ansys模態(tài)、結構分析教程解析

結構動力學有限元法靜力平衡方程動力平衡方程式中，[M]—結構的總質量矩陣；[C]—為阻尼矩陣；[K]—結構的總剛度矩陣；[u]—結構的位移向量；{R(t)}—強迫力列陣?！鯩odal（模態(tài)）■Harmonic（諧響應）■Transient（瞬態(tài)）■Spectrum（譜分析)單自由度系統(tǒng)振動時間位置固有頻率單自由度系統(tǒng)有一個固有頻率和一個振動形式兩自由度系統(tǒng)第一階模態(tài)其次階模態(tài)一個節(jié)點無節(jié)點多自由度系統(tǒng)振動兩自由度系統(tǒng)有兩個固有頻率和兩個振動形式連續(xù)系統(tǒng)振動有多少個自由度?有多少個頻率和振動形式?第一階模態(tài)無節(jié)點第二階模態(tài)一個節(jié)點第三階模態(tài)兩個節(jié)點第一階模態(tài)第二階模態(tài)第三階模態(tài)第四階模態(tài)模態(tài)形狀節(jié)點位置無節(jié)點一個節(jié)點兩個節(jié)點三個節(jié)點其次階模態(tài)第三階模態(tài)第四階模態(tài)第五階模態(tài)自由梁的模態(tài)形態(tài)一、什么是模態(tài)分析?不承受載荷忽視阻尼,質量和剛度定常特征值問題（模態(tài)分析）特征值——固有頻率特征向量——振型二、模態(tài)分析目的1)求系統(tǒng)的固有頻率和振型2)模態(tài)分析是全部動力學分析類型的最基礎的內容。在工作中，汽車尾氣排氣管裝配體的固有頻率與發(fā)動機的固有頻率相同時，就可能會被震散。那么，怎樣才能避開這種結果呢?三、單元質量矩陣一樣質量矩陣滿陣，考慮質量分布。集中質量矩陣對角陣，按重心不變原則，不考慮質量分布集中質量矩陣和一樣質量矩陣一樣質量矩陣是滿陣，考慮質量分布。集中質量矩陣對角陣，按重心不變原則，不考慮質量分布m/2m/2集中質量矩陣一樣質量矩陣模態(tài)分析中的四個主要步驟：建模施加邊界條件求解設置后處理四、ANSYS模態(tài)分析留意問題模態(tài)分析是線性分析，全部非線性選項忽視。模態(tài)分析不接受對稱性（除循環(huán)對稱外）1、建模1）幾何建模和單元選擇一般同靜力學步驟2）材料設置：必需輸入密度；留意單位2、施加邊界條件1）模態(tài)分析唯一的邊界條件是零約束位移2）不輸入約束，將輸出剛體模態(tài)。思索：一空間問題(無約束)將輸出多少階零模態(tài)3、求解設置1）指定分析類型：模態(tài)分析Preprocessor>Solution>AnalysisType>NewAnalysis,2）指定求解方法3）提取模態(tài)和擴展模態(tài)的數(shù)目提取模態(tài)方法提取模態(tài)數(shù)目擴展模態(tài)數(shù)目計算單元應力是否運用集中質量矩陣是否考慮預應力設定頻率范圍歸一化處理4、后處理MainMenu>GeneralPostproc>ResultsSummary1）頻率列表2）視察振型首先接受“FirstSet”、“NextSet”或“ByLoadStep”然后繪制模態(tài)變形圖：shape：GeneralPostproc>PlotResults>DeformedShape…留意圖例中給出了振型序號（SUB=）和頻率（FREQ=）。振型可以制作動畫：UtilityMenu>PlotCtrls>Animate>ModeShape...3）自由度解和單元應力沒有意義但假如振型是相對于單位矩陣歸一的，則可以在給定的振型中比較不同點的應力，從而發(fā)覺可能存在的應力集中。