ansys有限元模態(tài)分析詳解[共104頁]

1、模態(tài)分析模態(tài)分析段志東段志東ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊模態(tài)分析模態(tài)分析模態(tài)分析定義和目的模態(tài)分析定義和目的B. 討論相關的概念、術語及模態(tài)提取方法討論相關的概念、術語及模態(tài)提取方法C. 學習怎樣在學習怎樣在ANSYS中做模態(tài)分析中做模態(tài)分析一到兩個模態(tài)分析習題一到兩個模態(tài)分析習題模態(tài)分析高級主題模態(tài)分析高級主題ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊模態(tài)分析模態(tài)分析A. 定義和目的定義和目的什么是模態(tài)分析？什么是模態(tài)分析？模態(tài)分析可以用來確定研究對象的振動特性，是其它動力學分析的起點。模態(tài)分析可以用來確定研究對象的振

2、動特性，是其它動力學分析的起點。定義結構振動特性的方法：定義結構振動特性的方法：固有頻率固有頻率模態(tài)形式模態(tài)形式模態(tài)參與因子（在特定方向上某個模態(tài)的參與的程度）模態(tài)參與因子（在特定方向上某個模態(tài)的參與的程度）模態(tài)分析是各種動力學分析類型模態(tài)分析是各種動力學分析類型最基礎最基礎的內容。的內容。ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊模態(tài)分析模態(tài)分析 定義和目的定義和目的模態(tài)分析的優(yōu)點模態(tài)分析的優(yōu)點使結構設計避免共振或按特定頻率進行振動（例如揚聲器）使結構設計避免共振或按特定頻率進行振動（例如揚聲器）使工程師可以認識到對于不同類型的動力載荷結構是如何響應的使工程師可

3、以認識到對于不同類型的動力載荷結構是如何響應的有助于在其它動力分析中估算求解控制參數（如時間步長）有助于在其它動力分析中估算求解控制參數（如時間步長）建議：建議： 由于結構的振動特性決定了結構對于各種動力載荷的響應情況，由于結構的振動特性決定了結構對于各種動力載荷的響應情況， 所以在準備進行其它動力分析之前首先要進行模態(tài)分析。所以在準備進行其它動力分析之前首先要進行模態(tài)分析。ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊動力學通用運動方程：動力學通用運動方程：假定為自由振動并忽略阻尼：假定為自由振動并忽略阻尼：假定諧運動假定諧運動 (即：即： )這個方程的根是這個方程

4、的根是 i i ， 即特征值，即特征值， i i 的范圍從的范圍從1 1到自由度的數目，到自由度的數目， 相相應的向量是應的向量是 uuI I， 即特征向量。即特征向量。 0uMK2 0uKuM tFuKuCuM 模態(tài)分析模態(tài)分析B. 術語與概念術語與概念) tsin(Uu模態(tài)分析方程演化模態(tài)分析方程演化ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊模態(tài)分析模態(tài)分析 術語與概念術語與概念特征值的平方根是特征值的平方根是 i ，它就是結構的自然它就是結構的自然圓頻率圓頻率（弧度（弧度/秒）。并可得出秒）。并可得出自然頻率自然頻率 fi = i /2p p（圈圈/ /秒）

5、。秒）。 自然頻率自然頻率 fi 可以由用戶輸入和用可以由用戶輸入和用ANSYS輸出。輸出。ANSYS輸出的是自然頻率輸出的是自然頻率fi ，而不是，而不是圓頻率圓頻率 i 。特征向量特征向量 uui i 表示振型，表示振型， 即假定結構以頻率即假定結構以頻率 f fi i振動時的形狀振動時的形狀ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊模態(tài)分析模態(tài)分析 術語與概念（接上頁）術語與概念（接上頁）模態(tài)提取模態(tài)提取 是用來描述特征值和特征向量計算的術語。是用來描述特征值和特征向量計算的術語。模態(tài)擴展模態(tài)擴展有兩重含義。對于縮減法，模態(tài)擴展是從縮減模態(tài)形式計算全有兩重含

6、義。對于縮減法，模態(tài)擴展是從縮減模態(tài)形式計算全模態(tài)形式；對于其它的方法，模態(tài)擴展僅僅是表示把模態(tài)形式寫入結果模態(tài)形式；對于其它的方法，模態(tài)擴展僅僅是表示把模態(tài)形式寫入結果文件。文件。ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊模態(tài)分析模態(tài)分析 術語和概念術語和概念模態(tài)提取法模態(tài)提取法在在ANSYS中有以下幾種模態(tài)提取方法：中有以下幾種模態(tài)提取方法：分塊分塊Lanczos 法法（缺?。ㄈ笔。┳涌臻g法子空間法PowerDynamics法法縮減法縮減法非對稱法非對稱法阻尼法阻尼法(full)QR 阻尼法阻尼法使用何種模態(tài)提取方法主要取決于模型大小（相對于計算機的計算能使

