即使被定义了也将被忽略..2.模态分析操作过程一个典型的模态分析过程主要包括建模、模态求解、扩展模态以及观察结果四个步骤..1.建模模态分析的建模过程与其他分析类型的建模过程是类似的;主要包括定义单元类型、单元实常数、材料性质、建立几何模型以及划分有限元网格等基本步骤..2.施加载荷和求解包括指定分析类型、指定分析选项、施加约束、设置载荷选项;并进行固有频率的求解等..指定分析类型;Main Menu- Solution-Analysis Type-New Analysis;选择Modal..指定分析选项;Main Menu-Solution-Analysis Type-Analysis Options;选择MODOPT 模态提取方法〕;设置模态提取数量MXPAND.定义主自由度;仅缩减法使用..施加约束;Main Menu-Solution-Define Loads-Apply-Structural-Displacement..求解;Main Menu-Solution-Solve-Current LS..3.扩展模态如果要在POSTI中观察结果;必须先扩展模态;即将振型写入结果文件..过程包括重新进入求解器、激话扩展处理及其选项、指定载荷步选项、扩展处理等..激活扩展处理及其选项;Main Menu-Solution-Load Step Opts-Expansionpass-Single Expand-Expand modes..指定载荷步选项..扩展处理;Main Menu-solution-Solve-Current LS..注意:扩展模态可以如前述办法单独进行;也可以在施加载荷和求解阶段同时进行..本例即采用了后面的方法4.查看结果模态分析的结果包括结构的频率、振型、相对应力和力等所有图片大小可以自己调节实例1.在开始菜单中启动Mechanical APDL Product launcher;如图1所示其中Working Directory代表你的工作路径;也就是所有ansys的生成文件都存在这个文件加下..而job Name 就代表你所做实例的名字;实例中我们将目录设为F盘;工作名设为model2.最后点击run运行进入ansys界面..如图2所示..图22.定义单元类型拾取菜单Main M--Preprocessor-Element Type-Add/Edit/Delete;如图3所示..然后单击;图3然后单击add按钮..如图4所示;单击ok ;选择solid5单元;这样就完成了对单元的选择..然后再单击图3中的close按钮..图43.定义材料属性拾取菜单Main Menu-Preprocessor--Material Props-Material Models.弹出对话框;如图5所示..定义相对介电常数..在右侧列表中依次双击"electromagnetic";"relative permittivity"; "orthotropic".输入相关参数..图5在右侧再点击Density;如图6所示..定义材料的密度..密度为7500;单击ok..图6在右侧在依次点击“Piezoelectrics”“Piezoelectric matrix”定义压电应力矩阵;如图7所示..输入相关参数..单击ok..图7在右侧列表中依次双击"Structural"; "Linear"; "Elastic"; "Anisotropic"如图8所示;定义各向异性弹性矩阵设置;输入参数;单击ok..图8点击Material-Exit完成对材料的定义..4.建模选取菜单Parameters-Scalar Parameters 在selection中输入L=10E-3然后点击accept;再输入h=20e-3;点击accept;按照相同的步骤输入;w=10e-3;a3=1000.如图9所示..图9点击close..拾取菜单Main Menu - Preprocessor – Modeling-Create- Keypoints-In Active CS 弹出对话框;如图10所示;输入1;创建关键点1;坐标为0;0;0.点击apply..图10再输入如图11所示图11点击apply..输入图12所示..图12图13建立四个关键点..复制关键点选取modeling-copy-keypoints 弹出选框;如图14所示..点击pickall弹出图15所示的选框;输入参数;单击ok..复制一份;向z轴偏移距离为H..图14 图15改变视角选取plotctrls-pan zoom rotate-iso 然后点击close是原始坐标系不显示选取plotctrls-windows controls-windows options 如图16所示选取no shown 点击ok..图16创建直线Main Menu - Preprocessor – Modeling-Create- line-line-straight line 选取点1和5;点击ok..