(完整版)ANSYS模態(tài)分析實例和詳細(xì)過程

1、均勻直桿的子空間法模態(tài)分析1. 模態(tài)分析的定義及其應(yīng)用模態(tài)分析用于確定設(shè)計結(jié)構(gòu)或機器部件的振動特性(固有頻率和振型)，即結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型，它們是承受動態(tài)載荷結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要參數(shù)。同時，也可以作為其它動力學(xué)分析問題的起點，例如瞬態(tài)動力學(xué)分析、諧響應(yīng)分析和譜分析，其中模態(tài)分析也是進(jìn)行譜分析或模態(tài)疊加法諧響應(yīng)分析或瞬態(tài)動力學(xué)分析所必需的前期分析過程。ANSYS的模態(tài)分析可以對有預(yù)應(yīng)力的結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析和循環(huán)對稱結(jié)構(gòu)模態(tài)分析。前者有旋轉(zhuǎn)的渦輪葉片等的模態(tài)分析，后者則允許在建立一部分循環(huán)對稱結(jié)構(gòu)的模型來完成對整個結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析。ANSYS提供的模態(tài)提取方法有:子空間法(subspace)、分塊法(b

2、locklancets),縮減法(reduced/householder)、動態(tài)提取法(powerdynamics)、非對稱法(unsymmetric)，阻尼法(damped),QR阻尼法(QRdamped)等，大多數(shù)分析都可使用子空間法、分塊法、縮減法。ANSYS的模態(tài)分析是線形分析，任何非線性特性，例如塑性、接觸單元等，即使被定義了也將被忽略。2. 模態(tài)分析操作過程一個典型的模態(tài)分析過程主要包括建模、模態(tài)求解、擴展模態(tài)以及觀察結(jié)果四個步驟。(1) .建模模態(tài)分析的建模過程與其他分析類型的建模過程是類似的，主要包括定義單元類型、單元實常數(shù)、材料性質(zhì)、建立幾何模型以及劃分有限元網(wǎng)格等基本步驟。

3、(2) .施加載荷和求解包括指定分析類型、指定分析選項、施加約束、設(shè)置載荷選項，并進(jìn)行固有頻率的求解等。指定分析類型，MainMenu-Solution-AnalysisType-NewAnalysis,選擇Modal。指定分析選項，MainMenu-Solution-AnalysisType-AnalysisOptions,選擇M0D0PT(模態(tài)提取方法設(shè)置模態(tài)提取數(shù)量MXPAND.定義主自由度，僅縮減法使用。施加約束，MainMenu-Solution-DefineLoads-Apply-Structural-Displacement。求解，MainMenu-Solution-Solve-

4、CurrentLS。(3) .擴展模態(tài)如果要在POSTI中觀察結(jié)果，必須先擴展模態(tài)，即將振型寫入結(jié)果文件。過程包括重新進(jìn)入求解器、激話擴展處理及其選項、指定載荷步選項、擴展處理等。激活擴展處理及其選項，MainMenu-Solution-LoadStepOpts-Expansionpass-SingleExpand-Expandmodes。指定載荷步選項。擴展處理，MainMenu-solution-Solve-CurrentLS。注意:擴展模態(tài)可以如前述辦法單獨進(jìn)行，也可以在施加載荷和求解階段同時進(jìn)行。本例即采用了后面的方法(4) .查看結(jié)果模態(tài)分析的結(jié)果包括結(jié)構(gòu)的頻率、振型、相對應(yīng)力和力等

5、實例1均勻直桿的模態(tài)分析3問題描述及解析解圖8-1所示為一根長度為L的等截面直桿，一端固定，一端自由。己知桿材料的彈性模量E=2XellN/m2護，密度p=7800kg/%3，桿長L=0.1m.要求計算直桿縱向振動的固有頻率。圖均勻宜桿的圃有頻率分析根據(jù)振動學(xué)理論，假設(shè)直桿均勻伸縮，如圖8-1所示等截面直桿縱向振動第i階固有頻率為o.=5-rad/s(i=l,2)12Lp將角頻率o1轉(zhuǎn)化為周頻率f,并將已知參數(shù)代入，可得f.=£1'2x1011=2659(2i-1)Hz(81)i2兀4Lp4x0.17800按式(8-1)計算出直桿的前5階頻率，列表如表8-1所示。階次1234

6、5頻率(Hz)126593797863296886151139334.分析步驟4.1改變工作名拾取菜單UtilityMenu-File-ChangeJobname彈出如圖8-2所示的對話框，在"/FILNAM文本框中輸入EXAMPLE&單擊“0K按鈕。FileSelectListPlotPlotCtrlsWork?laneParametersMacroMemCtrlsHelp旦|空冋亙國團邑|團ANEYETmlbar甜ve_db|resuildb|quitIpowrgrfh|/ChangeTill/TITLEEnternewtitleModalofuniformEtrOKIC