7、用何種模態(tài)提取方法主要取決于模型大?。ㄏ鄬τ谟嬎銠C的計算能力而言）和具體的應用場合力而言）和具體的應用場合ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊模態(tài)分析模態(tài)分析 術語和概念術語和概念 模態(tài)提取法模態(tài)提取法 - 分塊分塊Lanczos 法法 分塊分塊Lanczos 法可以在大多數應用場合下使用。法可以在大多數應用場合下使用。用于大型對稱特征值問題，采用稀疏矩陣求解器用于大型對稱特征值問題，采用稀疏矩陣求解器 當需提取很多階振型時（當需提取很多階振型時（40+40+），這種方法很有效），這種方法很有效經常應用在具有實體單元經常應用在具有實體單元/殼單元殼單元/梁單

8、元等復雜模型中梁單元等復雜模型中是在一個頻率范圍內模態(tài)的有效提取法是在一個頻率范圍內模態(tài)的有效提取法可以有效處理可以有效處理約束方程約束方程很好地處理很好地處理剛體模態(tài)剛體模態(tài)ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊模態(tài)分析模態(tài)分析 術語和概念術語和概念 模態(tài)提取法模態(tài)提取法 子空間法子空間法子空間法比較適合于提取中大模型中的較少模態(tài)（子空間法比較適合于提取中大模型中的較少模態(tài)（40）需要相對較少的內存，較大的磁盤空間需要相對較少的內存，較大的磁盤空間在具有剛體模態(tài)時可能會有收斂問題在具有剛體模態(tài)時可能會有收斂問題建議在具有約束方程時不要用此法建議在具有約束方程

9、時不要用此法通常被分塊通常被分塊Lanczos 法取代法取代用于大型對稱特征值問題用于大型對稱特征值問題ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊模態(tài)分析模態(tài)分析 術語和概念術語和概念 模態(tài)提取法模態(tài)提取法 PowerDynamics法法PowerDynamicsPowerDynamics 法適用于提取很大的模型（法適用于提取很大的模型（100100，000000個自由度以上）的個自由度以上）的較少振型較少振型（ 20 Plot Results General Postproc Plot Results Deformed ShapeDeformed Shape注意

10、圖例中給出了模態(tài)序號注意圖例中給出了模態(tài)序號 （SUB = SUB = ） 和頻率和頻率 （FREQ = FREQ = ）ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊模態(tài)分析步驟模態(tài)分析步驟 觀察結果觀察結果觀察模態(tài)形狀（接上頁）：觀察模態(tài)形狀（接上頁）：可以用動畫模擬模態(tài)形狀：可以用動畫模擬模態(tài)形狀： Utility Menu PlotCtrls Animate Mode Shape.ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊模態(tài)分析步驟模態(tài)分析步驟 觀察結果觀察結果參與因子：參與因子：在總體平動和轉動方向計算每一個頻率及模態(tài)形狀的參

11、與因子在總體平動和轉動方向計算每一個頻率及模態(tài)形狀的參與因子在某個方向上的大值暗示了該模態(tài)可能由該方向的力所激發(fā)在某個方向上的大值暗示了該模態(tài)可能由該方向的力所激發(fā)該值是相對于單位位移頻譜的該值是相對于單位位移頻譜的參與因子值可以通過使用參與因子值可以通過使用*GET命令由一個參數獲得命令由一個參數獲得同樣，輸出的（到輸出文件）是有效質量。理想狀態(tài)下，各個方向上有同樣，輸出的（到輸出文件）是有效質量。理想狀態(tài)下，各個方向上有效質量之和應該等于結構的總質量效質量之和應該等于結構的總質量ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊模態(tài)分析步驟模態(tài)分析步驟 觀察結果觀察結

12、果模態(tài)應力：模態(tài)應力：如果在選擇分析選項時激活了單元應力計算選項，則可以得到模態(tài)應力如果在選擇分析選項時激活了單元應力計算選項，則可以得到模態(tài)應力應力值沒有實際意義，但是它們可以反映影響區(qū)域應力值沒有實際意義，但是它們可以反映影響區(qū)域如果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如果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ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊模態(tài)分析步驟模態(tài)分析步驟 觀察結果觀察結果模態(tài)形狀歸一模態(tài)形狀歸一化化ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊模態(tài)分析模態(tài)分析

13、步驟步驟 3建模建模3選擇分析類型和選項選擇分析類型和選項3施加邊界條件并求解施加邊界條件并求解3觀察結果觀察結果ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊D. 實例實例 模態(tài)分析模態(tài)分析這些實例包括兩個問題：這些實例包括兩個問題：1.中央開孔板模型的模態(tài)分析中央開孔板模型的模態(tài)分析： 一步一步地描述了如何進行模態(tài)分析一步一步地描述了如何進行模態(tài)分析 既可以由學員自己來練習這個問題，也可以由老師把這個問題作為范例來講既可以由學員自己來練習這個問題，也可以由老師把這個問題作為范例來講跟著動力學實例附錄學習跟著動力學實例附錄學習 (帶孔平板，帶孔平板，w-13).2.

