第3章 模态分析的高级内容

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Solution > Analysis Type > Analysis Options
– 加载:
• 施加引起预应力的载荷. – 后处理:
• 察看结果确保对结构已经 施加了适当的载荷.
有预应力的模态分析
… 步骤
– 静态分析的典型命令流:
/SOLU ANTYPE，STATIC ! 静力分析 PSTRES，ON ! 激活预应力效应 ! 加载 ... ! 求解 SOLVE ! 结果处理 /POST1 PLDISP，2 PLNSOL，S，EQV FINISH
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Main Menu > Solution > Analysis Type > New Analysis
循环对称结构的模态分析
用ANSYS求解命令进行求解
对基本扇区建模 指定循环对称面 施加边界条件 指定分析类型和选项
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•
组:
DISC_M01L DISC_M01H
循环对称结构的模态分析
施加边界条件
对基本扇区建模 指定循环对称面
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• 施加边界条件:
– 主要是位移约束.
– 仅在各节点上施加约束（因为 第二个扇区只包括节点和单元 ）.
– 根据位置选择节点，而不要根 据编号来选择节点. – 不需要指定对称边界条件 (除 非你正在进行的是一个用来获 得预应力的静态分析).
循环对称结构的模态分析
… 求解 节径:
• 振动中位移为零的线 (类似于余弦波).
• 提供了由基本扇区结果计算整个模型振型的关系.
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• 一条节径通常在周向引起一个振动波（即一条横穿零位移平面的 线）,两条节径引起的两个振动波，如此类推.
• 每条节径有许多振型.
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• 指定循环选项并用ANSYS求解命令进行求解计算:
– 用 CYCOPT,hindex,… 命令来指定需要求解哪一个谐波指数（ harmonic index ）. 缺省为求解所有可应用的谐波指数（ harmonic index ）. – 菜单路径为: Solution > Solve > Current LS
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第二节. 实例
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• 在这个实例中, 首先给下图所示的圆盘施加预应力，然后分析计算它 的自然频率. 如果时间允许，再计算一下这个圆盘在没有预应力的 情况下的自然频率和振型，从而对他们作出比较。
• 详细情况请参考动力学实例补充材料
谐波指数 3
循环对称结构的模态分析
… 查看结果
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谐波指数 4
循环对称结构的模态分析
… 查看结果
比较循环对称解和完整模型解:
– 两种求解法频率吻合的很好. – 注意，频率较低的振型是每个 谐波指数的前几阶振型. – 左表采用36º 对称循环的模型， 具有560个单元，1960个自由 度。右表采用的完整模型，具 有2800个单元，18560个自由 度. – 对称模型的求解时间不到完整 模型求解时间的一半. – 结果文件的大小分别为: 1.34 MB 和 4.16 MB.
– 可用于任何具有循环对称的结构：如涡轮、叶轮。
循环对称结构的模态分析步骤
六个主要步骤:
• 建立基本扇区模型
• 确定循环对称面 – 通过 CYCLIC 命令自动确定 – 通过创建节点组件来手动确定 • 施加边界条件 • 制定分析类型和选项
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• 通过CYCOPY命令指定循环求解选项，并通过ANSYS SOLVE 命令进 行求解 • 通过 /CYCEXPAND 命令将计算结果扩展到360度，并察看整个模 型的结果
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有预应力的模态分析
… 步骤
单元图－静态分析 应力图 -静态分析
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有预应力的模态分析
… 步骤
建立模型 通过静态分析给结构施加预应力 • 对带有预应力的结构进行模态分 析 – 除了在分析选项中必须激活 预应力效果选项外，其它步 骤与普通的模态分析步骤一 样.
有预应力的模态分析
步骤
三个主要步骤:
• 建立模型 • 在静态分析中给模型施加预应力 • 做具有预应力的模态分析
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建立模型:
• 与一般的模态分析要考虑的问题一样. • 记住一定要定义材料的密度并要注意单位制.
建模的典型命令流
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谐波指数 4,模态1-5
循环对称结构的模态分析
… 查看结果
• •
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运行命令 /CYCEXPAND,,ON. ( General Postproc > Cyclic Analysis > Cyc Expansion ) 所有显示将被图形化地扩展到整个360度.
循环对称结构的模态分析
… 查看结果
列出频率:
• • General Postproc > Read Results > By Pick 每一个谐波指数都作为一个单独的载荷步进行保存
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谐波指数 0, 模态 1-5 谐波指数 1,模态1-5
谐波指数 2,模态1-5 谐波指数 3,模态1-5
• 对每一个谐波指数，ANSYS都将提取一个指定数目的模态.
• 用户可以控制每一个要提取的模态的谐波指数的范围. • 最小的谐波指数为 0 ( “瞬间模态”).
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• 对于偶数扇区最大的谐波指数为 (NSECTOR/2)，而奇数扇区的 最大谐波指数为 ( NSECTOR-1)/2 . • 通常，只需提取整个谐波指数范围中的少数几个模态来覆盖所有 低阶频率模态.