划分直线网格;分为4份..Main Menu – Preprocessor-meshing-size cntrls-manual size-line-all lines;如图17所示;点击ok..图17通过关键点创建面;Main Menu - Preprocessor – Modeling-Create-areas-arbitrary-through kps 弹出选框;选取点1;2;3;4..通过面拉伸体;Main Menu - Preprocessor – Modeling-operate-extrude-areas-along lines 弹出选框;选取刚才那个形成的面;单击ok;然后再选取前面我们建立的线;点击ok;形成的体如图18所示..图185.网格划分显示线号 plotctrls-numbering line numbers前打钩..点击ok..图19所示图19显示线 plot-lines选取meshing-mesh tool 如图20所示..选取line后边的set 弹出选框;选取线11.和13;单击ok;弹出如21所示;输入2;单击ok..划分为两部分..图20 图21选取 hex ;mapped;点击mesh tool 中的mesh弹出选框;选取体;单击ok..如图22所示..图226.施加约束选取节点 select-entities 弹出如图23所示的对话框;点击ok..图23拾取菜单Main Menu--Solution-Define Loads-Apply-Structural-Displacement-symmetry b.c-on nodes 弹出图24选框;单击ok..图24同理约束y轴;将图24中改为y轴;单击ok..7.分析类型拾取菜单Main Menu-Solution-Analysis Type-New Analysis..弹出对话框;选择"Type of Analysis"为"Modal";单击"OK"按钮..8.指定分析选项拾取菜单Main Menu-Solution-Analysis Type-Analysis Options..弹出对话框;在"No. of modes to extract"文本框中输入10.扩展模态数为10如图25所示;单击ok..图25频率范围50000到150000;图26所示;单击ok..图26约束z=0和z=h的面的节点电压为0.选取节点 select-entities 弹出如图27所示的对话框;点击ok..图27 图29拾取菜单Main Menu--Solution-Define Loads-Apply-electric-boundary-voltage-on node如图28所示;单击ok..图28同理定义z=h;电压为0.如图29.所示施加约束时;先选取该面上的节点;然后直接施加就是该面的约束..在每一步施加约束时;我们都先选择该面上的节点后再施加..图23;27;29都是选择相应面上的节点..然后是假载荷;不然施加的是全部节点..9.求解拾取菜单Main Menu-Solution-Solve-Current LS..单击“Solve Current Load Step”对话框的“OK”按钮..出现“Solution is done”提示时;求解结束;即可查看结果了..10列表固有频率拾取菜单Main Me-General Postproc-Results Summary..弹出窗口;列表中显示了模型的前10率;可以看出结果虽然存在一定的误差;但与解析解是基本符合的..查看完毕后;关闭该窗口..11. 拾取菜单Main Menu-General Postproc-Read Results-First Set12.用动画观察模型的一阶模态拾取菜单Utility Menu-PlotCtrls-Animate-Mode Shape..弹出对话框;单击“OK”按钮..观察完毕;单击“Animation Controller”对话框的"close"按钮13.观察其余各阶模态拾取菜单Main Menu-General Postproc-Read Results-Next Set.依次将其余各阶模态的结果读入;然后重复步骤1观察完模型的各阶模态后;请读者自行分析频率结果产生误差的原因;并改进以上分析过程..图30图30为各阶自振频率图31图31为1阶振型总结;再施加约束时;仅仅是几个面;如果忽略图23;27;29这几个过程;那结果可想而知..如果出错;仔细检查;你添加的边界约束是否正确;重复修改;结果就是这个..我只是把别人的例子详细的做了一遍..比较适合初学者..。
ansys模态分析详解(word文档良心出品)