14、對模型飛機幾機翼進行模態(tài)分析對模型飛機幾機翼進行模態(tài)分析： 這個問題留給學員做練習這個問題留給學員做練習跟著動力學實例附錄學習跟著動力學實例附錄學習 (機翼模型，機翼模型，w-18).模態(tài)分析實例模態(tài)分析實例帶帶 孔孔 平平 板板ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊描述描述:確定圖示帶孔平板前確定圖示帶孔平板前10階固有頻率。階固有頻率。假設平板在圓孔處有徑向約束。平板由鋁制成，假設平板在圓孔處有徑向約束。平板由鋁制成，材料性質如下：材料性質如下： - 楊氏模量楊氏模量 = 10 x 106 psi - 密度密度 = 2.4 x 10-4 lb-sec2/i

15、n4 - 泊松比泊松比 = 0.27模態(tài)分析實例模態(tài)分析實例帶帶 孔孔 平平 板板ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊分析步驟指導：分析步驟指導：1.清空數據庫，讀入清空數據庫，讀入plate.inp文件文件,以生成一個幾何模型及網格以生成一個幾何模型及網格 Utility Menu: File Clear & Start New按 OK, 然后選擇 YesUtility Menu: File Read Input from 選擇 plate.inp2.定義材料性質。定義材料性質。Preprocessor Material Props Material Mo

16、dels雙擊選擇雙擊選擇 結構結構 線性線性 彈性彈性各向同性的各向同性的EX = 10e6(楊氏模量單位為 psi)PRXY = 0.27(泊松比 )OK 結構結構 密度密度DENS = 2.4e-4 (密度單位為密度單位為 lbf-sec2/in4)OK退出材料界面退出材料界面模態(tài)分析實例模態(tài)分析實例帶帶 孔孔 平平 板板ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊3.選擇模態(tài)分析選擇模態(tài)分析Solution New Analysis選擇模態(tài)，按OK4.設置分析選項。設置分析選項。Solution Analysis Options選擇 Block Lanczos

17、 方法（缺?。┨崛?0階模態(tài)擴展10階模態(tài) 計算單元結果選項 按OK對下一個對話框接受缺省值5. 在孔上加徑向約束在孔上加徑向約束Utility Menu: Plot LinesSolution -Loads- Apply -Symmetry BC- On Lines +選擇孔的周邊線并按 OK6. 開始求解開始求解Solution -Solve- Current LS在/stat窗口中檢查求解信息，然后按 OK鍵模態(tài)分析實例模態(tài)分析實例帶帶 孔孔 平平 板板ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊7. 查看結果，首先查看頻率匯總列表查看結果，首先查看頻率匯總列

18、表General Postproc Results Summary8. 繪制第一階振型繪制第一階振型General Postproc -Read Results- First SetGeneral Postproc Plot Results Deformed Shape選擇選擇 “變形和不變形邊框變形和不變形邊框” ，按，按 OK 鍵鍵9. 顯示下一階振型并繪制成動畫顯示下一階振型并繪制成動畫General Postproc -Read Results- Next SetUtility Menu: Plot ReplotUtility Menu: PlotCtrls Animate Mode

19、Shape幀數幀數= 10時間間隔時間間隔 = 0.05(其它的項接收缺省值其它的項接收缺省值)10. 對其他各模態(tài)重復上述步驟。對其他各模態(tài)重復上述步驟。模態(tài)分析實例模態(tài)分析實例帶帶 孔孔 平平 板板MODE 6模態(tài)分析實例模態(tài)分析實例機機 翼翼 模模 型型ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊描述描述:確定所示機翼模型的前確定所示機翼模型的前5階固有頻率。階固有頻率。 假定機翼在假定機翼在Z=0處全部固定。機處全部固定。機翼具有如下特性：翼具有如下特性：楊氏模量 = 38000 psi密度 = 1.033 x 10-3 slugs/in3 = 1.033E

20、-3/12 lb-sec2/in4模態(tài)分析實例模態(tài)分析實例機機 翼翼 模模 型型ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊分析步驟指南：分析步驟指南：1. 清空數據庫，并讀入文件清空數據庫，并讀入文件wing.inp, 以建立機翼幾何模型及網格以建立機翼幾何模型及網格2. 定義材料性質。注意使用英制定義材料性質。注意使用英制in-lb-sec單位單位施加邊界條件施加邊界條件 提示提示: 選擇在面上施加位移，選定選擇在面上施加位移，選定z=0的區(qū)域，固定其的區(qū)域，固定其全部自由度全部自由度.4. 采用采用 Block Lanczos 法提取并擴展前法提取并擴展前5階