7、ancelHelpIANSYSKE202016L7i25t2EModalanalysiso±unlfaxai2tr_3ubgpaca4.2創(chuàng)建單元類型拾取菜單MainMPreprocessor-ElementType-Add/Edit/Delete,彈出對話框，單擊""Add"按鈕:彈出對話框，在左側(cè)列表中選擇"StrueturalSolid""，在右側(cè)列表中選擇"Brick20node186"",單擊0K按鈕:單擊對話框的“Close""按鈕。圉Preferences曰Pr

8、iEpr口匚亡苗三工ElementTtob間EwitchEleiiiTjrpe匡IAddDOFHKeinDveDOFsESElcmTechContral0RealCnnstants MaterialPraps0Sections田HadelingsMeshing0CheckingCtrls NmnberinECtrls0ArchiveWodclHCoupling/CeqnsMulti-fieldSetUp田L(fēng)旦晶 Physics0PathOpirationsESolutionEGeneralPostprocETimeHistPostproEROIIToolBDilZSlgnKp1DHUTEPro

9、bDecignERndiationOpt目SessionEditorSFinishOnlystructuralelementtypesareshownLibTaryofElementTypesElementtypereferencenumberCancelQuad4node1828node1S3Brick8node185>-a20node1&6concret6520node1B6AppJyHelpALibraryofElcmentType：占4.3定義材料屬性拾取菜單MainMenu-PreprocessorMaterialProps-MaterialModels.彈出對話框，在

10、右側(cè)列表中依次雙擊"Struetural","Linear","Elastic","Isotropic"，彈出對話框,在"EX"文本框中輸入2ell（彈性模量）在"PRXY"文本框中輸入0.3（泊松比）單擊"0K"按鈕:再雙擊右側(cè)列表中"Struetural"下"Density",彈出對話框，在"DENS"文本框中輸入7800（密度），單擊"0K"按鈕。然后對話框。閔Prefe

11、ireniCiE-s曰Preprocessor田EIementTypefflRealConstarils曰MaterialPropsElWaitieTialLibrarySTEunperatiircUnits圍ConvertALFkSChangeMatNim田FsiilureCriteriaElWritietoFileSRea4fton®FilefflSectionsSJludheJJaag0IIeshingfflCheckingCtrlsSNiunberingCtrls田ArchiveVodel田Coiipliiii/CeoriSlulti-fieldSetUp田L(fēng)oids：SFh

12、ysicsSPathOperationa田SolutionEGeneralPostprcicTimeHiatPoatproEROIToolEDesigiiKlorerBPrabD住sdgnEEndiaticjnOpt/LinearhcrtnopicPropertiesforMaterialNumber1卜棗TLinearIsotropicM且terialPropertiesforMaterialNumber1T1TernperaturesEX2ellPRXY03|AddTemperature1DeleteTeirrperatureGrph|/DensfiyforMaterialNumber1O

13、KDensityforMaterialNumber1TemperaturesDENST17S00AddTeirperatureDeleteTemperatureGraphOKICancelIHelp4.4創(chuàng)建塊拾取菜單MainMenu-Preprocessor-Modeling-Create-Volumes-Block-ByDimension。彈出對話框，在"X1,X2"文本框中輸入0,0.01,在"Y1,Y2"文本框中輸入0，0.01,在Z1,Z2文本框中輸入0，0,1,單擊0K按鈕。巨PrnfrTRnr.ns3PzepxocecsDr田EltDicu

14、tTypeI±1RealConsfonts HaterialPropa Sections曰MudjEling曰CreateKeypoints田L(fēng)ines0AxeasElVolline3Li-bitrary曰MockCylinidliEHPrismSphereECorije目TottjsSModes曰KluwentsE3ContactPairBCircuitSTransducErs田Operate0Mrave/ModifyBCopyBRejElect田CheckGeum田DeleteCreateBlockbyDimensionsBLOCKCreateElockbyDimensionsX

15、1.X2X-c&&rdinatesV1.Y2V-coordinatesZl/2Z-coordinatesOKICancelHelpANSYSTOLOTESN072020164.5劃分單元拾取菜單MainMenu-Preprocessor-Meshing-MeshTool。彈出對話框，單擊''Size.Controls''，區(qū)域中"Lines"后"Set",按鈕，彈出拾取窗口，任意拾取塊x軸和y軸方向的邊各一條（短邊），單擊0K按鈕，彈出對話框，在NDIV"文本框中輸入3,單擊"Apply

