DS_第五章_模态分析
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在默认情况下, 如果搜索范围没有设定,程 序将计算从0 Hz开始的所有频率(rigidbody modes).
ANSYS License DesignSpace Entra DesignSpace Professional Structural Mechanical/Multiphysics Availability x x x x x
ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation
在模态分析中定义接触需要注意以下两个方面的内容:
– 两个非线性的接触行为 – 粗糙的和无摩擦的– 都将表现为线性模式, 因此它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, 非线性的接触行为将是自由无约束的(也就是说, 好 像是没有接触一样). 绑定的和无间隙的接触将取决于pinball 区域的 大小.
对于ANSYS 结构licenses和更高的licenses, 假如表面将要被接 触,但实际上是自由面(没有接触),那么摩擦接触和绑定接触 将变得非常的相似.
在模态分析中不推荐使用摩擦接触,因为它是非线性的.
ANSYS License DesignSpace Entra DesignSpace Professional Structural Mechanical/Multiphysics
一个模态分析是通用运动方程的一个子集:
& [M ]{&&}+ [C ]{x}+ [K ]{x} = {F (t )} x
[M ]{&&}+ [K ]{x} = 0 x
July 3, 2006 Inventory #002010 7-3
模态分析
模态分析基础
在模态分析中,结构假设为线性的,因此相应的假设为谐响应:
有关pinball region的内容和如何定义其大小,请参考第 3 和 4章
ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation
材料属性:需要定义杨氏模量,泊松比和密度
– 由于没有载荷,所以定义了以上材料属性,就不再需要其他的材料 属性了
ANSYS License DesignSpace Entra DesignSpace Professional Structural Mechanical/Multiphysics
Availability x x x x x
– 关于预应力模态分析的内容,参见本节后面的部分B. 在这种情况下 ,只是为了体现预应力效果,载荷才被考虑.
在模态分析中可以使用各种约束:
– 假如没有或者只存在部分的约束, 刚体模态将能被检测和获得测评. 这些模态将处于0位置或者0HZ附近. 与静态结构分析不同, 模态分析 并不要求禁止刚体运动. – 边界条件对于模态分析来说,是很重要的.因为他们能影响部件的 振型和固有频率. 因此需要仔细考虑模型是如何被约束的. – 压缩约束是非线性的,因此在此分析中将不能被使用.
培训手册
ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation
{x} = {φi }cos(ω it )
上式中 φi 是指振型 (特征向量) ωi 是振型I的固有圆周频率. 通过取代线性方程中的值,可以得到如下方程:
ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation
模态分析
… 几何模型和材料属性
培训手册
类似于线性静态分析, 任何一种能被Design Simulation支持的几 何模型都有可以使用:
Availability
July 3, 2006
/ x x
Inventory #002010 7-9
模态分析
… 载荷和约束
在模态分析中,不能使用结构和热载荷
培训手册
ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation
模态分析
… 接触域
培训手册
对于 ANSYS 专业licenses 和更高的licenses, 在模态分析中, 存在更多的接触选项:
– 对于粗糙和无摩擦的接触, "Interface Treatment" 能被转变为 "Adjusted to Touch," 这种方式将使接触面分别按照绑定和不分离 接触来进行处理. (假如这个选项被设置了,那么即使有间隙存在, 这 些部分也按照最初就已经接触上的情况来进行计算.) – 即使有间隙存在,"Pinball Region" 的大小也能够改变和被显示出 来. 这样,就能很好地确保绑定和不分离接触的建立.
第五章
模态分析源自文库
模态分析
概述
培训手册
在本章节主要介绍如何在Design Simulation中进行模态分析. 在Design Simulation中, 进行一个模态分析类似于一个线性分析 .
– 假定用户已经对第四章的线性静态结构分析有了一定的学习了解.
ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation
模态分析
模态分析基础
培训手册
对于一个模态分析, 固有圆周频率 ωi 和 振型 φi 都能从矩阵方程式 里得到:
ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation
([K ] ω [M ]){φ } = 0
2 i i
在某些假设条件下的结果与分析相关:
– [K] 和 [M] 是常量:
假设为线弹性材料特性 使用小挠度理论, 不包含非线性特性 [C] 不存在, 因此不包含阻尼 {F} 不存在, 因此假设结构没有激励 根据物理方程 , 结构可能不受约束(rigid-body modes present) ,或者 部分/完全的被约束住
pinball 区域由缺省值自动产生
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Availability x x x x
July 3, 2006 Inventory #002010 7-8
记住这些在Design Simulation中进行模态分析的假设是非常重 要的.
July 3, 2006 Inventory #002010 7-5
模态分析
A. 模态分析过程
培训手册
模态分析过程和一个线性静态结构分析过程非常相似 , 因此这里 不再详细的介绍每一操作步骤. 下面这些步骤里面,黄色斜体字 体部分是模态分析所特有的.
– 建模 – 设定材料属性 – 定义解除对 (假如存在) – 划分网格 (可选择) – 施加载荷 (假如存在的话) – 需要 使用Frequency Finder 结果 – 设置 Frequency Finder 选项 – 求解 – 查看结果
July 3, 2006 Inventory #002010 7-6
培训手册
在"Limit Search to Range" 中,能指定最小和最大的频率. 但是要注意这个选项和"Max Modes to Find"是相关联的, 假如不需要足够多的模态,在 这个搜索的频率范围内,并不 是所有的模态都能发现.
如果存在的话, 压缩约束通常会表现出与无摩擦约束相似.
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Availability x x x x x
July 3, 2006 Inventory #002010 7-10
模态分析
…求解结果
模态分析的大部分结果和静态结构分析非常相 似. 但是,当Solutions 菜单里的Frequency Finder 被选中之后,Design Simulation会自 动进行模态分析
– 将Frequency Finder tool分支添加到求解选项 (Solutions 分支)里面 – Frequency Finder的Details窗中的选项可以允 许用户自定义最大的模态数量 "Max Modes to Find." 默认是6 阶模态(最大是 200). 随着要获 得模态数量的增加,运算时间也随之相应增加. – 在Limit Search to Range框中选择Yes ,可以 指定搜索范围限制在一个用户感兴趣的特定的频 率范围内.
ω i2 [M ]{φi }cos(ω i t ) + [K ]{φi }cos(ω i t ) = 0
( ω [M ] + [K ]){φ }cos(ω t ) = 0
2 i i i
注意到
解 φi =0 是没有价值的, ωi 需要被求解:
([K ] ω [M ]){φ } = 0
2 i i
July 3, 2006 Inventory #002010 7-4
July 3, 2006 Inventory #002010 7-2
模态分析
模态分析基础
培训手册
模态分析,或自由振动分析,是用来获得一个结构的固有频率和 振型
– 除了固有频率, 模态分析不考虑动态载荷下的结构响应. 在解决更为 复杂的动态问题之前,通常第一步先进行模态分析.
ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation
– 体元素 – 面元素 (需定义适当的厚度) – 线元素 (需定义适当的横截面)
对于线元素, 只能得到振型和位移.
ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation
July 3, 2006 Inventory #002010 7-7
模态分析
… 接触域
培训手册
在模态分析中,接触对是可能出现的. 但是,由于模态分析是纯 粹的线性分析,所以接触对不同于非线性分析中的接触类型, 如 下所示:
Contact Type Bonded No Separation Rough Frictionless Static Analysis Bonded No Separation Rough Frictionless Initially Touching Bonded No Separation Bonded No Separation Modal Analysis Inside Pinball Region Bonded No Separation Free Free Outside Pinball Region Free Free Free Free
本节内容如下:
– 模态分析流程 – 预应力模态分析流程
本节所介绍的这些性能通常能适用于 ANSYS DesignSpace Entra licenses及更高的lisenses.
