ANSYS谐响应分析

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谐响应分析谐响应分析-步骤
选择分析类型和选项(接上页) 选择分析类型和选项
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: 典型命令 HROPT,... HROUT,… LUMPM,...
为缺省方法,是最容易的方法 是最容易的方法; 使用完整的结构矩阵,且允许非对称矩阵 且允许非对称矩阵(例如:声学矩 阵)。
► 缩减法* 缩减法*
使用缩减矩阵,比完整法更快 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] 据主自由度得到近似的 M]矩阵和[ 矩阵。
► 模态叠加法** 模态叠加法**
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 第三节
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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谐响应分析谐响应分析-步骤
施加谐波载荷并求解(接上页) 施加谐波载荷并求解
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谐响应分析谐响应分析-步骤
施加谐波载荷并求解(接上页) 施加谐波载荷并求解
谐波载荷的频率: ► 通过频率范围和在频率范围内 的子步数量来规定每秒的循环 次数(赫兹); ► 例如,在0-50频率范围内有10 例如,在0 50频率范围内有 频率范围内有10 个子步时将给出在5 10, 个子步时将给出在5,10, 15...45和50Hz等频率上的解 15...45和50Hz等频率上的解 等频率上的解; 而同一频率范围只有一个子步 时,则只给出50Hz频率上的解 时,则只给出50Hz频率上的解。 频率上的解。
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 代表振幅 ► 相角 φ 是在两个或两个以上谐
F2max φ
实部
虚部
F1max
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谐响应分析谐响应分析-步骤
施加谐波载荷并求解(接上页) 施加谐波载荷并求解
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 而是规定实部和 虚部分量; ► 例如,施加两个简谐力 F1 施加两个简谐力 和 F2 ,其相角相差 φ:
包含的主题: ► 运动方程 ► 谐波载荷的本性 ► 复位移 ► 求解方法
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谐响应分析谐响应分析-术语和概念
运动方程
► 通用运动方程: & & [M ]{u&} + [C ]{u } + [K ]{u } = {F }
{F } = {Fmax e iψ }e iω t = ({F1 } + i{F2 }) e iω t ► [F]矩阵和 {u}矩阵是简谐的 F]矩阵和 u}矩阵是简谐的 矩阵是简谐的,频率为 ω: iψ iω t iω t {u } = {u max e }e = ({u1 } + i{u 2 }) e
第三章 谐响应分析
第三章:谐响应分析 谐响应分析
第一节:谐响应分析的定义和目的 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 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 谐响应分析在ANSYS中的应用 谐响应分析在 第四节:谐响应分析的实例练习 谐响应分析的实例练习
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谐响应分析谐响应分析-术语和概念
谐波载荷的本性
► 在已知频率下正弦变化; ; ► 相角ψ允许不同相的多个载 相角ψ
荷同时作用, ψ缺省值为零 缺省值为零; ► 施加的全部载荷都假设是 施加的全部载荷都假设是 简谐的,包括温度和重力 包括温度和重力。
虚部
ψ
实部
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谐响应分析谐响应分析-术语和概念
复位移
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谐响应分析谐响应分析-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
F1real = F1max (F1的振幅) (F1的振幅 的振幅) F1imag = 0 F2real = F2maxcosφ cosφ
虚部
F2max φ
实部
F1max
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谐响应分析谐响应分析-步骤
施加谐波载荷并求解命令(接上页) 施加谐波载荷并求解命令
*AFUN,DEG FK,… FK,… F,… F,… SFA,… SFA,… SFL,… SFL,… SFE,… SFE,… SF,… SF,…
典型命令: 典型命令 HARFRQ,… NSUBST,… KBC,1
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谐响应分析谐响应分析-步骤
施加谐波载荷并求解(接上页) 施加谐波载荷并求解
阶梯载荷对线性变化载荷: : ► 采用若干子步,可以逐渐地施加载荷 可以逐渐地施加载荷(线性变化载 荷),或者在第一个子步立刻施加载荷 或者在第一个子步立刻施加载荷(阶梯载 荷); ► 谐波载荷通常是阶梯加载 谐波载荷通常是阶梯加载,因为载荷值代表的是最 大振幅。
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谐响应分析谐响应分析-步骤
选择分析类型和选项(接上页) 选择分析类型和选项
阻尼 典型命令: 典型命令 ► 从α-阻尼、β-阻尼和阻尼率中选取 阻尼、β ALPHAD,… ► 阻尼率最常用 BETAD,…
DMPRAT,...
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谐响应分析谐响应分析-步骤
施加谐波载荷并求解
建模 选择分析类型和选项
要进行上述工作,首先要选择振幅+相位选项。 首先要选择振幅+ 首先要选择振幅
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谐响应分析谐响应分析-步骤
观看结果 - POST26(接上页) POST26(
然后用表列出变量。
► 注意:最大振幅=3.7出现在 注意:最大振幅=3.7出现在
典型命令: 典型命令 PRCPLX,1 PRVAR,… FINISH
► 定义变量(接上页)
挑选可能发生最大变形的节点,然后选择自由度的方向; 挑选可能发生最大变形的节点 定义变量的列表被更新。
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谐响应分析谐响应分析-步骤
观看结果 - POST26(接上页) POST26(
► 定义变量 ► 画变量关系曲线
典型命令: 典型命令
/POST26 NSOL,… PLVAR,...