16、"按鈕:再次彈出拾取窗口，拾取塊z軸方向的邊（長邊），單擊"0K按鈕。在NDIV文木框中輸入15,單擊"0K"按鈕。日PreferencesPreprocessor ElementTypeBReuLCon51ants0MaterialProps Suctions Modeling MeshingMcshAllTiLuteseshTool0SizeCntrlsSMesherOplsElConcatcnalrHMeshModifyIcshHCheekMeshHClear CheckingClrlsENunibcringCtrlsEAi-chiveModel

17、Coupling/Ceqn Multi_£irldSetUpELoads PhysicsBPathOprralionsSSolution GeneralPostprac TinieHistPostproSROHTool DesignXplorcrHProbDesign0RadialionOptSSessionEditorAElementSizesonPickedLinesLES1ZEElementsizesQnpickedlineSIZEElementedgelengthNDIVNo.cfelementdivisionsND1VisusedonlyifSIZEisblankorzer

18、oKYNDIVSIZE,NDIVcanbechangedSPACESpacingratioAINGS1ZDivisionarctuseAINGSZonlyifnumberofdivisions(NDIV)andelerne-niedgelength(SIZEareblankorzeroClearattachedmreasandvolumesrNoOK匚ante!Help在Mesh區(qū)域，選擇單元形狀為"Hex"（六面體）,選擇劃分單元的方法為"Mapped"（映射）單擊Mesh按鈕，彈出拾取窗口，單擊"OK"按鈕。MeshToolEle

19、mentAttributes:|Global三Set廠SmartSize_d_dFine6CoarseSizeControls:GlobalSet|Cte刮|Areas：SetCte刖|LinesSet|Clear|Copy|Flip|LayerSet|CT|KeyptsSet|CT|Mesh;1Volumes二|Shape:TetHexFreeGMapped1SweepI3or4sidedMeshClearRefineat:Elements|Refine圖1單元劃分4.6施加約束拾取菜單MainMenu-Solution-DefineLoads-Apply-Structural-Displa

20、cement-OnAreas彈出拾取窗口，拾取z=0的平面，單擊"OK"按鈕.彈出對話框，在列表中選擇"UZ",單擊"Apply"按鈕;再次彈出拾取窗口，拾取y=0的平面，單擊"OK"按鈕，彈出對話框，在列表中選擇"UY",單擊"Apply"按鈕再次彈出拾取窗口，拾取x=0的平面，單擊"OK"按鈕，彈出對話框，在列表中選擇UX，單擊OK按鈕。所加約束與圖8-1不同主要是為了與推導(dǎo)式(8-1)所作的軸向振動假設(shè)一致。約束施加的正確與否，對結(jié)構(gòu)模態(tài)分析的影響十

21、分顯著，因此對于該問題應(yīng)十分注意，保證對模型施加的約束與實際情況盡量符合。國PreferencesSPrepirocesEor日SolutionHAnaLysisType日DefineLoads0SettingsElApplyQStructinraL曰DisplaceinenT洌OqLin甲跖1OnKeypoints何nMndrOnNudt:CumpuiicuL:+1Symrne-tTyW.（：_BAntLsymmB.C.FARarce/HaiiEnt0PressureATeiiperature0Inertia閏PretncnSectnGenPlaneStrain0Other±1Fi

22、eldVolumeIntr3InitialCondit*n±1LoadVector3Functions111DeleteOperateAApplyU.ROTonAreasDAApplyDisplacementsURO"QcrAreasLab2DOFstobeconstraineTApplyasIfConstantvaluethen:VALUEDisplacementvalu?OKApplyCanre-IHelpanalysisa£unifoizmstz?silt-space4.7指定分析類型拾取菜單MainMenu-Solution-AnalysisType-Ne

23、wAnalysis。彈出對話框，選擇"TypeofAnalysis"為"Modal",單擊"OK"按鈕。圍PreferencesSPreprocessor日SolutionewAnal日Analysis園Restart園SolJnControlsSDefineLoadsSLoadStepOptsSSEManagement(CMS)圍ResultsTrackingSSolveSManualRezoningSMulti-fieldSetUpSADAJISConnectionSDiagnostics昌UnabridgedIehuSGener

24、alPostprocSTimeHistPostpxo ROMTool DesignXplorer ProbDesign RadiationOpt旨SessionEditor旨Finish4.8指定分析選項拾取菜單MainMenu-Solution-AnalysisType-AnalysisOptions彈出對話框，在"No.ofmodestoextract"文本框中輸入5,單擊“OK"按鈕：彈出"BlockLanczosMethod",單擊OK"按鈕。旨PreferencesEPreprocessor日SolutionAnalysis

