ansys谐响应分析解析(课堂PPT)
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Haropt, Msup
Hrout, on •共振频率是激起结构激烈响应的载荷频率，也就是结构的固有频率。 •施加谐载荷时并不需要输入载荷的频率，只需在分析过程中指定感兴趣的频 率范围。结构上可能作用的激励的频率范围就是用户感兴趣的频率范围。
3-9
ANSYS80谐响应分析——段志东制作
谐响应分析-术语和概念
复位移
• 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：虚部为非零的载荷）
• 复位移滞后一个相位角(相对于某施加的力而言).
• 可以用实部和虚部或振幅和相位角的形式来查看
培训手册
3-10
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：
• 完整法
– 为缺省方法，是最容易的方法 – 使用完整的结构矩阵，且允许非对称矩阵（例如：声学矩阵）
• 谐响应分析只能计算结构的稳态响应，不考虑发生在激励开始时的瞬态振动。
• 谐响应分析是一种线性分析，任何非线性环节即使定义也会被忽略。
• 输入：
– 已知大小和频率的谐载荷（力、压力和强迫位移） – 同一频率的多种载荷，力和位移可以是同相或不同相的。表面载荷和体载荷的相位角度
可以指定为零。
• 输出：
含了简谐热载荷。为了避免这种事情发生，请将ALPX设置为零 • 请参阅第一章中的建模需要考虑的问题
3-14
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 • 进入求解器，选择谐响应分析 • 主要分析选项是求解方法—在后面
讨论 • 指定阻尼—在后面讨论
培训手册
– 每一个自由度上的谐位移，通常和施加的载荷不同相 – 其它多种导出量，例如应力和应变等
3-3
ANSYS80谐响应分析——段志东制作
谐响应分析
…定义和目的
培训手册
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
• 受涡流（流体的漩涡运动）影响的结构，例如涡轮叶片、飞机机翼、桥 和塔等
3-7
ANSYS80谐响应分析——段志东制作
谐响应分析-术语和概念
谐载荷
• 随时间成正弦或余弦变化的载荷
• 同时作用的谐载荷必须是相同频率 的载荷
• 相位角ψ允许不同相位的多个载荷 同时作用，ψ缺省值为零
• 施加的全部载荷都假设是简谐的， 包括温度和重力。
虚部
培训手册
实部
3-8
ANSYS80谐响应分析——段志东制作
3-5
谐响应分析
术语和概念
包含的主题： • 运动方程 • 谐载荷 • 频率 • 复位移 • 求解方法
培训手册
3-6
ANSYS80谐响应分析——段志东制作
ANSYS80谐响应分析——段志东制作
谐响应分析-术语和概念
运动方程
培训手册
• 通用运动方程： :
M u C u K u F
3-4
ANSYS80谐响应分析——段志东制作
谐响应分析
…定义和目的
培训手册
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）
• 探测共振响应，并在必要时避免其发生（例如：借助于阻尼器来避免共 振）
• 谐响应分析的目的在于计算线性结构在不同频率下的响应，并获取响应 量随频率变化的图像。
• [F]矩阵和 {u}矩阵是简谐的，频率为 w :
F F me ai xeiw t(F 1iF 2)eiw t u ume ai xeiw t(u 1iu2)eiw t
• 谐响应分析的运动方程:
( w 2 M i w C K ) u 1 ( i u 2 ) ( F 1 i F 2 )
**将在第六章中讨论。
培训手册
3-11
ANSYS80谐响应分析——段志东制作
谐响应分析-术语和概念
…求解方法
培训手册
ANSYS80谐响应分析——段志东制作
相对求解时间 相对的使用容易程度 允许单元载荷（例如压力）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？
完整法
快 最容易 允许
允许 不允许 不能
能 允许 不需要 不需要
缩减法
较快
模态叠加法
最快
较容易
难
不允许 允许
允许 (载荷向量 LVSCALE)
不允许
不允许
允许
能
能
能 不允许
不能 不允许
不需要
需要
需要 * gene需ra要lly(n如o果t r选ec用om缩m减en法d)ed
3-12
谐响应分析
C.步骤
• 缩减法*
– 使用缩减矩阵，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]矩阵 – 比full法难
• 模态叠加法**
– 从前面的模态分析中得到各模态；再乘以相应系数后求模态和 – 是所有求解方法中是最快的 – 在三种方法中最难使用
*未包括在本手册中；请参看ANSYS结构分析指南。
谐响应分析-术语和概念
频率
培训手册
频率
•频率反映载荷随时间变化的快慢 •谐响应分析输出的是响应量随频率的变化关系图 •在谐分析中，所有节点振动的频率都相同，但振动的相位可能不同 •在谐分析中，必须指定频率范围及其分割数(nsubst)。 •Ansys谐分析中的自动频率分割法能自动大致估计并选择共振频率，有效避 免无关频率分析过细，重要频带（共振频率附近的频率）分析较少的现象。
谐响应分析
谐响应分析
A、谐响应分析的定义和目的 B、关于谐响应分析的基本术语和概念 C、谐响应分析在ANSYS中的应用 D、谐响应分析的实例练习
培训手册
3-2
ANSHale Waihona Puke BaiduS80谐响应分析——段志东制作
ANSYS80谐响应分析——段志东制作
谐响应分析
定义和目的
培训手册
什么是谐响应分析？
• 确定一个线性结构在持续的周期性（随时间成正弦或余弦变化）荷载作用下的持 续的周期性响应（稳态响应）。
四个主要步骤： • 建模 • 选择分析类型和选项 • 施加简谐载荷并求解 • 观看结果
培训手册
3-13
ANSYS80谐响应分析——段志东制作
ANSYS80谐响应分析——段志东制作
谐响应分析-步骤
建模
培训手册
模型
• 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）和T均不为零，就有可能不经意地包
Hrout, on •共振频率是激起结构激烈响应的载荷频率，也就是结构的固有频率。 •施加谐载荷时并不需要输入载荷的频率，只需在分析过程中指定感兴趣的频 率范围。结构上可能作用的激励的频率范围就是用户感兴趣的频率范围。
3-9
ANSYS80谐响应分析——段志东制作
谐响应分析-术语和概念
复位移
• 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：虚部为非零的载荷）
• 复位移滞后一个相位角(相对于某施加的力而言).