循环对称结构的模态分析
… 求解
一条节径
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• 注意，下面的位移UZ等值线图中有一条零位移的径线，右图表示的 是振型的侧视图.
循环对称结构的模态分析
… 求解
两条节径
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循环对称结构的模态分析
… 求解
第3章
模态分析的高级内容
第3章
模态分析的高级内容
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第一节 有预应力的模态分析 第二节 实例 – 分析一个具有预应力的圆盘的自然频率 第三节 循环对称模型的模态分析 第四节 实例 –对一个具有个 53 齿的齿轮进行模态分析
第五节 经历大变形结构的模态分析
谐波指数 0
循环对称结构的模态分析
… 查看结果
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谐波指数 1
循环对称结构的模态分析
… 查看结果
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谐波指数 2
循环对称结构的模态分析
… 查看结果
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循环对称结构的模态分析
… 求解
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• 对含有N个扇区的模型来说，谐波指数 k 和节径 d 间的关系为：
d m N k where m 0,1, 2, 3,...,
下标给出了谐波指数、节径以及扇区数之间的关系
循环对称结构的模态分析
查看整个模型的结果
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/PREP7 ET，... MP，EX，... MP，DENS，… ! 建立几何模型 …
! 划分网格 …
有预应力的模态分析
… 步骤
建立模型 • 通过静态分析给模型施加预应力 – 选择分析类型 & 选项: • 确保激活预应力选项.
Solution > Unabridged Menu
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有预应力的模态分析
… 步骤
比较:
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具有预应力的平板
无预应力的平板
有预应力的模态分析
… 步骤
建立模型 通过静态分析给模型施加预应力 对带有预应力的结构进行模态分析
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循环对称结构的模态分析
指定循环对称面
对基本扇区建模
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指定循环对称面:
• 自动方式: – 通过 CYCLIC 命令来自动探测: • 扇区的数目 • 扇区角 • 循环坐标系 • 循环边界线 手动方式: – 沿着最小 角选择节点. – 创建节点组: Utility Menu > Select > Comp/Assembly > Create Component… – 沿着最大 角选择节点. – 创建节点组件: Utility Menu > Select > Comp/Assembly > Create Component… – 用 CYCLIC 命令指定所有域 – 确认在确定循环对称面时选择了所有相关项!
对基本扇区建模 指定循环对称面 施加边界条件 指定分析类型和选项 指定循环选项并用 ANSYS 求解命令进行求解计算
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• 查看整个模型结果 – 进入后处理器 （POST1）. – 四个主要步骤: • 列出自然频率. • 用 /CYCEXPAND,,ON 命令 • 读入所需振型的结果. • 显示振型，对振型做动画.
循环对称结构的模态分析
指定分析类型和选项
对基本扇区建模 指定循环对称面 施加边界条件 • 指定分析类型和选项
– 分析类型 – 模态分析
– 选项: • 建议使用Block Lanczos 法. • 提取的模态数 (NMODE) 是 节径数 (随后解释). • 扩展的模态数目应和提取的 模态数目一样多.
第三节. 循环对称结构的模态分析
什么是循环对称结构的模态分析?
• 充分利用结构的循环对称性来对结构进行模态分析；
• 可以只模拟结构的一个扇形区，然后观察整个结构的振型。
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– 节省了建模时间 － 不需要模拟整个结构。
– 节省了计算时间和硬盘空间 － 只需要较少的单元和自由度。 • 应用：
第六节 模态综合法的应用 第七节 实例 – 音叉的模态综合法分析
第一节. 有预应力的模态分析
什么是有预应力的模态分析？ 为什么要做有预应力的模态分析?
• 对有预应力的结构进行模态分析. • 一些结构在不同的应力状态下表现出不同的动力特性，比如
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– 吉他弦或鼓面随着它的张力的增加，其振动频率也将升高 – 涡轮叶片旋转时，由于离心力引起的预应力的作用，它的自 然频率就会有增大的趋势。 • 为了恰当地设计这些结构，必须要做具有预应力和无预应力的模 型的模态分析。
循环对称结构的模态分析
对基本Baidu Nhomakorabea区建立模型
• 基本扇区
– 必须在全局和用户定义的柱坐 标系下：X 径向, Y 沿 , Z 轴向. – 循环对称面 (或边): • 节点模式可以是“匹配的” 或“不匹配的”, 但 “匹 配” 可以保证更准确的求 解. • 可以是弯曲的. – 只要360/是整数，扇区角 可以是任何值.
• 使用SET命令或菜单中的 “By Load Step…”，可以读入所需振型。
谐波指数. LSTEP=1 意味着谐 波指数为0.
振型数目
循环对称结构的模态分析
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制作振型动画
• PlotCtrls > Animate > Mode Shape...
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三条节径
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循环对称结构的模态分析
… 求解
四条节径
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循环对称结构的模态分析
… 求解
零节径 (轴对称模型)
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循环对称结构的模态分析
… 求解
为什么谐波指数（harmonic index）范围很重要?