21、固有率頻階固有率頻.5. 查看所有這些階的振型。查看所有這些階的振型。模態(tài)分析實例模態(tài)分析實例機機 翼翼 模模 型型ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊模態(tài)分析實例模態(tài)分析實例 其它范例其它范例ANSYS幫助文件中提供的模態(tài)分析范例：幫助文件中提供的模態(tài)分析范例： VM45 Natural Frequency of a Spring-Mass System VM47 Torsional Frequency of a Suspended Disk VM48 Natural Frequency of a Motor-Generator VM50 Fundamen

22、tal Frequency of a Simply Supported Beam VM57 Torsional Frequencies of a Drill Pipe VM60 Natural Frequency of a Cross-ply Laminated Shell VM61 Longitudinal Vibration of a Free-free Rod VM62 Vibration of a Wedge VM66 Vibration of a Flat Plate VM67 Radial Vibrations of a Circular Ring VM89 Natural Fre

23、quencies of a Two-mass-spring System VM151 Nonaxisymmetric Vibration of a Circular Plate模態(tài)分析的高級主題模態(tài)分析的高級主題ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊E模態(tài)分析模態(tài)分析-高級主題高級主題A. A. 有預應力的模態(tài)分析有預應力的模態(tài)分析B. B. 循環(huán)對稱的模態(tài)分析循環(huán)對稱的模態(tài)分析 C. C. 具有大位移變形結構的模態(tài)分析具有大位移變形結構的模態(tài)分析D. D. 高級主題范例高級主題范例ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊A.

24、有預應力的模態(tài)分析有預應力的模態(tài)分析什么是有預應力的模態(tài)分析？什么是有預應力的模態(tài)分析？ 為什么要做有預應力的模態(tài)分析為什么要做有預應力的模態(tài)分析? ?具有預應力結構的模態(tài)分析具有預應力結構的模態(tài)分析同樣的結構在不同的應力狀態(tài)下表現(xiàn)出不同的動力特性同樣的結構在不同的應力狀態(tài)下表現(xiàn)出不同的動力特性 例如，一根琴弦隨著拉力的增加，它的振動頻率也隨之增大例如，一根琴弦隨著拉力的增加，它的振動頻率也隨之增大 渦輪葉片旋轉時，由于離心力引起的預應力的作用，它的自然頻率渦輪葉片旋轉時，由于離心力引起的預應力的作用，它的自然頻率逐漸具有增大的趨勢逐漸具有增大的趨勢 為了恰當地設計這些結構，必須要做具有預應力

25、和無預應力的模型為了恰當地設計這些結構，必須要做具有預應力和無預應力的模型的模態(tài)分析的模態(tài)分析ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊三個主要步驟：三個主要步驟：建模建模通過靜態(tài)分析獲得模型的預應力通過靜態(tài)分析獲得模型的預應力做具有預應力的模態(tài)分析做具有預應力的模態(tài)分析建模：建模：與普通模態(tài)分析要考慮的問題一樣與普通模態(tài)分析要考慮的問題一樣必須定義密度必須定義密度有預應力的模態(tài)分析有預應力的模態(tài)分析步驟步驟ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊3建模建模在靜態(tài)分析中給模型施加在靜態(tài)分析中給模型施加預應力預應力選擇分析類型和選項：

26、選擇分析類型和選項： 必須激活預應力選項必須激活預應力選項 載荷：載荷： 施加引起預應施加引起預應力的載荷，并觀察確認力的載荷，并觀察確認已經施加了合適的載荷已經施加了合適的載荷Solution Unabridged Menu Analysis Options 有預應力的模態(tài)分析有預應力的模態(tài)分析步驟步驟ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊有預應力的模態(tài)分析有預應力的模態(tài)分析步驟步驟單元圖單元圖-有預應力模態(tài)的靜態(tài)分析有預應力模態(tài)的靜態(tài)分析應力圖應力圖-有預應力模態(tài)的靜態(tài)分析有預應力模態(tài)的靜態(tài)分析ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制

27、作培訓手冊3建模建模3在靜態(tài)分析中給模型施加預應力在靜態(tài)分析中給模型施加預應力做具有預應力的模態(tài)分析：做具有預應力的模態(tài)分析：除了在分析選項中必須激活除了在分析選項中必須激活預應力效果選項外，其它步預應力效果選項外，其它步驟與普通模態(tài)分析的步驟一驟與普通模態(tài)分析的步驟一樣樣有預應力的模態(tài)分析有預應力的模態(tài)分析步驟步驟ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊具有預應力的平板具有預應力的平板無預應力的平板無預應力的平板比較比較:有預應力的模態(tài)分析有預應力的模態(tài)分析步驟步驟ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊3建模建模3在靜態(tài)分析中

28、給模型施加預應力在靜態(tài)分析中給模型施加預應力3做具有預應力的模態(tài)分析做具有預應力的模態(tài)分析有預應力的模態(tài)分析有預應力的模態(tài)分析步驟步驟ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊實例實例在以下的實例中，學員給如圖所示的盤片施加預應力，然后計算它的自然頻在以下的實例中，學員給如圖所示的盤片施加預應力，然后計算它的自然頻率。如果時間允許，計算沒有預應力的盤片的自然頻率和振型并且比較它們率。如果時間允許，計算沒有預應力的盤片的自然頻率和振型并且比較它們的結果的結果詳細情況參考動力學分析實例（預應力圓盤，詳細情況參考動力學分析實例（預應力圓盤，w-46)本列也可進一步進行有

