《有限元基礎(chǔ)教程》_【ANSYS算例】7.2(1)及7.2(2) 汽車懸掛系統(tǒng)的振動(dòng)模態(tài)分析(GUI)及命令流.doc

【ANSYS算例】7.2(1) 汽車懸掛系統(tǒng)的振動(dòng)模態(tài)分析(GUI)一個(gè)簡(jiǎn)單的汽車系統(tǒng)如圖7-2所示，若將其處理成平面系統(tǒng)，可以由車身(梁)、承重。前后支撐組成0汽車懸架振動(dòng)系統(tǒng)可以簡(jiǎn)化成由以下兩個(gè)主要運(yùn)動(dòng)組成：運(yùn)動(dòng)體系在垂直方向的線性運(yùn)動(dòng)以及車身質(zhì)量塊的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)分析。模型中的各項(xiàng)參數(shù)如表7-1所示，為與文獻(xiàn)結(jié)果進(jìn)行比較，這里采用了英制單位。表7-1 汽車懸架振動(dòng)模型的參數(shù) 材料參數(shù)幾何參數(shù)彈性模量E = 4 109 psf加速度g = 32.2 ft/sc2質(zhì)心的前距離= 4.5 ft車身重量W= 3 220 lb車身質(zhì)量m = W/g = 100 lb.sc2/ft質(zhì)心的后距離= 5.5ft前懸架支撐彈簧系數(shù)k1 = 2 400 lb/ft后懸架支撐彈簧系數(shù)k2 = 2 600 lb/ft質(zhì)量分布的回轉(zhuǎn)半徑r=4ft解答 計(jì)算模型如圖7-2(b)所示。 (a) 問(wèn)題描述 (b)有限元分析模型 圖7-2汽車懸架振動(dòng)系統(tǒng)模型這里將車身簡(jiǎn)化為梁，僅起到連接作用，這里設(shè)定不考慮梁的質(zhì)量對(duì)振動(dòng)性能的影響，因此需將密度設(shè)定為零即可，但在建模時(shí)需要輸入梁的各種參數(shù)(包括材料以及幾何參數(shù))。實(shí)際上，可以將車身梁的彈性效果通過(guò)質(zhì)量塊的垂直運(yùn)動(dòng)及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)等效，質(zhì)量塊的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性矩為，r取為4ft，經(jīng)計(jì)算為?？梢钥闯鏊捎玫钠矫婧?jiǎn)化模型僅有兩個(gè)自由度(梁?jiǎn)卧捎谌∶芏葹榱悖瑢H起連接作用)。采用2D的計(jì)算模型，使用梁?jiǎn)卧?-D Elastic Beam Elements (BEAM3)來(lái)等效車身，使用彈簧單元Spring-Damper Elements (COMBIN14)來(lái)等效車體的前后懸架支撐，使用質(zhì)量塊單元Structural Mass Element (MASS21)來(lái)等效車身質(zhì)量。建模的要點(diǎn)：首先定義分析類型并選取3種單元，輸入實(shí)常數(shù)；建立對(duì)應(yīng)幾何模型，并賦予各單元類型對(duì)應(yīng)各參數(shù)值；在后處理中，用命令來(lái)提取其計(jì)算分析結(jié)果(頻率)。通過(guò)命令來(lái)提取模態(tài)的頻率值。最后將計(jì)算結(jié)果與參考文獻(xiàn)所給出的解析結(jié)果進(jìn)行比較，見(jiàn)表7-2。表7-2 ANSYS簡(jiǎn)化模型與文獻(xiàn)的簡(jiǎn)化模型解析結(jié)果的比較模態(tài)頻率及單位Reference 7.2(1)的結(jié)果ANSYS結(jié)果兩種結(jié)果之比f(wàn)1 Hz1.098 11.098 11.000f2 Hz1.440 61.440 61.000Reference7.2(1)：Thomson W T. Vibration Theory and Applications.2nd Printing. NJ: Prentice-Hall, Inc., 1965, 181給出的基于圖形界面的交互式操作(step by step)過(guò)程如下。(1) 進(jìn)入ANSYS（設(shè)定工作目錄和工作文件）程序 ANSYS ANSYS Interactive Working directory（設(shè)置工作目錄） Initial jobname: Vehicle（設(shè)置工作文件名）：Run OK(2) 設(shè)置計(jì)算類型ANSYS Main Menu：Preferences Structural OK(3)定義單元類型ANSYS Main Menu：Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete. Add Beam: 2d elastic 3 Apply（返回到Library of Element窗口） Combination: Spring-damper 14 Apply（返回到Library of Element窗口）Structural Mass: 