ANSYS动力学分析指南作者: 安世亚太第一章模态分析§1.1模态分析的定义及其应用模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性（固有频率和振型），即结构的固有频率和振型，它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数。
同时，也可以作为其它动力学分析问题的起点，例如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析，其中模态分析也是进行谱分析或模态叠加法谐响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程。
ANSYS的模态分析可以对有预应力的结构进行模态分析和循环对称结构模态分析。
前者有旋转的涡轮叶片等的模态分析，后者则允许在建立一部分循环对称结构的模型来完成对整个结构的模态分析。
ANSYS产品家族中的模态分析是一个线性分析。
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。
ANSYS提供了七种模态提取方法，它们分别是子空间法、分块Lanczos法、PowerDynamics法、缩减法、非对称法、阻尼法和QR阻尼法。
阻尼法和QR阻尼法允许在结构中存在阻尼。
后面将详细介绍模态提取方法。
§1.2模态分析中用到的命令模态分析使用所有其它分析类型相同的命令来建模和进行分析。
同样，无论进行何种类型的分析，均可从用户图形界面（GUI）上选择等效于命令的菜单选项来建模和求解问题。
后面的“模态分析实例（命令流或批处理方式）”将给出进行该实例模态分析时要输入的命令（手工或以批处理方式运行ANSYS时）。
而“模态分析实例（GUI方式）” 则给出了以从ANSYS GUI中选择菜单选项方式进行同一实例分析的步骤。
（要想了解如何使用命令和GUI选项建模，请参阅<<ANSYS建模与网格指南>>）。
<<ANSYS命令参考手册>>中有更详细的按字母顺序列出的ANSYS命令说明。
§1.3模态提取方法典型的无阻尼模态分析求解的基本方程是经典的特征值问题：其中：=刚度矩阵,=第阶模态的振型向量（特征向量）,=第阶模态的固有频率（是特征值）,=质量矩阵。
ansys中模态分析法
模態分析 - 術語和概念 模態提取方法模態提取方法- 子空間法
• 子空間法比較適合於提取類似中型到大型模型的較少的振型 （ <40） <40） • 需要相對較少的內存； 需要相對較少的內存； • 實體單元和殼單元應當具有較好的單元形狀，要對任何關於單 實體單元和殼單元應當具有較好的單元形狀， 元形狀的警告訊息予以注意； 元形狀的警告訊息予以注意； • 在具有剛體振型時可能會出現收斂問題； 在具有剛體振型時可能會出現收斂問題； • 建議在具有約束方程時不要用此方法。 建議在具有約束方程時不要用此方法。
模態分析 第二節︰ 第二節︰ 術語和概念
通用運動方程︰ 通用運動方程︰
& & [M ]{u&} + [C ]{u} + [K ]{u} = {F (t )}
& [M ]{u&} + [K ]{u } = {0}
假定為自由振動並忽略阻尼︰ 假定為自由振動並忽略阻尼︰
假定為諧運動︰ 假定為諧運動︰
([K ] − ω [M ]){u } = {0}
注意: 不對稱方法採用Lanczos算法,不執行Sturm序列檢查, Lanczos算法 Sturm序列檢查 注意: 不對稱方法採用Lanczos算法,不執行Sturm序列檢查,所以遺漏高端頻 率.
模態分析 - 術語和概念 模態提取方法模態提取方法- 阻尼法
• 在模態分析中一般忽略阻尼，但如果阻尼的效果比較明顯，就要使 在模態分析中一般忽略阻尼，但如果阻尼的效果比較明顯， 用阻尼法︰ 用阻尼法︰ • 主要用於回轉體動力學中，這時陀螺阻尼應是主要的； 主要用於回轉體動力學中，這時陀螺阻尼應是主要的； • 在ANSYS的BEAM4和PIPE16單元中，可以透過定義實常數中的SPIN ANSYS的BEAM4和PIPE16單元中 可以透過定義實常數中的SPIN 單元中， 旋轉速度，弧度/ 選項來說明陀螺效應； （旋轉速度，弧度/秒）選項來說明陀螺效應； • 計算以複數表示的特徵值和特徵向量。 計算以複數表示的特徵值和特徵向量。 • 虛數部分就是自然頻率； 虛數部分就是自然頻率； • 實數部分表示穩定性，負值表示穩定，正值表示不確定。 實數部分表示穩定性，負值表示穩定，正值表示不確定。
ANSYS模态分析教程及实例讲解 ppt课件
例如：考虑跳水板的分析 如果潜水者静止地站在跳水板上， 做一个静力分析已经足够了。 但是如果潜水者在跳水板上下跳动， 必须进行动力分析
ppt课件 5
准备工作
哪种分析类型？