29、預應力的循環(huán)對稱結構模態(tài)分析本列也可進一步進行有預應力的循環(huán)對稱結構模態(tài)分析ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊模態(tài)分析實例模態(tài)分析實例 預應力模態(tài)分析范例預應力模態(tài)分析范例ANSYS幫助文件中提供的預應力模態(tài)分析范例：幫助文件中提供的預應力模態(tài)分析范例： VM53 Vibration of a String Under Tension VM54 Vibration of a Rotating Cantilever Blade VM55 Vibration of a Stretched Circular Membrane VM59 Lateral Vibra

30、tion of an Axially-loaded Bar VM152 2-D Nonaxisymmetric Vibration of a Stretched Membrane ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊B.循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析什么是循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析什么是循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析?可以只模擬結構的一個扇形區(qū)，然后觀察整個結構的振型可以只模擬結構的一個扇形區(qū)，然后觀察整個結構的振型!節(jié)省了建模時間節(jié)省了建模時間 - 不需要模擬整個結構不需要模擬整個結構節(jié)省了計算時間和硬盤空間節(jié)省了計算時間和硬盤空間 - 只需要較少的單元

31、和自由度只需要較少的單元和自由度應用：應用：可用于任何具有循環(huán)對稱的結構：如渦輪、葉輪、轉子、風扇等可用于任何具有循環(huán)對稱的結構：如渦輪、葉輪、轉子、風扇等ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析步驟循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析步驟主要步驟：主要步驟：基本扇區(qū)的建?；旧葏^(qū)的建模自動檢測循環(huán)對稱信息自動檢測循環(huán)對稱信息,并設置參數并設置參數(CYCLIC)復制一個基本扇區(qū)并在兩個扇區(qū)上施加約束方程復制一個基本扇區(qū)并在兩個扇區(qū)上施加約束方程(CYCOPT)指定分析類型和選項指定分析類型和選項求解求解將基本扇區(qū)結果擴展到將基本扇區(qū)結果擴展到3600，

32、對結果進行評價，對結果進行評價(/CYCEXPAND或或EXPAND )ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析基本扇區(qū)的建模基本扇區(qū)的建?；旧葏^(qū)：基本扇區(qū)： 必須在全局柱坐標系中必須在全局柱坐標系中：X為徑向，為徑向， Y 沿著沿著 向，向， Z 為軸向為軸向只要只要360/ 是整數是整數，扇區(qū)角扇區(qū)角 可以是任何可以是任何值值,依賴于實際循環(huán)對稱的形式依賴于實際循環(huán)對稱的形式循環(huán)對稱面（或邊）：循環(huán)對稱面（或邊）：最好具有匹配的節(jié)點分布，但也可以不匹配可以是彎曲的匹配的節(jié)點分布可以達到最好的精確性對于不匹配的情況

33、,ANSYS用類似于界面約束方程的形式處理ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析指定循環(huán)對稱面指定循環(huán)對稱面 用用CYCLIC命令命令自動識別自動識別并指定并指定循環(huán)對稱面循環(huán)對稱面角度較小的邊為角度較小的邊為LOW,反之則為反之則為HIGH在在分網之前分網之前施加施加CYCLIC,隨后隨后MESH的的時候時候ANSYS自動產生匹配的節(jié)點分布自動產生匹配的節(jié)點分布CYCLIC最簡單的用法是不帶任何參數最簡單的用法是不帶任何參數,此時此時ANSYS自動識別一切循環(huán)對稱特性自動識別一切循環(huán)對稱特性,包括坐標系包括坐標系,

34、扇角扇角,對稱邊等對稱邊等.CYCLIC命令也可有很多參數命令也可有很多參數,用于一些用于一些附加設置附加設置組元組元 ND0 和和 ND36Main MenuPreprocessorModelingCyclic SectorCyclic ModelAuto Defined ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析求解求解理解循環(huán)對稱結構的求解方法理解循環(huán)對稱結構的求解方法循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析需要兩個相同的循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析需要兩個相同的,重疊的基本扇區(qū)重疊的基本扇區(qū)在求解過程中在求解過程中ANSYS自動自動在用

35、戶建立的基本扇區(qū)基礎上在用戶建立的基本扇區(qū)基礎上,內部復制一個副本內部復制一個副本,并且并且也復制所有的載荷也復制所有的載荷,約束方程等約束方程等.這個過程是透明的這個過程是透明的.僅僅復制單元和節(jié)點，并不復制實體模型僅僅復制單元和節(jié)點，并不復制實體模型對每一個節(jié)徑對每一個節(jié)徑(后面解釋后面解釋)解解,ANSYS自動自動產生滿足循環(huán)對稱相容條件的約束方程產生滿足循環(huán)對稱相容條件的約束方程,并施加于并施加于LOW和和HIGH邊界上邊界上.一個節(jié)徑解完成后一個節(jié)徑解完成后,自動刪除對稱邊界條件自動刪除對稱邊界條件,并繼續(xù)下個節(jié)徑解并繼續(xù)下個節(jié)徑解這一切動作通過這一切動作通過CYCOPT命令設置命令

