ansys动力分析之模态设计ppt课件

青岛大学信息工程学院 Ansys机械设计 动力分析 青岛大学信息工程学院 内容提要 本章介绍动力分析 在实际工程结构的设计工作中 动力学设计和分析是必不可少的一部分 几乎现代的所有工程结构都面临着动力问题 在航空航天 船舶 汽车等行业 动力学问题更加突出 在这些行业中将会接触大量的旋转结构 例如 轴 轮盘等结构 青岛大学信息工程学院 本章重点 重点动力分析介绍结构模态分析谐响应分析瞬态响应分析响应谱分析 青岛大学信息工程学院 1 动力分析介绍 1 1动力分析的类型 通常的动力分析的工作主要有系统的动力特性分析 即求解结构的固有频率和振型 和系统在受到一定的载荷时的功力响应分析两部分构成 根据系统的特性可分为线性动力分析和非线性动力分析 根据载荷时间的变化关系可以分为稳态动力分析和瞬态动力分析 青岛大学信息工程学院 动力学分析 动力特性分析 动力响应分析 线性动力分析 非线性动力分析 稳态动力分析 瞬态动力分析 1 动力分析介绍 青岛大学信息工程学院 1 2 动力分析的分类模态分析响应分析瞬态动力分析谱分析 1 动力分析介绍 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 第四节结构模态分析实例 4 1 提出问题 齿轮的工作状态是变化的 即动态的 由于结构的振动特性决定结构对于各种动力载荷的响应情况 所以在准备进行其他分析之前 首先要进行模态分析 齿轮实体图如下图所示 青岛大学信息工程学院 标准齿轮模型 青岛大学信息工程学院 4 2 建立模型 建立模型包括设定分析作业名和标题 定义单元类型和实常数 定义材料属性 建立几何模型 划分有限元网格 4 2 1设定分析作业名和标题 1 执行Utilitymenu Jobname命令 将打开ChangeJobname对话框 2 在Enternewjobname 输入新的文件名 文本框中输入文字 example7 2 作为 青岛大学信息工程学院 本分析实例的数据库文件名 如图示 3 单击OK完成文件名的修改 青岛大学信息工程学院 4 执行Utilitymenu Title命令 打开ChangeTitle 修改标题 对话框 5 在Enternewtitle 输入新标题 文本框中输入文字 dynamicanalysisofagear 如图示 单击OK按钮完成对标题名的指定 青岛大学信息工程学院 6 执行UtilityMenu Plot Replot命令 指定的标题 dynamicanalysisofagear 将显示在窗口图形的左下角 如图示 青岛大学信息工程学院 7 执行MainMenu Preference命令 将打开PreferenceofGUIFiltering 菜单过滤参数选择 对话框 选中Structural复选框 单击ok按钮 青岛大学信息工程学院 4 2 2 定义单元类型 在进行有限元分析时 首先根据分析问题的几何结构 分析类型和所分析的问题的精度要求等 选定合适具体分析的单元类型 本例选用二十结点体单元SOLID186 青岛大学信息工程学院 1 执行MainMenu Preprocessor ElementType Add Edit Delete命令 将打开ElementType 单元类型 对话框 2 单击Add 将打开LibraryofElementType 单元类型库 青岛大学信息工程学院 3 然后再左面列表框中选中Solid选项 在右面的列表框中选择Brick20node186选项 即选择了二十结点体单元SOLID186 如图示 4 单击ok 将SOLID186单元添加 并关闭单元类型对话框 青岛大学信息工程学院 5 单击Close 关闭单元类型对话框 结束单元类型的添加 青岛大学信息工程学院 4 2 3定义实常数 本实例中选用三维SOLID186单元 不需要设置其厚度实常数 4 2 4定义材料属性 本例需要考虑惯性力的静力分析中必须定义材料的弹性模量和密度 1 执行MainMenu Preprocessor MaterialProps MaterialModel命令 将打开DefineMaterialModelBehavior 定义材料模型属性 窗口 如图示 青岛大学信息工程学院 2 依次双击Structural Linear Elastic Isotropic 展开材料属性的树形结构 将打开1号材料的弹性模量EX和泊松比PRXY的定义对话框 青岛大学信息工程学院 3 在弹出对话框输入弹性模量2 06e11 在RPXY中输入0 3 单击ok 并返回到定义材料属性窗口 在此窗口的左边一栏出现刚刚定义的参数号为1的材料的属性 青岛大学信息工程学院 4 依次双击Structural Density 打开定义材料密度的对话框 并在DENS文本框中输入密度值 7 8e3 单击ok 关闭对话框 并返回到定义材料属性窗口 在此窗口的左边一栏参考号为1的材料属性下面出现密度项 5 在DefineMaterialModelBehavior窗口中 执行Material Exit命令 退出此窗口 青岛大学信息工程学院 4 2 5建立齿轮的三维实体模型 4 2 5 1建立齿轮的一个扇形模型 1 将激活的坐标系设置为总体柱坐标系 执行UtilityMenu WorkPlane ChangeActiveCSto GlobalCylindrical 2 定义一个关键点执行MainMenu Preprocessor Modeling Create Keypoints InActiveCS 