• 可以用实部和虚部或振幅和相位角的形式来查看
培训手册
3-10
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：
• 完整法
– 为缺省方法，是最容易的方法 – 使用完整的结构矩阵，且允许非对称矩阵（例如：声学矩阵）
• 谐响应分析只能计算结构的稳态响应，不考虑发生在激励开始时的瞬态振动。
• 谐响应分析是一种线性分析，任何非线性环节即使定义也会被忽略。
• 输入：
– 已知大小和频率的谐载荷（力、压力和强迫位移） – 同一频率的多种载荷，力和位移可以是同相或不同相的。表面载荷和体载荷的相位角度
可以指定为零。
• 输出：
含了简谐热载荷。为了避免这种事情发生，请将ALPX设置为零 • 请参阅第一章中的建模需要考虑的问题
3-14
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 • 进入求解器，选择谐响应分析 • 主要分析选项是求解方法—在后面
讨论 • 指定阻尼—在后面讨论
培训手册
– 每一个自由度上的谐位移，通常和施加的载荷不同相 – 其它多种导出量，例如应力和应变等
3-3
ANSYS80谐响应分析——段志东制作
谐响应分析
…定义和目的
培训手册
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
• 受涡流（流体的漩涡运动）影响的结构，例如涡轮叶片、飞机机翼、桥 和塔等
3-7
ANSYS80谐响应分析——段志东制作
谐响应分析-术语和概念
谐载荷
• 随时间成正弦或余弦变化的载荷
• 同时作用的谐载荷必须是相同频率 的载荷
• 相位角ψ允许不同相位的多个载荷 同时作用，ψ缺省值为零
• 施加的全部载荷都假设是简谐的， 包括温度和重力。
虚部
培训手册
实部
3-8
ANSYS80谐响应分析——段志东制作
3-5
谐响应分析
术语和概念
包含的主题： • 运动方程 • 谐载荷 • 频率 • 复位移 • 求解方法
培训手册
3-6
ANSYS80谐响应分析——段志东制作
ANSYS80谐响应分析——段志东制作
谐响应分析-术语和概念
运动方程
培训手册
• 通用运动方程： :
M u C u K u F
3-4
ANSYS80谐响应分析——段志东制作
谐响应分析
…定义和目的
培训手册
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）
• 探测共振响应，并在必要时避免其发生（例如：借助于阻尼器来避免共 振）
• 谐响应分析的目的在于计算线性结构在不同频率下的响应，并获取响应 量随频率变化的图像。
• [F]矩阵和 {u}矩阵是简谐的，频率为 w :
F F me ai xeiw t(F 1iF 2)eiw t u ume ai xeiw t(u 1iu2)eiw t
• 谐响应分析的运动方程:
( w 2 M i w C K ) u 1 ( i u 2 ) ( F 1 i F 2 )
**将在第六章中讨论。
培训手册
3-11
ANSYS80谐响应分析——段志东制作
谐响应分析-术语和概念
…求解方法
培训手册
ANSYS80谐响应分析——段志东制作
相对求解时间 相对的使用容易程度 允许单元载荷（例如压力）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？
完整法
快 最容易 允许
允许 不允许 不能
能 允许 不需要 不需要
缩减法
较快
模态叠加法
最快
较容易
难
不允许 允许
允许 (载荷向量 LVSCALE)
不允许
不允许
允许
能
能
能 不允许
不能 不允许
不需要
需要
需要 * gene需ra要lly(n如o果t r选ec用om缩m减en法d)ed
3-12
谐响应分析
C.步骤
• 缩减法*
– 使用缩减矩阵，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]矩阵 – 比full法难
• 模态叠加法**
– 从前面的模态分析中得到各模态；再乘以相应系数后求模态和 – 是所有求解方法中是最快的 – 在三种方法中最难使用
*未包括在本手册中；请参看ANSYS结构分析指南。
谐响应分析-术语和概念
频率
培训手册
频率
•频率反映载荷随时间变化的快慢 •谐响应分析输出的是响应量随频率的变化关系图 •在谐分析中，所有节点振动的频率都相同，但振动的相位可能不同 •在谐分析中，必须指定频率范围及其分割数(nsubst)。 •Ansys谐分析中的自动频率分割法能自动大致估计并选择共振频率，有效避 免无关频率分析过细，重要频带（共振频率附近的频率）分析较少的现象。
谐响应分析
谐响应分析
A、谐响应分析的定义和目的 B、关于谐响应分析的基本术语和概念 C、谐响应分析在ANSYS中的应用 D、谐响应分析的实例练习
培训手册
3-2
ANSHale Waihona Puke BaiduS80谐响应分析——段志东制作
ANSYS80谐响应分析——段志东制作
谐响应分析
定义和目的
培训手册
什么是谐响应分析？
• 确定一个线性结构在持续的周期性（随时间成正弦或余弦变化）荷载作用下的持 续的周期性响应（稳态响应）。
四个主要步骤： • 建模 • 选择分析类型和选项 • 施加简谐载荷并求解 • 观看结果
培训手册
3-13
ANSYS80谐响应分析——段志东制作
ANSYS80谐响应分析——段志东制作
谐响应分析-步骤
建模
培训手册
模型
• 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）和T均不为零，就有可能不经意地包