36、設置通過通過SOLVE命令啟動求解命令啟動求解Main MenuSolutionSolveCyclic OptionsCYCOPT命令也可以缺省使用命令也可以缺省使用,對于模態(tài)分析對于模態(tài)分析,最常用的參數是最常用的參數是HINDEX(諧索引諧索引)即即Harmonic Index, 后面解釋后面解釋 ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析選擇分析類型和選項選擇分析類型和選項指定分析類型指定分析類型分析類型分析類型- 模態(tài)模態(tài)Main Menu Solution New Analysis .3建模建模3指定循環(huán)對稱面

37、指定循環(huán)對稱面3分網分網ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊選項：選項：建議使用建議使用Block Lanczos 法法每節(jié)徑每節(jié)徑(諧索引諧索引)提取的模態(tài)數目提取的模態(tài)數目 （NMODE） -后面討論后面討論擴展的模態(tài)數目應和提取的模態(tài)數目一樣多擴展的模態(tài)數目應和提取的模態(tài)數目一樣多循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析指定分析類型和選項指定分析類型和選項ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析節(jié)徑和諧索引節(jié)徑和諧索引節(jié)徑節(jié)徑簡單結構簡單結構(例如圓盤例如圓盤)振動中面外位

38、移為零的徑向線（如余弦波）振動中面外位移為零的徑向線（如余弦波）提供由基本扇區(qū)結果計算整個模型振型的關系提供由基本扇區(qū)結果計算整個模型振型的關系一條節(jié)徑通常在周向引起一個振動波一條節(jié)徑通常在周向引起一個振動波，兩條節(jié)徑引起的兩個振動波，如此類推兩條節(jié)徑引起的兩個振動波，如此類推每個節(jié)徑解有許多振型每個節(jié)徑解有許多振型ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析節(jié)徑和諧索引節(jié)徑和諧索引諧索引諧索引一個整數它決定了一個扇區(qū)的兩邊節(jié)點自由度是如何變化的一個整數它決定了一個扇區(qū)的兩邊節(jié)點自由度是如何變化的,也就是求解時在循環(huán)對也就

39、是求解時在循環(huán)對稱邊界上施加的約束方程的形式稱邊界上施加的約束方程的形式.當諧索引當諧索引 k 等于節(jié)徑數等于節(jié)徑數d 時時,兩邊自由度相差兩邊自由度相差Cos(d*),其中其中 是扇角是扇角對于一個給定的諧索引對于一個給定的諧索引,沿圓周存在不同數目的波沿圓周存在不同數目的波,如如:k=0, =60度時度時,波的數目可以是波的數目可以是0,6,12,6N諧索引不一定等于節(jié)徑諧索引不一定等于節(jié)徑,一個諧索引解可能包含多個節(jié)徑解一個諧索引解可能包含多個節(jié)徑解,實際上實際上:m=1, 2, N是扇區(qū)數是扇區(qū)數ANSYS以諧索引號來組織求解和結果文件以諧索引號來組織求解和結果文件, 可以規(guī)定要求解的

40、諧索引范圍可以規(guī)定要求解的諧索引范圍(CYCOPT),每個諧索引對應一個載荷步每個諧索引對應一個載荷步kmNdANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析用用CYCSOL命令求解命令求解 一條節(jié)徑一條節(jié)徑注意，下面的位移注意，下面的位移UZ等值線圖中有一條零位移的徑向線等值線圖中有一條零位移的徑向線，右圖表示的是振型的側視圖，右圖表示的是振型的側視圖ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析用用CYCSOL命令求解命令求解 兩條節(jié)徑兩條節(jié)徑ANSYS

41、80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析用用CYCSOL命令求解命令求解 三條節(jié)徑三條節(jié)徑ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析用用CYCSOL命令求解命令求解 四條節(jié)徑四條節(jié)徑ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析用用CYCSOL命令求解命令求解 零節(jié)徑零節(jié)徑 （軸對稱模型）（軸對稱模型）ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊循環(huán)對稱結構的

42、模態(tài)分析循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析 用用CYCSOL命令求解命令求解 為什么諧索引范圍很重要為什么諧索引范圍很重要?對于每個諧索引號，對于每個諧索引號，ANSYS將提取一系列指定數目的的模態(tài)將提取一系列指定數目的的模態(tài)用命令用命令CYCOPT,HINDEX, hi_begin, hi_end, step指定諧索引范圍指定諧索引范圍最小的諧索引號為最小的諧索引號為0對于偶數扇區(qū)最大的諧索引號為對于偶數扇區(qū)最大的諧索引號為NSECTOR/2，奇數扇區(qū)最大的諧索引奇數扇區(qū)最大的諧索引號為號為( NSECTOR-1)/2 通常，只需提取整個諧索引范圍中的少數幾階模態(tài)來覆蓋所有低階頻率通常，只需提取整個諧索

