WORKBENCH中的动力学分析简介

1、workbench中的中的动力学分析简介动力学分析简介第第9章章dynamics 8.1dynamics 8.1training manual第九章第九章workbench中的动力学分析简介中的动力学分析简介第一节第一节 ansys workbench概述概述第二节第二节 workbench中的模态分行中的模态分行第三节第三节 workbench中的谐响应分析中的谐响应分析dynamics 8.1dynamics 8.1training manualworkbench中的动力学分析中的动力学分析第一节第一节 ansys workbench概述概述 什么是什么是 ansys workbench?

2、 ansys workbench 是用是用ansys求解实际问题的新一代产品，它给求解实际问题的新一代产品，它给ansys的求解提供了强大的功能。的求解提供了强大的功能。 这种环境为这种环境为cad系统和您的设计提供了全新的平台，保证了最好的系统和您的设计提供了全新的平台，保证了最好的cae 结果结果 ansys workbench 由四个模块组成由四个模块组成: ds是用是用ansys的求解器，做结构或热分析。的求解器，做结构或热分析。 dm用来建立用来建立cad几何模型，为分析作准备几何模型，为分析作准备 dx和和dxvt用于研究变量的输入（如几何、载荷）对响应（如应力、频用于研究变量的输

3、入（如几何、载荷）对响应（如应力、频率）的影响。率）的影响。 fe modeler 用来把用来把nastran的网格转化到的网格转化到ansys中使用。中使用。dynamics 8.1dynamics 8.1training manualworkbench中的动力学分析中的动力学分析 ansys workbench概述概述design simulationdesignmodelerdesignxplorerfe modeleransys workbenchdynamics 8.1dynamics 8.1training manualworkbench中的动力学分析中的动力学分析 ansys w

4、orkbench概述概述ds可以做的分析类型可以做的分析类型: : 线性应力线性应力: 误差估计、应力、安全系数误差估计、应力、安全系数等，基于承受静力载荷下的等，基于承受静力载荷下的材料强度理论材料强度理论 模态模态: 计算包括预应力结构在内的计算包括预应力结构在内的 系统固有频率（自由振动）系统固有频率（自由振动） 热传递热传递: 求解温度场和热流场的稳态求解温度场和热流场的稳态热分析，允许与温度相关的热分析，允许与温度相关的 热传导和对流，支持热应力热传导和对流，支持热应力分析分析design simulation 概述概述dynamics 8.1dynamics 8.1training

5、 manualworkbench中的动力学分析中的动力学分析 ansys workbench概述概述ds可以做的分析类型可以做的分析类型( (续续):): 谐分析谐分析: 计算结构在正弦激励下的响应计算结构在正弦激励下的响应. 线性屈曲线性屈曲: 计算屈曲的失效载荷和安全系数及其屈曲形态计算屈曲的失效载荷和安全系数及其屈曲形态. 形状优化形状优化: 通过使用拓扑优化技术，对受载荷的零件体积优化给出预测通过使用拓扑优化技术，对受载荷的零件体积优化给出预测 非线性结构分析非线性结构分析: 计算静力载荷作用下的系统变形和应力，包括大变形和接触非线性计算静力载荷作用下的系统变形和应力，包括大变形和接触

6、非线性（和材料非线性）（和材料非线性）.design simulation 概述概述dynamics 8.1dynamics 8.1training manualworkbench中的动力学分析中的动力学分析 ansys workbench概述概述 启动启动ds有两种方法有两种方法: 从从ansys workbench中直接进入中直接进入 直接从直接从cad系统中进入系统中进入启动启动 design simulationdynamics 8.1dynamics 8.1training manual workbench中的动力学分析中的动力学分析 ansys workbench概述概述开始开始

7、ansys workbench:workbench 模块都是从同一个图标进入：模块都是从同一个图标进入：“ansys workbench”,在在“开开始始程序程序ansys8.0”下下或者，用户也可以直接从或者，用户也可以直接从cad系统中进入系统中进入启动启动 design simulation（续）（续）dynamics 8.1dynamics 8.1training manual workbench中的动力学分析中的动力学分析 ansys workbench概述概述ansys workbench 起始界面起始界面进入进入ansys workbench以后，出现起始页面，用户可以使用上面的