在Keypointnumber文本框中输入1 X 20 Y 0 单击ok 青岛大学信息工程学院 3 定义一个点作为辅助点执行MainMenu Preprocessor Modeling Create Keypoints InActiveCS 在Keynumber文本框中输入110 X 16 Y 40 单击ok 青岛大学信息工程学院 4 定义一个点作为辅助点执行UtilityMenu WorkPlane OffsetWPto Keypoints 在Ansys图形窗口选择110号点 单击ok 偏移工作平面到给定位置后的结果如图示 青岛大学信息工程学院 5 旋转工作平面执行UtilityMenu WorkPlane OffsetWPbyIncrements 打开的对话框后 在XY YZ ZXAngles文本框中输入 50 0 0 点击ok 结果如图示 青岛大学信息工程学院 6 将激活的坐标系设置为工作平面坐标系 执行UtilityMenu WorkPlane ChangeActiveCSto WorkingPlane 7 建立第二个关键点执行MainMenu Preprocessor Modeling Create Keypoints InActiveCS 在Keynumber文本框中输入2 X 12 838 Y 0 单击ok 结果如图示 建立关键点 青岛大学信息工程学院 8 将激活的坐标系设置为总柱面坐标系 即执行 UtilityMenu WorkPlane ChangeActiveCSto GlobalCylindrical 9 建立其余的辅助点按照 3 同样的步骤建立其余的辅助点 将其编号分别设置为120 130 140 150 160 其坐标分别为 16 43 16 46 16 49 16 52 16 55 所得结果如图示 青岛大学信息工程学院 建立其余的辅助点的结果 青岛大学信息工程学院 10 将工作平面平移到第二个辅助点执行UtilityMenu WorkPlane OffsetWPto Keypoints 在Ansys图形窗口选择120号点 单击ok 11 旋转工作平面执行UtilityMenu WorkPlane OffsetWPbyIncrements 打开的对话框后 在XY YZ ZXAngles文本框中输入3 0 0 点击ok 12 将激活的坐标系设置为工作平面坐标系执行UtilityMenu WorkPlane ChangeActiveCSto WorkingPlane 13 建立第三个关键点执行MainMenu Preprocessor Modeling Create Keypoints InActiveCS 在Keynumber文本框中输入3 X 13 676 Y 0 单击ok 青岛大学信息工程学院 14 重复以上步骤 分别把工作平面平移到编号为130 140 150 160的辅助点 然后旋转工作平面 旋转角度为3 0 0 再将工作平面设为当前坐标系 在工作平面中分别建立编号为4 5 6 7的关键点 其坐标为 14 513 0 15 351 0 16 189 0 17 027 0 建立关键点的结果如图示 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 15 建立编号为8 9 10的关键点将激活的坐标设置为柱面坐标系 即执行 UtilityMenu WorkPlane ChangeActiveCSto GlobalCylindrical 执行MainMenu Preprocessor Modeling Create Keypoints InActiveCS 在Keypointnumber文本框中输入8 X 24 Y 9 857 单击ok 执行MainMenu Preprocessor Modeling Create Keypoints InActiveCS 在Keypointnumber文本框中输入9 X 24 Y 13 单击ok 执行MainMenu Preprocessor Modeling Create Keypoints InActiveCS 在Keypointnumber文本框中输入10 X 20 Y 5 单击ok 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 16 在柱面坐标系中创建圆弧线执行MainMenu Preprocessor Modeling Create Lines StraightLine 分别拾取关键点10和1 1和2 2和3 3和4 4和5 5和6 6和7 7和8 8和9 然后单击ok 青岛大学信息工程学院 17 把齿轮上的线加起来 使其成为一条线执行MainMenu Preprocessor Modeling Operate Booleans Add Lines在图像窗口选择刚刚建立的齿轮边上的线 点击ok ANSYS会提示是否删除原来的线 选择Deleted选项 单击ok 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 18 偏移工作平面到总坐标系的原点 执行UtilityMenu WorkPlane OffsetWPto GlobalOrigin 19 偏移工作平面与总体直角坐标系对齐 执行UtilityMenu WorkPlane AlignWPwith GlobalCartesian 20 将工作平面旋转13 执行UtilityMenu WorkPlane