有限元-ansys專項培訓(xùn)諧響應(yīng)分析

諧響應(yīng)分析January30,2001Inventory#0014473-2諧響應(yīng)分析A.諧響應(yīng)分析的定義和目的B.關(guān)于諧響應(yīng)分析的基本術(shù)語和概念C.在ANSYS中如何進(jìn)行諧響應(yīng)分析D.諧響應(yīng)分析的實(shí)例練習(xí)January30,2001Inventory#0014473-3諧響應(yīng)分析

A.定義和目的什么是諧響應(yīng)分析?確定一個結(jié)構(gòu)在已知頻率的正弦（簡諧）載荷作用下的響應(yīng)的技術(shù).Input:已知大小和頻率的諧載荷（力、壓力和強(qiáng)迫位移）同一頻率的多種載荷.力和位移可以是同向或不同向的.面載和體載必須定義為零相角Output:每一個自由度上的諧位移，通常和施加的載荷不同相其它多種導(dǎo)出量，例如應(yīng)力和應(yīng)變等January30,2001Inventory#0014473-4諧響應(yīng)分析

…定義和目的諧響應(yīng)分析用于設(shè)計：旋轉(zhuǎn)設(shè)備（如壓縮機(jī)、發(fā)動機(jī)、泵、渦輪機(jī)械等）的支座、固定裝置和部件受渦流（流體的漩渦運(yùn)動）影響的結(jié)構(gòu)，例如渦輪葉片、飛機(jī)機(jī)翼、橋和塔等January30,2001Inventory#0014473-5諧響應(yīng)分析

…定義和目的為什么要作諧響應(yīng)分析？確保一個給定的結(jié)構(gòu)能經(jīng)受住不同頻率的各種正弦載荷（例如：以不同速度運(yùn)行的發(fā)動機(jī)）探測共振響應(yīng)，并在必要時避免其發(fā)生（例如：借助于阻尼器來避免共振）January30,2001Inventory#0014473-6諧響應(yīng)分析

B.術(shù)語和概念包含的主題：運(yùn)動方程諧載荷的本性復(fù)位移求解方法January30,2001Inventory#0014473-7通用運(yùn)動方程:[F]矩陣和{u}矩陣是簡諧的，頻率為

w:諧響應(yīng)分析的運(yùn)動方程:諧響應(yīng)分析-術(shù)語和概念

運(yùn)動方程January30,2001Inventory#0014473-8諧響應(yīng)分析-術(shù)語和概念

諧載荷的本性RealImaginary在已知頻率下正弦變化相角y允許不同相的多個載荷同時作用，y缺省值為零施加的全部載荷都假設(shè)是簡諧的，包括溫度和重力January30,2001Inventory#0014473-9諧響應(yīng)分析-術(shù)語和概念

復(fù)位移在下列情況下計算出的位移將是復(fù)數(shù)具有阻尼施加載荷是復(fù)數(shù)載荷（例如：虛部為非零的載荷）復(fù)位移滯后一個相位角（相對于某一個基準(zhǔn)而言）可以用實(shí)部和虛部或振幅和相角的形式來查看January30,2001Inventory#0014473-10諧響應(yīng)分析-術(shù)語和概念

求解方法求解簡諧運(yùn)動方程的三種方法：完整法為缺省方法，是最容易的方法使用完整的結(jié)構(gòu)矩陣，且允許非對稱矩陣（例如：聲學(xué)矩陣）縮減法*使用縮減矩陣，比完整法更快需要選擇主自由度，據(jù)主自由度得到近似的[M]矩陣和[C]矩陣模態(tài)疊加法**從前面的模態(tài)分析中得到各模態(tài)；再求乘以系數(shù)的各模態(tài)之和所有求解方法中最快的*未包括在本手冊中；請參看ANSYS結(jié)構(gòu)分析指南。**將在第六章中討論。January30,2001Inventory#0014473-11諧響應(yīng)分析-術(shù)語和概念

求解方法*generallynotmendedJanuary30,2001Inventory#0014473-12諧響應(yīng)分析

C.步驟四個主要步驟：建模選擇分析類型和選項施加簡諧載荷并求解觀看結(jié)果January30,2001Inventory#0014473-13諧響應(yīng)分析-步驟

建模模型只能用于線性單元和材料，忽略各種非線性記住要輸入密度注意：如果ALPX（熱膨脹系數(shù)）和T均不為零，就有可能不經(jīng)意地包含了簡諧熱載荷。為了避免這種事情發(fā)生，請將ALPX設(shè)置為零請參閱第一章中的建模需要考慮的問題January30,2001Inventory#0014473-14諧響應(yīng)分析-步驟

選擇分析類型和選項建模選擇分析類型和選項輸入求解器，選擇諧響應(yīng)分析主要分析選項是求解方法-在后面討論規(guī)定阻尼-在后面討論January30,2001Inventory#0014473-15諧響應(yīng)分析-步驟

…選擇分析類型和選項…進(jìn)入第二個對話框分析選項求解方法-完整法、縮減法和模態(tài)疊加法。缺省為完整法自由度輸出格式-主要用于批處理方式中集中質(zhì)量矩陣推薦用于如果結(jié)構(gòu)的一個方向的尺寸遠(yuǎn)小于另兩個方向的尺寸的情況中。例如：細(xì)長梁與薄殼January30,2001Inventory#0014473-16諧響應(yīng)分析-步驟

…選擇分析類型和選項分析選項(…接上頁)選擇求解器(缺省為波前求解器)打開包括預(yù)應(yīng)力選項January30,2001Inventory#0014473-17諧響應(yīng)分析-步驟

