ANSYS-WORKBENCH-11.0模态分析

ANSYSWORKBENCH11.0培训教程（DS）ANSYSWORKBENCH11.0培训教程（DS）第五章模态分析概述•在本章节主要介绍如何在DesignSimulation中进行模态分析.在DesignSimulation中,进行一个模态分析类似于一个线性分析.–假定用户已经对第四章的线性静态结构分析有了一定的学习了解.•本节内容如下:–模态分析流程–预应力模态分析流程•本节所介绍的这些性能通常能适用于ANSYSDesignSpaceEntralicenses及更高的lisenses.–在本节讨论的一些选项可能需要更多的高级lisenses,需要时会相应的标示出来.–谐响应和非线性静态结构分析在本节将不进行讨论.模态分析基础•对于一个模态分析,固有圆周频率ωi和振型φi都能从矩阵方程式里得到:在某些假设条件下的结果与分析相关:–[K]和[M]是常量:•假设为线弹性材料特性•使用小挠度理论,不包含非线性特性•[C]不存在,因此不包含阻尼•{F}不存在,因此假设结构没有激励•根据物理方程,结构可能不受约束(rigid-bodymodespresent)，或者部分/完全的被约束住•记住这些在DesignSimulation中进行模态分析的假设是非常重要的.[][](){}02=−iiMKφωA.模态分析过程•模态分析过程和一个线性静态结构分析过程非常相似,因此这里不再详细的介绍每一操作步骤.下面这些步骤里面，黄色斜体字体部分是模态分析所特有的.–建模–设定材料属性–定义接触对(假如存在)–划分网格(可选择)–施加载荷(假如存在的话)–需要使用FrequencyFinder结果–设置FrequencyFinder选项–求解–查看结果…几何模型和质量点•类似于线性静态分析,任何一种能被DesignSimulation支持的几何模型都有可以使用：–实体、面体和线体•对于线体，只有振型和位移结果是可见的。•可以使用质量点：–质量点的使用只在自由震动分析中添加质量，但是并不改变结构的刚度；–因此，在质量点的使用会降低结构自由振动的频率。ANSYSLicenseAvailabilityDesignSpaceEntraxDesignSpacexProfessionalxStructuralxMechanical/Multiphysicsx…材料属性•材料属性：需要定义杨氏模量、泊松比和密度–由于没有载荷，所以定义了以上材料属性，就不再需要其他的材料属性了ANSYSLicenseAvailabilityDesignSpaceEntraxDesignSpacexProfessionalxStructuralxMechanical/Multiphysicsx…接触域•在模态分析中，接触对是可能出现的.但是，由于模态分析是纯粹的线性分析，所以接触对不同于非线性分析中的接触类型,如下所示:•在模态分析中定义接触需要注意以下两个方面的内容:–两个非线性的接触行为–粗糙的和无摩擦的–都将表现为线性模式,因此它们会转化为绑定或者无间隙接触方式来替代并产生作用.–假如有间隙存在,非线性的接触行为将是自由无约束的(也就是说,好像是没有接触一样).绑定的和无间隙的接触将取决于pinball区域的大小.•pinball区域由缺省值自动产生ANSYSLicenseAvailabilityDesignSpaceEntraDesignSpacexProfessionalxStructuralxMechanical/MultiphysicsxInitiallyTouchingInsidePinballRegionOutsidePinballRegionBondedBondedBondedBondedFreeNoSeparationNoSeparationNoSeparationNoSeparationFreeRoughRoughBondedFreeFreeFrictionlessFrictionlessNoSeparationFreeFreeContactTypeStaticAnalysisModalAnalysis…接触域•对于ANSYS专业licenses和更高的licenses,在模态分析中，存在更多的接触选项:–对于粗糙和无摩擦的接触,“InterfaceTreatment”能被转变为“AdjustedtoTouch,”这种方式将使接触面分别按照绑定和不分离接触来进行处理.(假如这个选项被设置了，那么即使有间隙存在,这些部分也按照昀初就已经接触上的情况来进行计算.)–即使有间隙存在，“PinballRegion”的大小也能够改变和被显示出来.这样，就能很好地确保绑定和不分离接触的建立.•有关pinballregion的内容和如何定义其大小，请参考第3和4章•对于ANSYS结构licenses和更高的licenses,假如表面将要被接触，但实际上是自由面（没有接触），那么摩擦接触和绑定接触将变得非常的相似.•在模态分析中不推荐使用摩擦接触，因为它是非线性的.ANSYSLicenseAvailabilityDesignSpaceEntraDesignSpaceProfessional/StructuralxMechanical/Multiphysicsx…载荷和约束•在模态分析中，不能使用结构和热载荷–关于预应力模态分析的内容，参见本节后面的部分B.在这种情况下，只是为了体现预应力效果，载荷才被考虑.•在模态分析中可以使用各种约束:–假如没有或者只存在部分的约束,刚体模态将能被检测和获得测评.这些模态将处于0位置或者0HZ附近.与静态结构分析不同,模态分析并不要求禁止刚体运动.–边界条件对于模态分析来说，是很重要的。因为他们能影响部件的振型和固有频率.因此需要仔细考虑模型是如何被约束的.–压缩约束是非线性的，因此在此分析中将不能被使用.