練習1：機翼模態(tài)分析練習2：上機指南練習5練習1：機翼模態(tài)分析網(wǎng)格拖拉：面單元——體單元拖拉MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Operate>Extrude>ElemExtOpts1、設置拖拉選項拖拉后的單元號，材料號，實常數(shù)號及單元坐標系拖拉單元份數(shù)是否清除面網(wǎng)格MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Operate>Extrude>-Areas-ByXYZOffset2、執(zhí)行拖拉操作DX，DY，DZ每個單元拖拉距離RX，RY，RZ縮放拖拉說明面單元:選擇MESH200四邊形單元.MESH200是一種僅劃分網(wǎng)格(不求解)的單元沒有與之相關的自由度或材料特性體單元:應與MESH200單元類型匹配.ANSYS結構單元彈性體：桿、板、殼、塊體一般的說桿受拉壓——桿單元桿受彎曲、扭轉——梁單元板受面內膜力——實體平面單元特殊受力的空間體：平面應變問題和軸對稱問題——實體平面單元板殼受彎曲扭轉——板殼單元空間體——實體空間單元實常數(shù)桿單元——面積梁單元——截面高度、面積、慣性矩、極慣性矩44、188、189可定義截面形態(tài)實體平面單元——平面應力問題定義厚度板殼單元——厚度。181可定義截面實體空間單元——一般不需定義實常數(shù)單元說明LINK1二維;2平動自由度;承受拉壓;不承受彎曲LINK8三維;3平動自由度;承受拉壓;不承受彎曲LINK10三維;3平動自由度;僅受拉或受壓模擬繩索等LINK180類似LINK8桿單元材料力學解彈性力學解(單位寬度,矩形截面)歐拉—伯努力梁鐵木辛柯梁梁單元——兩種梁BEAM31、可承受拉、壓、彎作用的單軸單元。單元的每個節(jié)點有三個自由度，即沿x,y方向的線位移及繞Z軸的角位移。2、二維彈性等截面對稱梁，一般不考慮剪切。BEAM41、是一種可用于承受拉、壓、彎、扭的單軸受力單元。這種單元在每個節(jié)點上有六個自由度：x、y、z三個方向的線位移和繞x,y,z三個軸的角位移。2、三維彈性等截面對稱梁，一般不考慮剪切。BEAM188/1891、可定義梁的截面形態(tài)，支持多材料橫截面的定義。2、支持大多數(shù)非線性。3、包括橫向剪切變形4、BEAM188（3維2節(jié)點）/BEAM189（3維3節(jié)點），6-7個自由度。第7個自由度是翹曲量。留意：BEAM3BEAM4對形函數(shù)接受Hermitian多項式,導致彎曲中的三次響應。彎曲中BEAM188/189分別有線性和二次響應,因此須要細化網(wǎng)格。ANSYS中的板殼單元：三種殼單元單元功能shell634節(jié)點;6自由度;彈性薄殼;支持小應變大轉動shell938節(jié)點;6自由度;厚殼;曲殼結構shell1814節(jié)點;6自由度;薄到中等厚殼;強大的非線性以及復合材料多層殼;可定義截面形狀shell414節(jié)點;3平動自由度;膜殼,只有面內剛度shell434節(jié)點;6自由度;塑性大應變殼ANSYS主要平面單元（等參單元）1）Plane2：6節(jié)點的三角形結構單元。每個節(jié)點有2個自由度。2）Plane42、Plane182：4節(jié)點的四邊形結構單元。每個節(jié)點有2個自由度。3）Plane82、Plane183：8節(jié)點的四邊形結構單元。每個節(jié)點有2個自由度。以上平面單元可分析平面應力、平面應變和軸對稱2-3、兩種平面問題１、平面應力問題(1)幾何特征等厚度薄板xyyztba(2)受力特征外力（體力、面力）和約束，僅平行于板面作用，沿z方向不變更。xyyztba(3)應力特征結論：平面應力問題只有三個應力重量：應變重量、位移重量也僅為x、y的函數(shù)，與z無關。2、平面應變問題常截面長柱體一個方向的尺寸比另兩個方向的尺寸大得多(理論上無限長)，且沿長度方向幾何形態(tài)和尺寸不變更。(1)幾何特征(2)受力特征外力（體力、面力）和約束，平行于橫截面作用，沿z方向不變更。任一截面都是對稱面。(3)變形特征結論：平面應變問題只有三個應變重量：應力重量、位移重量也僅為x、y的函數(shù)，與z無關。1、什么叫做軸對稱問題幾何特征：回轉體（由一平面面積繞同一平面內的軸旋轉而成）或回轉殼（薄壁）zrxp幾何形態(tài)、彈性性質、載荷、邊界條件都為軸對稱時稱為軸對稱問題軸對稱問題便利的坐標系：柱坐標結論：回轉體的應力、應變、位移只與r和z有關，與q無關。數(shù)學上二維問題。2、軸對稱問題的基本物理量位移重量應力重量應變重量ANSYS空間問題單元說明SOLID458節(jié)點六面