…選擇分析類型和選項阻尼從-阻尼、-阻尼和阻尼率中選取阻尼率最常用January30,2001Inventory#0014473-18諧響應(yīng)分析-步驟

施加簡諧載荷并求解建模選擇分析類型和選項施加簡諧載荷并求解所有施加的載荷以規(guī)定的頻率（或頻率范圍）簡諧地變化“載荷”包括：位移約束-零或非零的作用力壓強(qiáng)注意：如果要施加重力和熱載荷，它們也被當(dāng)作簡諧變化的載荷來考慮！January30,2001Inventory#0014473-19諧響應(yīng)分析-步驟

…施加簡諧載荷并求解規(guī)定簡諧載荷時要包括:振幅和相角頻率階梯載荷對線性變化載荷的說明振幅和相角載荷值（大?。┐碚穹鵉max相角f是在兩個或兩個以上簡諧載荷間的相位差.單一載荷不需要相角f.非零Y僅對力和位移簡諧載荷有效RealImaginaryyF1maxF2maxJanuary30,2001Inventory#0014473-20諧響應(yīng)分析-步驟

…施加簡諧載荷并求解RealImaginaryYF1maxF2max振幅和相角（接上頁）ANSYS不能直接輸入振幅和相角，而是規(guī)定實(shí)部和虛部分量例如，施加兩個簡諧力F1和

F2，其相角相差f:F1real=F1max

(F1的振幅)F1imag=0F2real=F2maxcosfF2imag=F2maxsinf可以使用APDL語言計算，但要確保角度單位為度（缺省為弧度）January30,2001Inventory#0014473-21諧響應(yīng)分析-步驟

…施加簡諧載荷并求解January30,2001Inventory#0014473-22諧響應(yīng)分析-步驟

…施加簡諧載荷并求解簡諧載荷的頻率：通過頻率范圍和在頻率范圍內(nèi)的子步數(shù)量來規(guī)定每秒的循環(huán)次數(shù)（赫茲）例如，在0-50頻率范圍內(nèi)有10個子步時將給出在5，10，15...45和50Hz等頻率上的解；而同一頻率范圍只有一個子步時，則只給出50Hz頻率上的解January30,2001Inventory#0014473-23諧響應(yīng)分析-步驟

…施加簡諧載荷并求解階梯載荷對線性變化載荷：采用若干子步，可以逐漸地施加載荷（線性變化載荷），或者在第一個子步立刻施加載荷（階梯載荷）簡諧載荷通常是階梯加載，因為載荷值代表的是最大振幅January30,2001Inventory#0014473-24諧響應(yīng)分析-步驟

…施加簡諧載荷并求解在施加簡諧載荷后，下一步就是開始求解通常采用一個載荷步，但是可以采用若干子步，且每個子步具有不同的頻率范圍January30,2001Inventory#0014473-25諧響應(yīng)分析-步驟

觀看結(jié)果健摸選擇分析類型和選項施加簡諧載荷并求解觀看結(jié)果分三步繪制結(jié)構(gòu)上的特殊點(diǎn)處的位移-頻率曲線確定各臨界頻率和相應(yīng)的相角觀看整個結(jié)構(gòu)在各臨界頻率和相角時的位移和應(yīng)力UsePOST26,thetime-historypostprocessorUsePOST1,thegeneralpostprocessorJanuary30,2001Inventory#0014473-26諧響應(yīng)分析-步驟

觀看結(jié)果-POST26位移-頻率圖首先定義POST26變量節(jié)點(diǎn)和單元數(shù)據(jù)表用大于等于二的數(shù)據(jù)識別變量1包含各頻率，并是預(yù)先定義了的January30,2001Inventory#0014473-27諧響應(yīng)分析-步驟

…觀看結(jié)果-POST26定義變量（接上頁）挑選可能發(fā)生最大變形的節(jié)點(diǎn)，然后選擇自由度的方向定義變量的列表被更新January30,2001Inventory#0014473-28諧響應(yīng)分析-步驟

…觀看結(jié)果-POST26AGraphedResponseintheFrequencyDomain定義變量畫變量關(guān)系圖January30,2001Inventory#0014473-29諧響應(yīng)分析-步驟

…觀看結(jié)果-POST26確定各臨界頻率和相角用圖形顯示最高振幅發(fā)生時的頻率由于位移與施加的載荷不同步（如果存在阻尼的話），需要確定出現(xiàn)最大振幅時的相角要進(jìn)行上述工作，首先要選擇振幅+相位選項January30,2001Inventory#0014473-30諧響應(yīng)分析-步驟

…觀看結(jié)果-POST26然后用表列出變量注意：最大振幅=3.7出現(xiàn)在48Hz,85.7o時下一步就是觀看整個模型在該頻率和相角下的位移和應(yīng)力（使用POST1)January30,2001Inventory#0014473-31諧響應(yīng)分析-步驟

觀看結(jié)果-POST1觀看整個結(jié)構(gòu)的結(jié)果進(jìn)入POST1，且列出結(jié)果綜述表，確定臨界頻率的載荷步和子步序號January30,2001Inventory#0014473-32諧響應(yīng)分析-步驟

…觀看結(jié)果-POST1使用HRCPLX

命令讀入在期望頻率和相角時的結(jié)果：HRCPLX,LOADSTEP,SUBSTEP,PHASE,...例如：HRCPLX,2,4,-85.7繪制變形圖，應(yīng)力等值線圖和