质量-弹簧系统的谐响应分析

实验六质量-弹簧系统的谐响应分析

（感受共振）

一、实验目的

1、学会分析实际工程问题的方法

2、掌握谐响应分析分析方法

3、学会对问题的抽象处理

二、实验器材

能够安装ANSYS软件，CPU2.0GHz以上，内存1G以上，硬盘5G空间的计算机

三、实验说明

（一）谐响应分析

任何持续的周期载荷将在结构系统中产生持续的周期响应（谐响应）。谐响应分析使设计人员能预测结构的持续动力特性，从而使设计人员能够验证其设计能否成功克服共振、疲劳及其他受迫振动引起的有害结果。

谐响应分析的目的是计算出结构在几种频率下的响应，并得到一些响应值（通常是位移）对频率的曲线。从这些曲线上可以找到“峰值”响应，并进一步观察峰值频率对应的应力。

（二）实验问题的描述

确定如图4所示的系统中的质量块m1上施加简谐力(F1)时两个质量块（m1和m2）的振幅响应和相位角响应。

该问题的材料属性如下：m1=m2==0.5 lb-sec2/in; k1=k2=kc=200lb/in。

载荷大小如下：F1=200 lb。

弹簧的长度是任意的，只是用来定义弹簧的方向，两个质量块的自由度都是沿着弹簧方向。如图6-1.

图6-1

四、实验内容和步骤

（一）前处理

1.定义工作名：Utility Menu > File > Change Title,在弹出Change Title的对

话框，输入Harmonic Response of the Structure,然后单击OK按钮。

2.定义单元类型：Main Menu > Preprocessor > Element Type>Add/Edit/Delete,

弹出“Element Types”对话框，单击Add按钮，弹出“Library of Element

Types ”对话框，在左边的滚动条中选择Structural及其下的 Combination，

在右边的滚动条中选择 Spring-damper14 ，单击Apply按钮。如图6-2所示

图 6 – 2

3.在左面滚动栏中选择“Structural”及其下的“Mass”，在右面的滚动栏中选中

“ 3D mass 21”, 如图6-3所示,单击Ok按钮

图6– 3

4.单击“Element Types”对话框的Close按钮，关闭对话框，如图6-4所示.

图6– 4

5.定义实常数：Main Menu > Preprocessor > Real

Constants >Add/Edit/Delete,弹出Real Constant对话框，单击 Add 按钮，弹出Element Type for Real Constants对话框，如图6-5所示.

图6– 5

6.在“Element Types for Real Constants”对话框中单击选取“Type 1 COMBIN14”,

单击OK按钮，如图6-6所示

图6- 6

7.又在“Element Types”对话框中单击Add按钮,弹出“Element Types for Real

Constants”对话框，在该对话框中选取“Type 2 MASS 21”,单击OK按钮, 如图6-7所示

图6 – 7

8.单击“Real Constants”对话框中的Close按钮，关闭该对话框

9.创建节点：Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Nodes>In

Active CS,弹出如图6-8所示所示的对话框。在输入栏中分别输入0、0、0，Apply按钮。

图6- 1

10.继续在“Create Nodes in Actives Coordinate System”对话框中，在“NODE Node

number”后面的输入栏中输入4，在“X，Y，Z Location in active CS”后面的输入栏中分别1，0，0，单击OK按钮。如图6-9.

图6-9

11.打开节点编号显示控制：如图6-10所示.

图6– 10

12.插入新节点:Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create >Nodes >Fill

between Nds,弹出一个拾取框如图6-11所示，单击OK按钮，弹出一个如图6-12的对话框，单击OK 按钮。

图6- 11

图6– 12

13.选择菜单路径：Utility Menu > PlotCtrls > Window Controls > Window Options,

弹出如图6-13所示的对话框。最后结果如图6-14所示。

图6– 13

图 6 – 14

14.创建梁单元：Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Elements > Auto

Numbered > Thru Nodes,弹出Elements from Nodes的拾取框。

15.用鼠标在屏幕上拾取编号为1和2的节点，单击Apply按钮，屏幕上在节点1和

节点2 之间出现一条直线

16.用鼠标在屏幕上拾取编号为2和3的节点，单击Apply按钮，屏幕上在节点2和

节点3 之间出现一条直线

17.用鼠标在屏幕上拾取编号为3和4的节点，屏幕上在节点3和节点4 之间出现一

条直线，单击OK按钮关闭拾取菜单，如图6-15所示

图6– 15