OffsetWPbyIncrements 在XY YZ ZXAngles文本框中输入13 0 0 点击ok 21 将激活的坐标系设置为工作平面坐标系 执行UtilityMenu WorkPlane ChangeActiveCSto WorkingPlane 青岛大学信息工程学院 22 将所有线沿X Z进行镜象 在Y方向 执行MainMenu Preprocessor Modeling Reflect Lines 在对话框中选择PickAll ANSYS会提示选择镜象的面和编号增量 选择X Z面 在增量中输入1000 单击ok 选择Copied 将所有线镜像后的结果如下页图示 青岛大学信息工程学院 将所有线镜像后的结果 青岛大学信息工程学院 23 把齿顶上的两条线粘接起来执行MainMenu Preprocessor Modeling Operate Booleans Glue Lines 选择齿顶上的两条线 点击OK 24 把齿顶上的两条线加起来 成为一条线执行MainMenu Preprocessor Modeling Operate Booleans Add Lines 选择齿顶上的两条线 点击OK 25 在柱面坐标系下进行拷贝线将激活的坐标系设置为总体柱面坐标系 即执行 UtilityMenu WorkPlane ChangeActiveCSto GlobalCylindrical 从主菜单中执行MainMenu Preprocessor Modeling Copy Lines 单击PickAll 其结果如图所示 青岛大学信息工程学院 拷贝线 输入拷贝线的数量和坐标 青岛大学信息工程学院 ANSYS会提示拷贝线的数量和偏移坐标 在Numberofcopies文本框中输入36 单击OK 如上页图所示 在柱面坐标系下进行的拷贝线后所得的结果如下图示 青岛大学信息工程学院 26 把齿顶上的两条线粘接起来执行MainMenu Preprocessor Modeling Operate Booleans Glue Lines 选择齿顶上的两条线 点击OK 27 把齿顶上的所有线加起来执行MainMenu Preprocessor Modeling Operate Booleans Add Lines 分别选择齿底上的两条线 点击OK 把齿底上的所有线加起来 28 把所有线粘接起来执行MainMenu Preprocessor Modeling Operate Booleans Glue Lines 单击PickAll 29 用当前定义的所有线创建一个面执行MainMenu Preprocessor Modeling Create Areas Arbitrary ByLines 青岛大学信息工程学院 选择所有的线 点击OK 其结果如图示 青岛大学信息工程学院 30 创建圆面执行MainMenu Preprocessor Modeling Create Areas Circle SolidCircle X 0 Y 0 Radius 8 单击OK 创建圆面后的结果如图示 青岛大学信息工程学院 31 从齿轮面中 减 去圆面形成轴功率孔执行MainMenu Preprocessor Modeling Operate Booleans Subtract Areas 拾取齿轮面作为布尔 减 操作的母体 单击Apply 拾取刚刚建立的圆面作为布尔 减 去的对象 单击OK 所得结果如图所示 32 存储数据库ANSYS 青岛大学信息工程学院 33 用当前定义的一个面创建一个体执行MainMenu Preprocessor Modeling Operate Extrude Areas AlongNormal 选择创建的面 单击OK按钮 此时将打开的ExtrudeAreaalongNormal对话框 在Lengthofextrusion文本框中输入8 如图示 青岛大学信息工程学院 34 创建一个圆柱体执行MainMenu Preprocessor Modeling Create Volumes Cylinder SolidCylinder WPX 0 WPY 0 Radius 16 Depth 2 5 点击OK 将生成一个圆柱体 如图示 青岛大学信息工程学院 35 偏移工作平面执行UtilityMenu WorkPlane OffsetWPto XYZLocations 在GlobalCartesian文本框中输入0 0 8 点击OK 如图示 青岛大学信息工程学院 36 创建另一个圆柱体执行MainMenu Preprocessor Modeling Create Volumes Cylinder SolidCylinder WPX 0 WPY 0 Radius 16 Depth 2 5 点击OK 将生成一个圆柱体 37 从齿轮体中 减 去两个圆柱体执行MainMenu Preprocessor Modeling Operate Booleans Subtract Volumes 拾取齿轮体作为布尔 减 操作的母体 单击Apply 拾取刚刚建立的两个圆柱体作为布尔 减 去的对象 单击OK 所得结果如图所示 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 38 将激活的坐标系设置为总体柱面坐标系执行 UtilityMenu WorkPlane ChangeActiveCSto GlobalCylindrical 39 定义一个关键点执行MainMenu Preprocessor Modeling