如果施加的荷载随时间快速变化，则惯性力和 阻尼力通常是重要的 因此可以通过载荷是否是时间相关来选择是静 力还是动力分析 如果在相对较长的时间内载荷是一个常数， 请选择静态分析。 否则，选择动态分析 总之，如果激励频率小于结构最低阶固有频率 的1/3，则可以进行静力分析。
ppt课件 17
频率分析的相关知识
设计就要避免出现共振现象
洗衣机脱水结束，马达的转速低下来时，停止前发出突突的响声并晃动起 来。 这是洗衣机的固有频率和马达的转速一致时产生的共振现象。 要把脱水时马达的转速设计成洗衣机的1阶固有频率以上。从而，在脱水过 程中不会产生共振现象。 洗衣机的马达的转速直到停止前与它的固有频率相一致，产生共振，发出 突突声音。此后，因为很短时间即停止，洗衣机不会损坏。
必须指定杨氏模量EX和密度DENS，材料性 质可以是线性、各向同性和不随温度变化的。 非线性的特性将被忽略。
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模态分析的选项
新的分析类型 模态分析
模态提取方法
模态提取的阶数 模态扩展的阶数 质量矩阵归一化 预应力效果计算
下面将详细介绍各个选项的使用！
ppt课件
1
在开始ANSYS分析之前，您需要作一些决定， 诸如分析类型及所要创建模型的类型。
标题如下：
A. 哪一种分析类型？ B. 模拟什么？ C. 采用哪一种单元类型？
ppt课件
浅谈ANSYS仿真在汽车板簧中的应用分析
科技与创新┃Science and Technology&Innovation ·148·2017年第21期文章编号：2095－6835（2017）21－0148－02浅谈ANSYS仿真在汽车板簧中的应用分析王凤娟（山东理工大学交通与车辆工程学院，山东淄博255000）摘要：ANSYS仿真分析在车辆工程领域得到了广泛应用。
介绍了ANSYS有限元软件和汽车弹簧的分类，分析了板簧设计中的几个关键参数，总结了ANSYS仿真在汽车板簧刚度及应力分析中的应用。
关键词：车辆工程；钢板弹簧；ANSYS仿真；应用分析中图分类号：U463.33文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2017.21.148在车辆工程领域，ANSYS仿真分析的应用范围越来越广泛，引起了国内外车辆工程专家学者的高度关注。
本文首先介绍了ANSYS有限元软件，其次对汽车钢板弹簧的分类及板簧研究中的几个关键问题进行了分析，最后总结了ANSYS仿真在汽车板簧研究中的应用。
1ANSYS软件简介ANSYS软件是集结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件，其主要模块分为前处理模块、分析计算模块和后处理模块[1-2]。
前处理模块提供了强大的实体建模及网格划分工具，以方便用户构造有限元模型；分析计算模块包括结构分析、流体动力学分析、电磁场分析等，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；后处理模块将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示等图形方式显示，也可以图表、曲线形式显示或输出。
2汽车板簧研究中的关键问题2.1汽车板簧的分类悬架弹簧是车辆悬架系统的重要组成部件之一，对车身质量有支撑作用，影响车辆悬架系统的阻尼匹配、动挠度和静挠度，影响车辆行驶平顺性和安全性。
汽车悬架所用的弹性元件有钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、气体弹簧和橡胶弹簧等[3]。
其中，钢板弹簧由于结构简单、成本低廉、性能可靠等优点，是汽车悬架中应用最广泛的弹性元件。
基于ANSYS的主轴模态分析步骤
结构的建模和网格划分：有限元分析的最终目的是要还原一个实际工程系统的数学行为特征，也就是说分析必须是针对一个物理原型的准确的数学模型。
广义上讲，模型包括所有的节点、单元、材料属性、边界条件，以及其他用来表现这个物理系统的特征。
在ANSYS术语中，模型生成一般狭义地指用节点和单元表示空间体域及实际连接的生成过程。
_______________________________________________________电主轴建模使用Pro/E Wildfire 5.0建模，建模完成后在菜单栏——ANSYS 12.0选项中选择“ANSYSGeom”，将建立的图形导入到ANSYS中。
（如图1、2）（图1）（图2）导入到ANSYS后，界面中并未显示模型，此时在ANSYS菜单栏中选择plot——lines（线框模式）或者volumes（实体模式）就可以看到导入的零件了；本次点选volumes，界面显示主轴的三维模型。
（如图3）（图3）ANSYS建模过程：（1）开始确定分析方案。