3D mass 21OK（返回到Element Types窗口）選擇Type 2 COMBIN14 單擊OptionsK3 設(shè)定為2-D longitudinalOK（返回到Element Types窗口）選擇Type 3 MASS21 單擊OptionsK3 設(shè)定為2-D w rot inert OK Close(4) 定義實(shí)常數(shù)ANSYS Main Menu: Preprocessor Real ConstantsAdd/Edit/Delete. Add 選擇 Type 2 COMBIN14 OK Real Constants Set No. : 1（第1號(hào)實(shí)常數(shù)）, K:2400(前懸架支撐的彈簧系數(shù)k1 = 2400) Ok(返回Real constants窗口) Add 選擇 Type 1 BEAM3 OK Real Constants Set No. : 2（第2號(hào)實(shí)常數(shù)） AREA:10, IZZ:10, HEIGHT:10(梁?jiǎn)卧獏?shù)，可以為任意值) OK Add 選擇 Type 3 MASS21 OK Real Constants Set No. : 3（第3號(hào)實(shí)常數(shù)）, MASS:100，IZZ:1600(質(zhì)點(diǎn)的實(shí)常數(shù)) OK Add選擇 Type 1 BEAM3 OK Real Constants Set No. : 4（第4號(hào)實(shí)常數(shù)） AREA:10, IZZ:10, HEIGHT:10(梁?jiǎn)卧獏?shù)，可以為任意值) OK Add 選擇 Type 2 COMBIN14 OK Real Constants Set No. : 5（第5號(hào)實(shí)常數(shù)）, K:2600(后懸架支撐的彈簧系數(shù)k2 = 2600) Close (關(guān)閉 Real Constants 窗口)(5) 定義材料參數(shù)ANSYS Main Menu: Preprocessor Material Props Material Models Structural Elastic Linear Isotropic input EX: 4E9, PRXY:0.3(定義泊松比及彈性模量) OK，Density (定義材料密度) DENS:0, OK 關(guān)閉材料定義窗口(6) 構(gòu)造車體模型 生成節(jié)點(diǎn)ANSYS Main Menu：Preprocessor Modeling Create Nodes In Active CS Node number：1，X，Y，Z Location in active CS：0，0，0 Apply 同樣輸入其余4個(gè)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)（最左端為起始點(diǎn)，坐標(biāo)分別為（0，1，0）、（4.5，1，0）、（10，1，0）、（10，0，0）OK 生成元素并分配材料類型、實(shí)常數(shù)ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Elements Elem Attributes Type 2 COMBIN14 OKANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Elements Auto Numbered Thru Nodes 點(diǎn)擊1，2號(hào)節(jié)點(diǎn)，生成第1個(gè)單元 OKANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Elements Elem Attributes MAT,1， TYPE,1 Beam3，REAL,2 OKANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Elements Auto Numbered Thru Nodes 點(diǎn)擊2，3號(hào)節(jié)點(diǎn)，生成第2個(gè)單元ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Elements Elem Attributes Type 3 MASS21 REAL,3 OKANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Elements Auto Numbered Thru Nodes 點(diǎn)擊3號(hào)節(jié)點(diǎn)，生成第3個(gè)單元ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Elements Elem Attributes Type 1 BEAM3 REAL,4 OKANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Elements Auto