8、选项以后，出现起始页面，用户可以使用上面的选项:尽管运行尽管运行ds 需要需要license，启启动开始页面却不需要动开始页面却不需要dynamics 8.1dynamics 8.1training manual workbench中的动力学分析中的动力学分析 ansys workbench概述概述ansys workbench 起始界面起始界面workbench 起始界面提供对起始界面提供对workbench 项目创项目创建、打开、输入数据建、打开、输入数据db功能。功能。允许用户选定一个特定的允许用户选定一个特定的license在指定的路径下产生新的题目在指定的路径下产生新的题目打开一个已

9、经存在的打开一个已经存在的workbench 题目题目导入一个独立的导入一个独立的ds db 文件文件导入一个独立的导入一个独立的dm db 文件文件导入一个独立的导入一个独立的dx db 文件文件dynamics 8.1dynamics 8.1training manual workbench中的动力学分析中的动力学分析 ansys workbench概述概述design simulation 界面界面dynamics 8.1dynamics 8.1training manualworkbench中的动力学分析中的动力学分析第二节第二节 workbench模态分析模态分析在本节主要介绍如何在

10、在本节主要介绍如何在design simulation中进行模态分析中进行模态分析. 在在design simulation中中, 进行一个模态分析类似于一个线性分析进行一个模态分析类似于一个线性分析.本节内容如下本节内容如下: 模态分析流程模态分析流程 预应力模态分析流程预应力模态分析流程dynamics 8.1dynamics 8.1training manualworkbench中的动力学分析中的动力学分析 workbench模态分析模态分析a. 模态分析过程模态分析过程模态分析过程和一个线性静态结构分析过程非常相似模态分析过程和一个线性静态结构分析过程非常相似 , 因此这里不再详因此这

11、里不再详细的介绍每一操作步骤细的介绍每一操作步骤. 下面这些步骤里面，黄色斜体字体部分是模态下面这些步骤里面，黄色斜体字体部分是模态分析所特有的分析所特有的.建模建模设定材料属性设定材料属性定义解除对定义解除对 (假如存在假如存在)划分网格划分网格 (可选择可选择)施加载荷施加载荷 (假如存在的话假如存在的话)需要需要 使用使用frequency finder 结果结果设置设置 frequency finder 选项选项求解求解查看结果查看结果dynamics 8.1dynamics 8.1training manual 几何模型和材料属性几何模型和材料属性类似于线性静态分析类似于线性静态分析

12、, 任何一种能被任何一种能被design simulation支持的几何模型支持的几何模型都有可以使用都有可以使用:体元素体元素面元素面元素 (需定义适当的厚度需定义适当的厚度)线元素线元素 (需定义适当的横截面需定义适当的横截面) 对于线元素对于线元素, 只能得到振型和位移只能得到振型和位移.材料属性：需要定义杨氏模量、泊松比和密度材料属性：需要定义杨氏模量、泊松比和密度由于没有载荷，所以定义了以上材料属性，就不再需要其他的材料属性了由于没有载荷，所以定义了以上材料属性，就不再需要其他的材料属性了ansys licenseavailabilitydesignspace entraxdesig

13、nspacexprofessionalxstructuralxmechanical/multiphysicsxdynamics 8.1dynamics 8.1training manual 接触域接触域在模态分析中，接触对是可能出现的在模态分析中，接触对是可能出现的. 但是，由于模态分析是纯粹的线但是，由于模态分析是纯粹的线性分析，所以接触对不同于非线性分析中的接触类型性分析，所以接触对不同于非线性分析中的接触类型, 如下所示如下所示:在模态分析中定义接触需要注意以下两个方面的内容在模态分析中定义接触需要注意以下两个方面的内容:两个非线性的接触行为两个非线性的接触行为 粗糙的和无摩擦的粗糙的和

14、无摩擦的 都将表现为线性模式都将表现为线性模式, 因此它因此它们会转化为绑定或者无间隙接触方式来替代并产生作用们会转化为绑定或者无间隙接触方式来替代并产生作用.假如有间隙存在假如有间隙存在, 非线性的接触行为将是自由无约束的非线性的接触行为将是自由无约束的(也就是说也就是说, 好像是没有好像是没有接触一样接触一样). 绑定的和无间隙的接触将取决于绑定的和无间隙的接触将取决于pinball 区域的大小区域的大小. pinball 区域由缺省值自动产生区域由缺省值自动产生ansys licenseavailabilitydesignspace entradesignspacexprofession