分析目标为加工中心电主轴，模型采取Pro/E三维建模并导入ANSYS，选用SOLID45单元进行离散分网。
1.指定分析标题并设置分析范畴：在菜单栏File->Change Title处修改分析名称为“analysis of a axis”。
再选取ANSYS Main Menu->Preference，在Structure选项前打钩，单击OK。
2.定义单元类型：选取ANSYS Main Menu->preprocessor->element type->add/edit/delete，在弹出的Element Types对话框中单击add ，出现library of element type对话框，在左边的滚动框中单击“structural solid”、右边滚动框中单击“quad 4node 42”。
之后单击apply。
应用ANSYS软件进行钢板弹簧精益设计
应用ANSYS软件进行钢板弹簧精益设计作者：安世亚太[提要] 汽车钢板弹簧是重要的高负荷安全部件。
实际工作中，钢板弹簧同时存在大变形、预应力和各叶片间的接触等多种非线性响应。
传统的设计计算方法，是基于材料力学线性梁理论，设计计算中进行了过多的简化，不能确切地反映其力学本质。
在实践上，汽车钢板弹簧也确实常常发生一些传统的设计计算方法不能解释的问题。
因此汽车钢板弹簧呼唤精益设计的呼声高。
本文提出应用ANSYS技术对汽车钢板弹簧进行精益设计计算方法，可以精确计算由单片自由曲率和形状组装后各片预应力响应和叶片间的接触状态、接触压力以及钢板弹簧装配后大变形工作时各片的应力响应、叶片间接触状态及接触压力。
从而可以实现钢板弹簧的精益设计。
一前言钢板弹簧几何形状简单，传统的计算方法应用材料力学线性梁理论，简单地看来是合理的。
但是，实际上远不如此，例如传统的计算方中使用的“共同曲率法”和“集中载荷法”[1]。
前者假定钢板弹簧在任何载荷下，钢板弹簧各片彼此沿整个长度无间隙接触，在同一截面上各片具有相同的曲率。
于是将之简化为梯形单片弹簧进行计算。
而“集中载荷法”的假定正好相反，他假定各片只在端点接触。
显然，上面两个假定都不符合实际。
组装过程的预应力响应更是应用近似方法。
估算结果和实际相差大。
不能满足现代汽车设计需要。
事实上，弹簧各片的接触状态与各片本身的和同组其他叶片的自由曲率、弧高、厚度、长度等几何形状；装配及工作负荷等多种因素有关。
他是多个弹性体的组合件承受工作载荷条件下的一个非线性接触响应问题。
不可能服从一个事先的“假定”。
应用CAE技术则无须任何假定，完全按各片的几何结构和材料条件，同时考虑其大变形，接触和摩擦情况进行计算分析，求得刚度、应力响应、接触状态及接触压力。
这就可能设计出各片合理的几何尺寸和整体刚度。
取得精益设计效果。
并且应用他解释异常损环问题。
应用CAE技术对汽车钢板弹簧进行精益设计计算的思想，并不是现在产生的。
保护版权,仅供参考：基于ADAMS的钢板弹簧动力学建模方法及性能仿真
基于ADAMS 的钢板弹簧动力学建模方法及性能仿真*韩翔（徐州工程学院机电学院，徐州221008）Dynamics modeling and simulation of leaf spring based on ADAMSHAN Xiang（Department of Mechanical Engineering and Electronics ，Xuzhou Institute of Technology ，Xuzhou 221008，China ）文章编号：1001-3997（2009）10-0220-03【摘要】应用离散BEAM 梁法完成钢板弹簧在ADAMS/CHASSIS 中的动力学建模，并在ADAMS/VIEW 下实现性能仿真，为在VIEW 下灵活实现车辆仿真分析奠定了基础。
关键词：钢板弹簧；仿真；ADAMS/CHASSIS ；ADAMS/VIEW【Abstract 】By applying the principle of discrete beam the dynamics model of leaf spring was estab －lished under the enviroment of ADAMS/CHASSIS ，and simulation was accomplied based on ADAMS/VIEW .Thus laid foundation to carried out vehicle simulation.Key words ：Leaf spring ；Simulation ；ADAMS/CHASSIS ；ADAMS/VIEW中图分类号：TH12，U463文献标识码：A＊来稿日期：2008-12-01＊基金项目：徐州市工业科技计划项目（X20060089）钢板弹簧是工程车辆、三轮车等农用运输车辆悬架系统中的弹性元件，同时又是传递纵向、侧向力的传力元件。