ansys模态、结构分析教程.ppt

结构动力学有限元法 静力平衡方程 动力平衡方程 式中 M 结构的总质量矩阵 C 为阻尼矩阵 K 结构的总刚度矩阵 u 结构的位移向量 R t 强迫力列阵 Modal 模态 Harmonic 谐响应 Transient 瞬态 Spectrum 谱分析 单自由度系统振动 时间 位置 固有频率 单自由度系统有一个固有频率和一个振动形式 两自由度系统 第一阶模态 第二阶模态 一个节点 无节点 多自由度系统振动 两自由度系统有两个固有频率和两个振动形式 连续系统振动 有多少个自由度 有多少个频率和振动形式 第二阶模态 第三阶模态 第四阶模态 第五阶模态 自由梁的模态形状 一 什么是模态分析 不承受载荷 忽略阻尼 质量和刚度定常 特征值问题 模态分析 特征值 固有频率 特征向量 振型 二 模态分析目的 1 求系统的固有频率和振型 2 模态分析是所有动力学分析类型的最基础的内容 在工作中 汽车尾气排气管装配体的固有频率与发动机的固有频率相同时 就可能会被震散 那么 怎样才能避免这种结果呢 三 单元质量矩阵 一致质量矩阵 满阵 考虑质量分布 集中质量矩阵 对角阵 按重心不变原则 不考虑质量分布 集中质量矩阵和一致质量矩阵 一致质量矩阵是满阵 考虑质量分布 集中质量矩阵对角阵 按重心不变原则 不考虑质量分布 集中质量矩阵 一致质量矩阵 模态分析中的四个主要步骤 建模施加边界条件求解设置后处理 四 ANSYS模态分析注意问题 模态分析是线性分析 所有非线性选项忽略 模态分析不采用对称性 除循环对称外 1 建模1 几何建模和单元选择一般同静力学步骤2 材料设置 必须输入密度 注意单位 2 施加边界条件1 模态分析唯一的边界条件是零约束位移2 不输入约束 将输出刚体模态 思考 一空间问题 无约束 将输出多少阶零模态 3 求解设置1 指定分析类型 模态分析 Preprocessor Solution AnalysisType NewAnalysis 2 指定求解方法3 提取模态和扩展模态的数目 提取模态方法 提取模态数目 扩展模态数目 计算单元应力 是否使用集中质量矩阵 是否考虑预应力 设定频率范围 归一化处理 4 后处理 MainMenu GeneralPostproc ResultsSummary 1 频率列表 2 观察振型 首先采用 FirstSet NextSet 或 ByLoadStep 然后绘制模态变形图 shape GeneralPostproc PlotResults DeformedShape 注意图例中给出了振型序号 SUB 和频率 FREQ 振型可以制作动画 UtilityMenu PlotCtrls Animate ModeShape 3 自由度解和单元应力没有意义 但如果振型是相对于单位矩阵归一的 则可以在给定的振型中比较不同点的应力 从而发现可能存在的应力集中 练习1 机翼模态分析 练习2 上机指南练习5 练习1 机翼模态分析 网格拖拉 面单元 体单元 拖拉 MainMenu Preprocessor Modeling Operate Extrude ElemExtOpts 1 设置拖拉选项 拖拉后的单元号 材料号 实常数号及单元坐标系 拖拉单元份数 是否清除面网格 MainMenu Preprocessor Modeling Operate Extrude Areas ByXYZOffset 2 执行拖拉操作 DX DY DZ每个单元拖拉距离 RX RY RZ缩放 拖拉说明 面单元 选择MESH200四边形单元 MESH200是一种仅划分网格 不求解 的单元没有与之相关的自由度或材料特性体单元 应与MESH200单元类型匹配 ANSYS结构单元 弹性体 杆 板 壳 块体 一般的说 杆受拉压 杆单元 杆受弯曲 扭转 梁单元 板受面内膜力 实体平面单元 特殊受力的空间体 平面应变问题和轴对称问题 实体平面单元 板壳受弯曲扭转 板壳单元 空间体 实体空间单元 实常数 杆单元 面积 梁单元 截面高度 面积 惯性矩 极惯性矩44 188 189可定义截面形状 实体平面单元 平面应力问题定义厚度 板壳单元 厚度 181可定义截面 实体空间单元 一般不需定义实常数 杆单元 材料力学解 弹性力学解 单位宽度 矩形截面 欧拉 伯努力梁 铁木辛柯梁 梁单元 两种梁 BEAM31 可承受拉 压 弯作用的单轴单元 单元的每个节点有三个自由度 即沿x y方向的线位移及绕Z轴的角位移 2 二维弹性等截面对称梁 一般不考虑剪切 BEAM41 是一种可用于承受拉 压 弯 扭的单轴受力单元 这种单元在每个节点上有六个自由度 x y z三个方向的线位移和绕x y z三个轴的角位移 2 三维弹性等截面对称梁 一般不考虑剪切 BEAM188 189 1 可定义梁的截面形状 支持多材料横截面的定义 2 支持大多数非线性 3 包括横向剪切变形4 BEAM188 3维2节点 BEAM189 3维3节点 6 7个自由度 第7个自由度是翘曲量 注意 BEAM3BEAM4对形函数采用Hermitian多项式 导致弯曲中的三次响应 弯曲中BEAM188 189分别有线性和二次响应 因此需要细化网格 ANSYS中的板壳单元 三种壳单元 ANSYS主要平面单元 等参单元 1 Plane2 6节点的三角形结构单元 每个节点有2个自由度 2 Plane42 Plane182 4节点的四边形结构单元 每个节点有2个自由度 3 Plane82 Plane183 8节点的四边形结构单元 每个节点有2个自由度 以上平面单元可分析平面应力 平面应变和轴对称 2 3 两种平面问题 平面应力问题 1 几何特征 等厚度薄板 2 受力特征 外力 体力 面力 和约束 仅平行于板面作用 沿z方向不变化 3 应力特征 结论 平面应力问题只有三个应力分量 应变分量 位移分量也仅为x y的函数 与z无关 2 平面应变问题 常截面长柱体 一个方向的尺寸比另两个方向的尺寸大得多 理论上无限长 且沿长度方向几何形状和尺寸不变化 1 几何特征 2 受力特征 外力 体力 面力 和约束 平行于横截面作用 沿z方向不变化 任一截面都是对称面 3 变形特征 结论 平面应变问题只有三个应变分量 应力分量 位移分量也仅为x y的函数 与z无关 1 什么叫做轴对称问题 几何特征 回转体 由一平面面积绕同一