典型命令: 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 或频率范围) 简谐地变化 ► “载荷”包括: 载荷”
位移约束位移约束-零或非零的
DK,… ! 或 D或DSYM 或 DA,... DL,…
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谐响应分析谐响应分析-步骤
施加谐波载荷并求解(接上页) 施加谐波载荷并求解
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谐响应分析谐响应分析-步骤
施加谐波载荷并求解(接上页) 施加谐波载荷并求解
• •
在施加谐波载荷后,下一步就是开 下一步就是开 始求解 通常采用一个载荷步,但是可以采 但是可以采 用若干子步,且每个子步具有不同 且每个子步具有不同 典型命令: 典型命令 的频率范围
HARFRQ,… NSUBST,… KBC,1
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谐响应分析谐响应分析-步骤
观看结果
健摸 选择分析类型和选项 施加谐波载荷并求解
观看结果 ► 分三步
采用POST26,时程后处理 , 采用 器
采用POST1,通用后处理 , 采用 绘制结构上的特殊点处的位移绘制结构上的特殊点处的位移-频率 器
曲线 确定各临界频率和相应的相角 观看整个结构在各临界频率和相角
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谐响应分析
第一节:定义和目的 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 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。 载荷作用下结构响应的技术 ► 输入:
已知大小和频率的谐波载荷(力、压力和强迫 已知大小和频率的谐波载荷 位移); 同一频率的多种载荷,可以是同相或不同相的。 同一频率的多种载荷
48Hz,85.7º时 48Hz,85.7º ► 下一步就是观看整个模型在该 频率和相角下的位移和应力 (使用POST1) (使用POST1)
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谐响应分析谐响应分析-步骤
观看结果 - POST1
观看整个结构的结果 ► 进入POST1,且列出结果综述表 进入POST1,且列出结果综述表 且列出结果综述表,确定临界频率的载 荷步和子步序号; 荷步和子步序号;
( −ω 2 [M ] + iω [C ] + [K ])({u1} + i{u 2 }) = ({F1} + i{F2 })
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谐响应分析谐响应分析-术语和概念
运动方程(接上页) 运动方程(接上页)
Fmax = I = ψ = F1 = F2 = umax= f = u1 u2 载荷幅值 √-1 载荷函数的相位角 实部, 实部, Fmaxcosψ cosψ 虚部, 虚部, Fmaxsinψ sinψ 位移幅值 载荷函数的相位角 = 实部, 实部, umaxcosφ cosφ = 虚部, 虚部, umaxsinφ sinφ
► 输出:
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谐响应分析
第一节:定义和目的 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 固定装置和部件; ► 受涡流(流体的漩涡运动 流体的漩涡运动)影响的结构,例 如涡轮叶片、飞机机翼 飞机机翼、桥和塔等。
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谐响应分析
第一节:定义和目的 定义和目的(接上页)
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谐响应分析谐响应分析-步骤
建模命令(接上页) 建模命令(接上页)
/PREP7 ET,... MP,EX,... MP,DENS,… MP,DENS,… ! 建立几何模型 … ! 划分网格
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谐响应分析谐响应分析-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 选择谐响 应分析; 典型命令: 典型命令 ► 主要分析选项是求解方 /SOLU在后面讨论; 法ANTYPE,HARMIC,NEW ► 规定阻尼-在后面讨论。 规定阻尼。
► 在下列情况下计算出的位移将是复数
具有阻尼 施加载荷是复数载荷(例如 例如:虚部为非零的载荷)
► 复位移滞后一个相位பைடு நூலகம்Ψ(相对于某一个基准 复位移滞后一个相位角Ψ
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: 求解简谐运动方程的三种方法 ► 完整法
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 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 并在必要时避免其发生(例如: 借助于阻尼器来避免共振)。 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 术语和概念
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谐响应分析谐响应分析-步骤
观看结果 - POST26
位移位移-频率关系曲线 ► 首先定义 POST26 变量
节点和单元数据表 用大于等于二的数据识别 变量1 变量1包含各频率,并是预先定义了的 并是预先定义了的
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谐响应分析谐响应分析-步骤
观看结果 - POST26(接上页) POST26(
谐响应分析谐响应分析-步骤
建模
模型 ► 只能用于线性单元和材料 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 如果ALPX(热膨胀系数 热膨胀系数)和∆ 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 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. ,请将ALPX设置为零. 如 果参考温度 [TREF]与均匀节点温度 [TUNIF] TREF] TUNIF] 不一致, 那么∆ 为非零值; 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 请参阅第一章中的建模需要考虑的问题。
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谐响应分析谐响应分析-步骤
观看结果 - POST26(接上页) POST26(
确定各临界频率和相角 ► 用图形显示最高振幅发生时的频率 用图形显示最高振幅发生时的频率; ► 由于位移与施加的载荷不同步 由于位移与施加的载荷不同步(如果存在阻尼的话), 需要确定出现最大振幅时的相角; 需要确定出现最大振幅时的相角
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