25、TypeNewAnalysis旨EipansionPassElDefineLoadsElLoadStepOptsElSEManagement(CMS)ResultsTrackingElSolveElManualRezoningMulti-fieldSetUpElADAMSConnectionEDiagnosticsUnabridgedMenu國GeneralPostproc田TimeHistPostproSROJIToolSDesignXplorerSProbDesignSRadiationOptSessionEditorFinishrjModalAnalysisMODOPTModeextra

26、ctionmethodNo.ofmodestoextractCBlockLanczosi*PCGL呂nczosCReducedCUnsymmetricCDiampedCQRDampedCSuper門口日導(dǎo)5(mustbespecifiedforallmethodisea匚epttheReducedmethod)MXPANDExpandmodeshapesNMODENo.ofmodestoexpandEleaIcCalculateelemresults?LUMPMU&elumpedmassapprox?廠NoPSTRESInclprestresseffects?廠NoOKCancel4.

27、9指定要擴展的模態(tài)數(shù)拾取菜單MainMenu-Solution-LoadStepOpts-Expansionpass-SingleExpand-Expandmodes。彈出對話框，在"NMODE"文本框中輸入5，單擊"OK"按鈕。4.10求解拾取菜單MainMenu-Solution-Solve-CurrentLS。單擊“SolveCurrentLoadStep”對話框的“OK”按鈕。出現(xiàn)'Solutionisdone!”提示時，求解結(jié)束，即可查看結(jié)果了。旨PreferencesSPreprocessor曰Solution AnalysisTyp

28、e DefineLoadsHLoadStepOptsHSEManagement(CMS)SResultsTracking日SolveurrentLS田ManualRezoning田Multi-fieldSetUp田ADAMSConnectionSDiagnosticsUnabridgedMenuSGeneralPostprocSTimeHistPostproSROIIToolSDesignXplorerSProbDesignSRadiationOpt閔SessionEditorSFinish/SolveCurreintLoadStepSOLVEBeginSolutionofCurrentL呂d

29、StepRevie(AJthesummaryinformationinthelister陽indciN(entitledw/STATUSCcinniand"，thenpressOKtomtartthesolution二亟二J匚朗在I|Help圖2求解結(jié)果4.11列表固有頻率拾取菜單MainMe-GeneralPostproc-ResultsSummary。彈出窗口，列表中顯示了模型的前5階頻率，與表8-1相對照，可以看出結(jié)果雖然存在一定的誤差，但與解析解是基本符合的。查看完畢后，關(guān)閉該窗口。園PreferencesSPreprocessorSSoluticm日GeneralPostp

30、rocesultsSummar園DaF&吁工0p±sEReadResultsEFailureCriteriaEPlotResultsSListResultsSQueryResultsOptionsforOutpResultsViewerWritePGRFileENodalCalcsEElementTableEPathOperationsESurfaceOperationsELoadCaseECheckElemShapeWriteResultsEROMOperationsESubmodelingEFatigueESafetyFactorEDefine/Modify園Nonlin

31、earDiagnostics園ResetEManualRezoningETineHistPostproEROMToolEDesignXplorer1File1*INDEXOFDATASETSONBEGULTGFILE*SETTIME/FKEQLOADSTEPSUBSTEPCUHULATIVE11 12650.Ill2 3771212E3 61945-1334 84352-1445 0.101G5E+0G1554.12從結(jié)果文件讀結(jié)果拾取菜單MainMenu-GeneralPostproc-ReadResults-FirstSet.4.13改變視點為便于更好地觀察模型的模態(tài)。拾取菜單Utilit

32、yMenu-PlotCtrls-PanZoomRotate.在彈出的對話框中，單擊“Left”按鈕.Pan-Zoom-RotateWindownzTopBotBackIFrontlLeft1303JRate廠DynamicModeELEMENTEANSYSNOV2020L17:52:211£口dalanalysis£unifanastr_siLbspace4.14用動畫觀察模型的一階模態(tài)拾取菜單UtilityMenu-PlotCtrls-Animate-ModeShape,彈出對話框，單擊“OK”按鈕。觀察完畢，單擊“AnimationController”對話框的"close"按鈕?；豍referencesEPreprocessorESolution日GeneralPostprocData&FileOpts園ResultsSummary日ReadResultsFirstSetNextSet同PreviousSetLastSetrPick同ByLoadStep園ByTinie/Freq同BySetNumberFLOTRAN2.1A0FailureCriteriaSPlotResultsElListResu