43、引范圍中的少數幾階模態(tài)來覆蓋所有低階頻率模態(tài)模態(tài)ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析查看整個模型的結果查看整個模型的結果查看整個模型的結果查看整個模型的結果進入后處理器進入后處理器 （/POST1）四個主要步驟：四個主要步驟：列出自然頻率列出自然頻率擴展到擴展到 360讀入所需振型的結果讀入所需振型的結果對此振型做動畫對此振型做動畫ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析觀察結果觀察結果列出頻率：列出頻率： General Postproc

44、 Results Summary每一諧索引都作為一個單獨的載荷步進行保存每一諧索引都作為一個單獨的載荷步進行保存HINDEX 0， 模態(tài)模態(tài) 1-5HINDEX 1， 模態(tài)模態(tài)1-5 HINDEX 2， 模態(tài)模態(tài)1-5 HINDEX 3， 模態(tài)模態(tài)1-5HINDEX 4， 模態(tài)模態(tài)1-5 拖動滾動條可以查看更多結果拖動滾動條可以查看更多結果ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析觀察結果觀察結果擴展至擴展至 360：輸入命令輸入命令/CYCEXPAND, ,ONMain MenuGeneral PostprocCycl

45、ic AnalysisCyc ExpansionMain MenuPreprocessorModelingCyclic SectorCyc Expansion 結果數據庫中實際上包含著原始扇區(qū)的解結果數據庫中實際上包含著原始扇區(qū)的解(實部實部)和復制扇區(qū)的解和復制扇區(qū)的解(虛部虛部),如果直接如果直接顯示是重疊的，且沒有意義。該命令在把單個扇區(qū)擴展到顯示是重疊的，且沒有意義。該命令在把單個扇區(qū)擴展到360整體的同時整體的同時,也合并也合并了實部和虛部來構成完整解。了實部和虛部來構成完整解。該命令僅僅影響結果和幾何模型的顯示和列表該命令僅僅影響結果和幾何模型的顯示和列表,而并不修改任何數據庫項目

46、而并不修改任何數據庫項目推薦使用該命令而不是推薦使用該命令而不是EXPAND命令命令EXPAND命令命令專用于循環(huán)對稱模態(tài)分析專用于循環(huán)對稱模態(tài)分析,專用于后處理專用于后處理該命令實際修改了數據庫文件該命令實際修改了數據庫文件ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊制作振型動畫：制作振型動畫：模態(tài)動畫模態(tài)動畫ANMODE 對于對于HINDEX=0, N/2 PlotCtrls Animate Mode Shape.波傳播模態(tài)動畫ANCYC 對于對于0 HINDEX Animate Cyc Traveling Wave 循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析

47、觀察結果觀察結果ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析觀察結果觀察結果ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析觀察結果觀察結果ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析觀察結果觀察結果 ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析觀察結果觀察結果 ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制

48、作段志東制作培訓手冊循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析觀察結果觀察結果 比較循環(huán)對稱解和完整模型解比較循環(huán)對稱解和完整模型解:兩種求解法頻率吻合得很好注意，頻率較低的振型是每個諧索引的前幾階振型左表采用36對稱循環(huán)的模型，具有560個單元，1960個自由度。右表對應完整模型，具有2800個單元，18560個自由度循環(huán)對稱模型求解所需要的計算時間不到完整模型的一半結果文件大小分別為1.3Mb和4.2Mb36 對稱模型對稱模型完整模型完整模型ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊循環(huán)對稱結構模態(tài)分析循環(huán)對稱結構模態(tài)分析實例實例在這個實例中，只需模擬螺旋錐

49、形齒輪在這個實例中，只需模擬螺旋錐形齒輪的一個齒，用來確定其自然頻率的一個齒，用來確定其自然頻率詳細情況請參考動力學分析實例詳細情況請參考動力學分析實例(圓錐斜圓錐斜角齒輪角齒輪,W-51. ).ANSYS幫助文件第六章專門介紹循幫助文件第六章專門介紹循環(huán)對稱結構的多種分析，其中第五節(jié)環(huán)對稱結構的多種分析，其中第五節(jié)給出了一個模態(tài)分析的范例，學員可給出了一個模態(tài)分析的范例，學員可以通過該范例加深對循環(huán)對稱結構模以通過該范例加深對循環(huán)對稱結構模態(tài)分析的認識。態(tài)分析的認識。ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊循環(huán)對稱結構模態(tài)分析循環(huán)對稱結構模態(tài)分析 預應力模態(tài)分