•如果存在的话,压缩约束通常会表现出与无摩擦约束相似.ANSYSLicenseAvailabilityDesignSpaceEntraxDesignSpacexProfessionalxStructuralxMechanical/Multiphysicsx…求解结果•模态分析的大部分结果和静态结构分析非常相似.但是，当Solutions菜单里的FrequencyFinder被选中之后，DesignSimulation会自动进行模态分析–将FrequencyFindertool分支添加到求解选项（Solutions分支）里面–FrequencyFinder的Details窗中的选项可以允许用户自定义昀大的模态数量“MaxModestoFind.”默认是6阶模态(昀大是200).随着要获得模态数量的增加，运算时间也随之相应增加.–在LimitSearchtoRange框中选择Yes，可以指定搜索范围限制在一个用户感兴趣的特定的频率范围内.•在默认情况下,如果搜索范围没有设定，程序将计算从0Hz开始的所有频率(rigid-bodymodes).ANSYSLicenseAvailabilityDesignSpaceEntraxDesignSpacexProfessionalxStructuralxMechanical/MultiphysicsxTheminimumandmaximumrange(inHz)canbespecifiedif“LimitSearchtoRange”isenabled.Notethatthisworksinconjunctionwith“MaxModestoFind.”Ifnotenoughmodesarerequested,notallmodesinthefrequencyrangemaybefound.…求解结果•在FrequencyFinder里，相应的命令分支是昀需要得到的–当“MaxModestoFind”与FrequencyFinder分支条绑定的时候,更多的振型将被自动添加.用户不必在Context工具栏里寻找振型.–假如需要得到应力、应变或者各方向位移，可以通过Context工具栏添加这些想要得到的结果.•对于每一种加载的应力、应变或者位移，用户能够从Details里指定相对应的振型.ANSYSLicenseAvailabilityDesignSpaceEntraxDesignSpacexProfessionalxStructuralxMechanical/Multiphysicsx假如需要得到应力或者应变结果，一定要在FrequencyFinder分支条里加上这些选项，而不是在Solution分支条里面加.…求解设置•Solution分支提供了将要进行的某种分析的细节选项–对于模态分析，并不是DetailsviewoftheSolution分支中的所有选项都需要改变.•在大多数情况下,“SolverType”应该保持“ProgramControlled”的默认选项.•假如模型是由一种很大的实体单元构成的,并且仅仅需要求解不多的振型时,那么把求解器类型（SolverType）设置为迭代求解器（Iterative）可能会更有效些.–对于每一种模态分析的“分析类型（AnalysisType）”将显示为“自由振动（FreeVibration）”.ANSYSLicenseAvailabilityDesignSpaceEntraxDesignSpacexProfessionalxStructuralxMechanical/Multiphysicsx…求解•在设置完前面的选项之后，像其他的分析一样点击solve按钮便可以求解模态分析了.–对于相同的模型，模态分析比起静态分析通常要花费更多的计算，因为他们的求解方程是不同的.–如果定义了“SolutionInformation”分支，Solution分支条里的Worksheet表就可提供了详细的求解输出内容，包括所使用的内存数和已经提取了的模态阶数.–如果在一个求解完成之后，需要获得应力、应变或者更多的频率/振型，那么必须重新进行求解.ANSYSLicenseAvailabilityDesignSpaceEntraxDesignSpacexProfessionalxStructuralxMechanical/Multiphysicsx…查看结果•求解完成后,将可获得振型的结果–由于没有激励作用在结构上，因此振型只是与自由振动相关的相对值•振型(位移量)、应力和应变只是相对值,而不是绝对值–在Detailsview里面能够看到每个结果的频率值.–在ResultsContext工具栏中的动画按钮能用来显示可视化振型图.ANSYSLicenseAvailabilityDesignSpaceEntraxDesignSpacexProfessionalxStructuralxMechanical/Multiphysicsx…查看结果•FrequencyFinder分支条的Worksheet中以表格的形式总结了所有的频率值–通过查看频率和振型，你能针对在不同激励作用下的结构可能具有的动态响应，获得到一个更好的理解ANSYSLicenseAvailabilityDesignSpaceEntraxDesignSpacexProfessionalxStructuralxMechanical/Multiphysicsx•作业5.1–模态分析•目标:–研究两个发动机盖的振动特性（四孔的模型和五孔的模型）.B.作业5.1c.预应力模态分析•在某些情况下，进行模态分析时，应该考虑预应力效果.–在一个静态载荷(static)的作用下,结构的应力状态可能影响到它的固有频率.这一点是非常重要的，尤其是对于那些在某一个或两个尺度上很薄的结构.–现在，考虑一个吉它弦被调节的情况–当轴向载荷增加(拉紧)的时候,横向频率也随之相应的增加.这是一个应力硬化的例子.ANSYSLicenseAvailabilityDesignSpaceEntraxDesignSpacexProfessional