– 在本节讨论的一些选项可能需要更多的高级lisenses, 需要时会相应 的标示出来. – 谐响应和非线性静态结构分析在本节将不进行讨论.
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ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation
在模态分析中定义接触需要注意以下两个方面的内容:
– 两个非线性的接触行为 – 粗糙的和无摩擦的– 都将表现为线性模式, 因此它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, 非线性的接触行为将是自由无约束的(也就是说, 好 像是没有接触一样). 绑定的和无间隙的接触将取决于pinball 区域的 大小.
对于ANSYS 结构licenses和更高的licenses, 假如表面将要被接 触,但实际上是自由面(没有接触),那么摩擦接触和绑定接触 将变得非常的相似.
在模态分析中不推荐使用摩擦接触,因为它是非线性的.
ANSYS License DesignSpace Entra DesignSpace Professional Structural Mechanical/Multiphysics
一个模态分析是通用运动方程的一个子集:
& [M ]{&&}+ [C ]{x}+ [K ]{x} = {F (t )} x
[M ]{&&}+ [K ]{x} = 0 x
July 3, 2006 Inventory #002010 7-3
模态分析
模态分析基础
在模态分析中,结构假设为线性的,因此相应的假设为谐响应:
有关pinball region的内容和如何定义其大小,请参考第 3 和 4章
ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation
材料属性:需要定义杨氏模量,泊松比和密度
– 由于没有载荷,所以定义了以上材料属性,就不再需要其他的材料 属性了
ANSYS License DesignSpace Entra DesignSpace Professional Structural Mechanical/Multiphysics
Availability x x x x x
– 关于预应力模态分析的内容,参见本节后面的部分B. 在这种情况下 ,只是为了体现预应力效果,载荷才被考虑.
在模态分析中可以使用各种约束:
– 假如没有或者只存在部分的约束, 刚体模态将能被检测和获得测评. 这些模态将处于0位置或者0HZ附近. 与静态结构分析不同, 模态分析 并不要求禁止刚体运动. – 边界条件对于模态分析来说,是很重要的.因为他们能影响部件的 振型和固有频率. 因此需要仔细考虑模型是如何被约束的. – 压缩约束是非线性的,因此在此分析中将不能被使用.
培训手册
ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation
{x} = {φi }cos(ω it )
上式中 φi 是指振型 (特征向量) ωi 是振型I的固有圆周频率. 通过取代线性方程中的值,可以得到如下方程:
ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation
模态分析
… 几何模型和材料属性
培训手册
类似于线性静态分析, 任何一种能被Design Simulation支持的几 何模型都有可以使用:
Availability
July 3, 2006
/ x x
Inventory #002010 7-9
模态分析
… 载荷和约束
在模态分析中,不能使用结构和热载荷
培训手册
ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation
模态分析
… 接触域
培训手册
对于 ANSYS 专业licenses 和更高的licenses, 在模态分析中, 存在更多的接触选项:
– 对于粗糙和无摩擦的接触, "Interface Treatment" 能被转变为 "Adjusted to Touch," 这种方式将使接触面分别按照绑定和不分离 接触来进行处理. (假如这个选项被设置了,那么即使有间隙存在, 这 些部分也按照最初就已经接触上的情况来进行计算.) – 即使有间隙存在,"Pinball Region" 的大小也能够改变和被显示出 来. 这样,就能很好地确保绑定和不分离接触的建立.
第五章
模态分析源自文库
模态分析
概述
培训手册
在本章节主要介绍如何在Design Simulation中进行模态分析. 在Design Simulation中, 进行一个模态分析类似于一个线性分析 .
– 假定用户已经对第四章的线性静态结构分析有了一定的学习了解.
ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation
模态分析
模态分析基础
培训手册
对于一个模态分析, 固有圆周频率 ωi 和 振型 φi 都能从矩阵方程式 里得到:
ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation
([K ] ω [M ]){φ } = 0
2 i i
在某些假设条件下的结果与分析相关:
– [K] 和 [M] 是常量:
假设为线弹性材料特性 使用小挠度理论, 不包含非线性特性 [C] 不存在, 因此不包含阻尼 {F} 不存在, 因此假设结构没有激励 根据物理方程 , 结构可能不受约束(rigid-body modes present) ,或者 部分/完全的被约束住
pinball 区域由缺省值自动产生
ANSYS License DesignSpace Entra DesignSpace Professional Structural Mechanical/Multiphysics
Availability x x x x
July 3, 2006 Inventory #002010 7-8
记住这些在Design Simulation中进行模态分析的假设是非常重 要的.
July 3, 2006 Inventory #002010 7-5
模态分析
A. 模态分析过程
培训手册
模态分析过程和一个线性静态结构分析过程非常相似 , 因此这里 不再详细的介绍每一操作步骤. 下面这些步骤里面,黄色斜体字 体部分是模态分析所特有的.
– 建模 – 设定材料属性 – 定义解除对 (假如存在) – 划分网格 (可选择) – 施加载荷 (假如存在的话) – 需要 使用Frequency Finder 结果 – 设置 Frequency Finder 选项 – 求解 – 查看结果
July 3, 2006 Inventory #002010 7-6
培训手册
在"Limit Search to Range" 中,能指定最小和最大的频率. 但是要注意这个选项和"Max Modes to Find"是相关联的, 假如不需要足够多的模态,在 这个搜索的频率范围内,并不 是所有的模态都能发现.
如果存在的话, 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
Availability x x x x x
July 3, 2006 Inventory #002010 7-10
模态分析
…求解结果
模态分析的大部分结果和静态结构分析非常相 似. 但是,当Solutions 菜单里的Frequency Finder 被选中之后,Design Simulation会自 动进行模态分析
– 将Frequency Finder tool分支添加到求解选项 (Solutions 分支)里面 – Frequency Finder的Details窗中的选项可以允 许用户自定义最大的模态数量 "Max Modes to Find." 默认是6 阶模态(最大是 200). 随着要获 得模态数量的增加,运算时间也随之相应增加. – 在Limit Search to Range框中选择Yes ,可以 指定搜索范围限制在一个用户感兴趣的特定的频 率范围内.
ω i2 [M ]{φi }cos(ω i t ) + [K ]{φi }cos(ω i t ) = 0
( ω [M ] + [K ]){φ }cos(ω t ) = 0
2 i i i
注意到
解 φi =0 是没有价值的, ωi 需要被求解:
([K ] ω [M ]){φ } = 0
2 i i
July 3, 2006 Inventory #002010 7-4
July 3, 2006 Inventory #002010 7-2
模态分析
模态分析基础
培训手册
模态分析,或自由振动分析,是用来获得一个结构的固有频率和 振型
– 除了固有频率, 模态分析不考虑动态载荷下的结构响应. 在解决更为 复杂的动态问题之前,通常第一步先进行模态分析.
ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation
– 体元素 – 面元素 (需定义适当的厚度) – 线元素 (需定义适当的横截面)
对于线元素, 只能得到振型和位移.
ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation
July 3, 2006 Inventory #002010 7-7
模态分析
… 接触域
培训手册
在模态分析中,接触对是可能出现的. 但是,由于模态分析是纯 粹的线性分析,所以接触对不同于非线性分析中的接触类型, 如 下所示:
Contact Type Bonded No Separation Rough Frictionless Static Analysis Bonded No Separation Rough Frictionless Initially Touching Bonded No Separation Bonded No Separation Modal Analysis Inside Pinball Region Bonded No Separation Free Free Outside Pinball Region Free Free Free Free
本节内容如下:
– 模态分析流程 – 预应力模态分析流程
本节所介绍的这些性能通常能适用于 ANSYS DesignSpace Entra licenses及更高的lisenses.
– 在本节讨论的一些选项可能需要更多的高级lisenses, 需要时会相应 的标示出来. – 谐响应和非线性静态结构分析在本节将不进行讨论.