8.2+ANSYS典型动力学分析的方法和步骤1.ppt

机械动力学讲义,ANSYS典型动力学分析的方法和步骤,（一）模态分析,（二）谐响应分析,（三）瞬态动力学分析,ANSYS分析典型的动力学问题,（一）模态分析,定义：模态分析用于确定设计中的结构或机器部件的振动特性（固有频率和振型）,模态分析的步骤：,1.建模；2.加载及求解；3.扩展模态；4.检查结果。,建模过程中需要注意的事项：（1）在模态分析中只有线性行为是有效的。如果指定了非线性单元，将作为线性的来对待。（2）在模态分析中必须指定材料的弹性模量EX和密度DENS。,1.建模,1)进入ANSYS求解器。,2)指定分析类型和分析选项。,3)定义主自由度。,4)在模型上加载荷。,5)指定载荷步选项。,6)将数据备份。,7)开始求解计算。,2.加载及求解,1)进入ANSYS求解器，指定分析类型。命令：ANTYPE,MODAL,MainMenuPreprocessorLoadsAnalysisTypeNewAnalysis,2.加载及求解,2)指定分析选项。,指定类型前,指定类型后,MainMenuSolutionAnalysisTypeAnalysisOptions,2.加载及求解,7种模态提取的方法,2.加载及求解,1）Subspace法Subspace(子空间)法适用于大型对称特征值求解问题。运用了刚度矩阵和质量矩阵的全部信息，求解精度较高。可以用几种求解控制选项来控制子空间迭代过程。2）BlockLanczos法BlockLanczos(分块的兰索斯)法适用于大型对称特征值求解问题。-缺省选项3）PowerDynamics法PowerDynamics法适用于非常大的模型（100,000个自由度以上）。此法特别适合于只求解结构前几阶模态，以了解结构将如何响应的情形，接着可以选择合适的提取方法（Subspace法或BlockLanczos法）求得最终的解。4）Reduced法-Householder（豪斯霍尔德）法Reduced法比Subspace法快，但此法的精度较低。5）Unsymmetric法Unsymmetric法用于系统矩阵为非对称矩阵的问题，例如求解流体结构相互作用的问题。6）Damped法Damped法用于阻尼不可忽略的问题，例如轴承问题。7）QRDamped法适合于带有阻尼的系统，结合了BlockLanczos法和Hessenberg法的优点。,7种模态提取的方法,2.加载及求解,不同的方法对内存和硬盘的要求,注：在大多数分析过程中将选用Subspace法、ReducedHouseholder（豪斯霍尔德）法、BlockLanczos法或PowerDynamics法。,2.加载及求解,3)定义主自由度主自由度能够描述结构动力学特性的重要的自由度，只有采用Reduced模态提取法时才有效。,设置Reduced法后,设置BlockLanczos法或Subspace法后,2.加载及求解,7种模态提取的方法,模态提取的阶数,振型的扩展,默认为Yes,振型扩展的阶数,2.加载及求解,4)在模型上加载荷。,在典型的模态分析中惟一有效的“载荷”是零位移约束。其它类型的载荷，如力、压力、温度、加速度等，可以在模态分析中指定，但在模态提取时将被忽略。,MainMenuSolutionDefineLoadsApplyOnArea,2.加载及求解,5)指定载荷步选项。,6)将数据备份。,7)开始求解计算。,MainMenuSolutionSolveCurrentLS,2.加载及求解,3扩展模态,(1)再次进入ANSYS求解器。,(2)激活扩展处理及相关选项。,(3)指定载荷步选项。,(4)开始扩展处理,(5)如须扩展另外的模态(如不同频率范围的模态)请重复步骤(2)，(3)和(4)。每一次扩展处理在结果文件中存储为单独的载荷步。(6)退出Solution。,(1)再次进入ANSYS求解器。,(2)激活扩展处理及相关选项。,3扩展模态,扩展模态后重新计算,MainMenuSolutionSolveCurrentLS,3扩展模态,振型扩展的阶数,频率范围,计算单元结果,7种模态提取的方法,模态提取的阶数,振型的扩展,默认为Yes,振型扩展的阶数,计算单元结果,扩展模态合并,4观察结果,模态分析的结果(即模态扩展处理的结果)被写入到结构分析结果文件Jobname.rst。结果包括:(1)固有频率；(2)已扩展的振型；(3)相对应力分布。,4观察结果,MainMenuGeneralPosrprocResultsSummary,前5阶振动频率列表,4观察结果,MainMenuGeneralPostprocReadResultsFirstSet,MainMenuGeneralPostprocPlotResultsDeformedShape,MainMenuGeneralPostprocReadResultsNextSet,4观察结果,MainMenuGeneralPostprocPlotResultsDeformedShape,MainMenuGeneralPostprocPlotResultsContourPlotNodalSolu,4观察结果,MainMenuGeneralPostprocPlotResultsContourPlotNodalSolu,位移云图,相对VonMises云图,4观察结果,UtilityMenuPlotCtrlsAnimateModeShape,以动画的形式显示模态分析结果,4观察结果,4观察结果,4观察结果,（二）谐响应分析,谐响应分析用于分析持续的周期载荷在结构系统中产生的持续的周期响应（谐响应），以及确定线性结构承受随时间按正弦（简谐）规律变化的载荷时稳态响应的一种技术。这种分析技术只计算结构的稳态受迫振动，发生在激励开始时的瞬态振动不在谐响应分析中考虑。谐响应分析是一种线性分析，但也可以分析有预应力结构。,（二）谐响应分析,三种求解方法：,1）Full（完全法）Full法是三种方法中最易使用的方法，它采用完整的系统矩阵计算谐响应（没有矩阵缩减），短阵可以是对称的或非对称的，Full法的优点是：(1)容易使用，因为不必关心如何选取主自由度或振型。(2)使用完整矩阵，因此不涉及质量矩阵的近似。(3)允许有非对称矩阵，这种矩阵在声学或轴承问题中很典型。(4)用单一处理过程计算出所有的位移和应力。(5)允许施加各种类型的载荷：节点力、外加的(非零)位移、单元载荷(压力和温度)。(6)允许采用实体模型上所加的载荷。2）Reduced（缩减法）3）ModeSuperposition（模态叠加法）,(1)所有载荷必须随时间按正弦规律变化。(2)所有载荷必须有相同的频率。(3)不允许有非线性特性。(4)不计算瞬态效应。,三种求解方法的局限性：,（二）谐响应分析,（二）谐响应分析,（三）瞬态动力学分析,瞬态动力学分析（亦称时间历程