50、析預應力模態(tài)分析過程過程基本扇區(qū)建?；旧葏^(qū)建模自動檢測循環(huán)對稱信息自動檢測循環(huán)對稱信息,并設置參數并設置參數(CYCLIC)劃分網格劃分網格打開預應力開關的靜力分析打開預應力開關的靜力分析復制一個基本扇區(qū)并在兩個扇區(qū)上施復制一個基本扇區(qū)并在兩個扇區(qū)上施加約束方程加約束方程(CYCOPT，status)打開預應力開關的模態(tài)分析打開預應力開關的模態(tài)分析求解求解將基本扇區(qū)結果擴展到將基本扇區(qū)結果擴展到3600，對結果，對結果進行評價進行評價(/CYCEXPAND)ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊模態(tài)分析實例模態(tài)分析實例 循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析范例循環(huán)對稱結構

51、的模態(tài)分析范例ANSYS幫助文件中提供的循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析范例：幫助文件中提供的循環(huán)對稱結構的模態(tài)分析范例： VM153 3-D Nonaxisymmetric Vibration of a Stretched Membrane ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊具有大變形的模態(tài)分析具有大變形的模態(tài)分析什么是具有大變形的模態(tài)分析什么是具有大變形的模態(tài)分析? ?在載荷的作用下，對于具有大變形的結構進行模態(tài)分析在載荷的作用下，對于具有大變形的結構進行模態(tài)分析主要應用于主要應用于( (例例) )： 在相對細薄的汽輪機頁片上作用壓力或旋轉載荷時，漿輪的頻率在相

52、對細薄的汽輪機頁片上作用壓力或旋轉載荷時，漿輪的頻率將較松弛狀態(tài)有很大差別將較松弛狀態(tài)有很大差別 海平面下安裝的管道由于接觸海底導致頻率的改變海平面下安裝的管道由于接觸海底導致頻率的改變 壓力載荷下的膜分析壓力載荷下的膜分析ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊具有大變形的模態(tài)分析與有預應力的模態(tài)分析有什么不同？具有大變形的模態(tài)分析與有預應力的模態(tài)分析有什么不同？有預應力的模態(tài)分析中，應力會影響其自然頻率但變形較??；也就是說有預應力的模態(tài)分析中，應力會影響其自然頻率但變形較?。灰簿褪钦f幾何形狀不改變幾何形狀不改變(小變形小變形,在原始構形中在原始構形中)大變形

53、的模態(tài)分析中，由于大變形而導致結構的幾何形狀改變很大，校大變形的模態(tài)分析中，由于大變形而導致結構的幾何形狀改變很大，校正后的幾何形狀（除了應力）又會影響其自然頻率和振型正后的幾何形狀（除了應力）又會影響其自然頻率和振型具有大變形的模態(tài)分析具有大變形的模態(tài)分析接觸和大變形接觸和大變形ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊具有大變形的模態(tài)分析具有大變形的模態(tài)分析步驟步驟五個主要步驟五個主要步驟:建模建?？紤]大變形的靜態(tài)分析考慮大變形的靜態(tài)分析校正幾何形狀為變形后的幾何形狀校正幾何形狀為變形后的幾何形狀使用分步求解過程進行模態(tài)分析使用分步求解過程進行模態(tài)分析查看結果

54、查看結果建模建模:與普通模態(tài)分析要考慮的問題一樣與普通模態(tài)分析要考慮的問題一樣注意輸入密度注意輸入密度ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊具有大變形的模態(tài)分析具有大變形的模態(tài)分析靜態(tài)分析靜態(tài)分析3建模建模靜態(tài)分析靜態(tài)分析 選擇分析類型和選項：一定選擇分析類型和選項：一定要激活預應力和大變形的影要激活預應力和大變形的影響響載荷：施加靜態(tài)載荷。參看載荷：施加靜態(tài)載荷。參看第八節(jié)，結構的分析指南。第八節(jié)，結構的分析指南。求解求解Solution Unabridged Menu Analysis Options ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作

55、段志東制作培訓手冊具有大變形的模態(tài)分析具有大變形的模態(tài)分析校正幾何形狀到變形后的形狀校正幾何形狀到變形后的形狀3建模建模3考慮大變形的靜態(tài)分析考慮大變形的靜態(tài)分析校正幾何形狀校正幾何形狀在初始的幾何結構中添加來自靜態(tài)分析后的位移在初始的幾何結構中添加來自靜態(tài)分析后的位移AddAddMain menusoluload step optotherupdate node Main menusoluload step optotherupdate node coordcoord利用新創(chuàng)建的幾何結構進行模態(tài)分析利用新創(chuàng)建的幾何結構進行模態(tài)分析ANSYS80ANSYS80模態(tài)分析模態(tài)分析段志東制作段志東制作培訓手冊3建模建模3考慮大變形的模態(tài)分析考慮大變形的模態(tài)分析3校正幾何形狀到變形后的幾何形狀校正幾何形狀到變形后的幾何形狀利用分步求解過程進行模態(tài)分析利用分步求解過程進行模