Create Keypoints InActiveCS 在NPT一栏中输入10000 在文本框中输入X 12 Y 5 单击OK 40 偏移工作平面到给定位置执行UtilityMenu WorkPlane OffsetWPto Keypoints 在ANSYS图形窗口选择刚刚建立的关键点 单击OK 41 将激活的坐标系设置为工作平面坐标系执行UtilityMenu WorkPlane ChangeActiveCSto WorkingPlane 青岛大学信息工程学院 42 创建一个圆柱体执行Preprocessor Modeling Create Volumes Cylinder SolidCylinder WPX 0 WPY 0 Radius 2 5 Depth 8 点击OK 将生成一个圆柱体 43 将激活的坐标系设置为总体柱面坐标系执行 UtilityMenu WorkPlane ChangeActiveCSto GlobalCylindrical 44 将小圆柱沿圆周方向复制执行MainMenu Preprocessor Modeling Copy Volumes 选择刚刚建立的小圆柱 在Numberofcopies文本框中输入10 在Y offsetinactiveCS文本框中输入36 单击OK 如图示 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 45 从齿轮体中 减 去小圆柱体执行MainMenu Preprocessor Modeling Operate Booleans Subtract Volumes 拾取齿轮体作为布尔 减 操作的母体 单击Apply 拾取刚刚建立的所有小圆柱体作为布尔 减 去的对象 单击OK 所得结果如图所示 这时如果有警告弹出 单击Close 存储数据库ANSYS 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 4 2 6对齿轮体进行网格划分 1 本节选用SOLID186单元对盘面划分网格 执行MainMenu Preprocessor Meshing MeshTool 激活 SmartSize 将滑标设置为3 按Mesh按钮 这时出现MeshVolumes对话框 点击PickAll按钮 青岛大学信息工程学院 4 3 模型求解 在进行模态分析中 建立有限元模型后 就需要进行模态设置 施加边界条件 进行模态扩展设置 进行扩展求解 青岛大学信息工程学院 4 3 1进行模态分析设置 执行MainMenu Solution AnalysisType NewAnalysis 在打开的对话框中 要求选择分析的种类 选择 Modal 单击OK按钮 如图示 青岛大学信息工程学院 3 执行MainMenu Solution AnalysisType AnalysisOptions 在打开的对话框中 要求进行模态分析设置 选择 BlockLanczos 在NO ofnodestoextract文本框中输入15 将Expandmodetoshapes设置为Yes 在NO ofnodestoexpand文本框中输入15 单击OK按钮 如图示 将打开BlockLanczosMethod对话框 在StartFreq initialshift 文本框中输入0 在EndFrequency中输入100000 单击OK 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 青岛大学信息工程学院 4 3 2施加边界条件 执行MainMenu Solution DefineLoads Apply Structural Displacement onKeypoints 打开关键点选择对话框 要求选择欲施加位移约束的关键点 选择内径上的一个关键点 如158号关键点 单击OK按钮 如图示 选择关键点 选择约束的种类 青岛大学信息工程学院 4 3 3进行求解 执行MainMenu Solution Solve CurrentLS 打开一个确认对话框和状态列表 要求查看列出的求解选项 查看列表中的信息确认无误后 单击OK按钮 开始求解 ANSYS会显示求解过程中的状态 求解完成后将打开对话框提示求解结束 单节close 执行MainMenu Finish 求解当前载荷步确认对话框 青岛大学信息工程学院 4 3 4进行模态扩展设置 重新进入求解器 执行MainMenu Solution LoadStepOpts ExpansionPass SingleExpand Expandmodes 在打开的ExpandModes对话框中 在NO ofnodestoexpand文本框中输入15 在Frequencyrange文本框中输入0 100000 将Calculateelemresults设为Yes 单击OK按钮 如图示 设置频率范围 青岛大学信息工程学院 执行MainMenu Solution LoadStepOpts OutputCtrls DB ResultsFiles 打开数据输出设置对话框 在ItemtobeControlled列表框中选择AllItem 在FilesWriteFrequency单选列表中选择Everysubstep 单击OK按钮 如图示 数据输出设置 青岛大学信息工程学院 执行MainMenu Solution LoadStepOpts OutputCtrls SoluPrintout 打开结果输出设置对话框 在Itemforp