Numbered Thru Nodes 點(diǎn)擊3，4號(hào)節(jié)點(diǎn)，生成第4個(gè)單元ANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Elements Elem Attributes Type 2 COMBIN14 REAL,5 OKANSYS Main Menu: Preprocessor Modeling Create Elements Auto Numbered Thru Nodes 點(diǎn)擊4，5號(hào)節(jié)點(diǎn)，生成第5個(gè)單元(7) 模型加約束ANSYS Main Menu: Solution Define Loads Apply -Structural DisplacementOn Nodes 選取1，5號(hào)節(jié)點(diǎn) OK 選擇 Lab2: UX，UY(施加X(jué)、Y方向的位移約束) Apply 選取3號(hào)節(jié)點(diǎn)OK選擇 Lab2: UX (施加X(jué)方向的位移約束) OK(8) 計(jì)算分析ANSYS Main Menu: Solution Analysis Type New Analysis ModalOKANSYS Main Menu: Solution Analysis Options MODOPT Block Lanczos, No. of modes to extract: 5 Expand mode shapes: Yes, Number of modes to expand:0 OK 彈出 Block Lanczos Method 窗口中：Start Freq：0.001 ， End Freq：100 OKANSYS Main Menu：Solution Solve Current LS OK(9) 計(jì)算結(jié)果ANSYS Main Menu：General Postproc List Results Detailed summary（讀取模態(tài)頻率）(10) 退出系統(tǒng)ANSYS Utility Menu：File Exit Save Everything OK【ANSYS算例】7.2(2) 汽車懸掛系統(tǒng)的振動(dòng)模態(tài)分析(命令流)針對(duì)【ANSYS算例】7.2(1)的GUI操作，提供完整的命令流。解答：給出的命令流如下。!% ANSYS算例7.2(2) % begin %/PREP7 !進(jìn)入前處理ANTYPE,MODAL !設(shè)定為模態(tài)分析MP,EX,1,4E9 !定義1號(hào)材料的彈性模量 MP,DENS,1,0 !定義1號(hào)材料的密度，設(shè)置為零，則材料對(duì)振動(dòng)不起作用 MP,PRXY,1,0.3 !設(shè)定1號(hào)材料的泊松比ET,1,BEAM3 ! 選取單元類型1(梁)ET,2,COMBIN14,2 ! 選取單元類型2(彈簧)ET,3,MASS21,3 ! 選取單元類型3(質(zhì)量塊), 設(shè)置KEYOPT(3)=3R,1,2400 ! 設(shè)定實(shí)常數(shù)No.1，前懸架支撐的彈簧系數(shù)k1 = 2400R,2,10,10,10 ! 設(shè)定實(shí)常數(shù)No.2，梁?jiǎn)卧枰膮?shù)(這里可以設(shè)定為一個(gè)任意值)R,3,100,1600 ! 設(shè)定實(shí)常數(shù)No.3，MASS=100, IZZ=1600，當(dāng)KEYOPT(3)=3時(shí)R,4,10,10,10 ! 設(shè)定實(shí)常數(shù)No.4，梁參數(shù)(任意)R,5,2600 ! 設(shè)定實(shí)常數(shù)No.5，后懸架支撐的彈簧系數(shù)k2= 2600N,1 ! 生成節(jié)點(diǎn)1N,2,1 ! 生成節(jié)點(diǎn)2N,3,4.5,1 ! 生成節(jié)點(diǎn)3N,4,10,1 ! 生成節(jié)點(diǎn)4N,5,10 ! 生成節(jié)點(diǎn)5TYPE,2 ! 設(shè)定彈簧單元 E,1,2 ! 生成前懸架支撐(彈簧單元)MAT,1 ! 設(shè)定為材料No.1TYPE,1 ! 設(shè)定單元No.1，即梁?jiǎn)卧?REAL,2 ! 設(shè)定實(shí)常數(shù)No.2E,2,3 ! 生成前車體(梁?jiǎn)卧?TYPE,3 ! 設(shè)定質(zhì)量塊單元 REAL,3 ! 設(shè)定實(shí)常數(shù)No.3E,3 ! 生成質(zhì)量塊單元TYPE,1 ! 設(shè)定梁?jiǎn)卧猂EAL,4 ! 設(shè)定實(shí)常數(shù)No.4E,3,4 ! 生成后車體(梁?jiǎn)卧?TYPE,2 ! 設(shè)定彈簧單元 REAL,5 ! 設(shè)定實(shí)常數(shù)No.5E,4,5 ! 生成后懸架支撐(彈簧單元)D,1,UX,5,4,UY ! 對(duì)節(jié)點(diǎn)1以