15、alxstructuralxmechanical/multiphysicsxinitially touchinginside pinball regionoutside pinball regionbondedbondedbondedbondedfreeno separationno separationno separationno separationfreeroughroughbondedfreefreefrictionlessfrictionlessno separationfreefreecontact typestatic analysismodal analysisdynamic

16、s 8.1dynamics 8.1training manual 接触域接触域对于对于 ansys 专业专业licenses 和更高的和更高的licenses, 在模态分析中，存在更在模态分析中，存在更多的接触选项多的接触选项:对于粗糙和无摩擦的接触对于粗糙和无摩擦的接触, “interface treatment” 能被转变为能被转变为 “adjusted to touch,” 这种方式将使接触面分别按照绑定和不分离接触来进行处理这种方式将使接触面分别按照绑定和不分离接触来进行处理. (假如假如这个选项被设置了，那么即使有间隙存在这个选项被设置了，那么即使有间隙存在, 这些部分也按照最初就已

17、经接触这些部分也按照最初就已经接触上的情况来进行计算上的情况来进行计算.)即使有间隙存在，即使有间隙存在，“pinball region” 的大小也能够改变和被显示出来的大小也能够改变和被显示出来. 这样这样，就能很好地确保绑定和不分离接触的建立，就能很好地确保绑定和不分离接触的建立. 有关有关pinball region的内容和如何定义其大小，请参考第的内容和如何定义其大小，请参考第 3 和和 4章章对于对于ansys 结构结构licenses和更高的和更高的licenses, 假如表面将要被接触，但假如表面将要被接触，但实际上是自由面（没有接触），那么摩擦接触和绑定接触将变得非常的实际上是

18、自由面（没有接触），那么摩擦接触和绑定接触将变得非常的相似相似. 在模态分析中不推荐使用摩擦接触，因为它是非线性的在模态分析中不推荐使用摩擦接触，因为它是非线性的. ansys licenseavailabilitydesignspace entradesignspaceprofessional/structuralxmechanical/multiphysicsxdynamics 8.1dynamics 8.1training manual 载荷和约束载荷和约束在模态分析中，不能使用结构和热载荷在模态分析中，不能使用结构和热载荷关于预应力模态分析的内容，参见本节后面的部分关于预应力模态分析的

19、内容，参见本节后面的部分b. 在这种情况下，只是在这种情况下，只是为了体现预应力效果，载荷才被考虑为了体现预应力效果，载荷才被考虑.在模态分析中可以使用各种约束在模态分析中可以使用各种约束:假如没有或者只存在部分的约束假如没有或者只存在部分的约束, 刚体模态将能被检测和获得测评刚体模态将能被检测和获得测评. 这些模态这些模态将处于将处于0位置或者位置或者0hz附近附近. 与静态结构分析不同与静态结构分析不同, 模态分析并不要求禁止刚模态分析并不要求禁止刚体运动体运动.边界条件对于模态分析来说，是很重要的边界条件对于模态分析来说，是很重要的。因为他们能影响部件的振型和固因为他们能影响部件的振型和

20、固有频率有频率. 因此需要仔细考虑模型是如何被约束的因此需要仔细考虑模型是如何被约束的.压缩约束是非线性的，因此在此分析中将不能被使用压缩约束是非线性的，因此在此分析中将不能被使用. 如果存在的话如果存在的话, 压缩约束通常会表现出与无摩擦约束相似压缩约束通常会表现出与无摩擦约束相似.ansys licenseavailabilitydesignspace entraxdesignspacexprofessionalxstructuralxmechanical/multiphysicsxdynamics 8.1dynamics 8.1training manual 求解结果求解结果模态分析的大

21、部分结果和静态结构分析非常相似模态分析的大部分结果和静态结构分析非常相似. 但但是，当是，当solutions 菜单里的菜单里的frequency finder 被选被选中之后，中之后，design simulation会自动进行模态分析会自动进行模态分析将将frequency finder tool分支添加到求解选项（分支添加到求解选项（solutions 分支）里面分支）里面frequency finder的的details窗中的选项可以允许用户窗中的选项可以允许用户自定义最大的模态数量自定义最大的模态数量 “max modes to find.” 默认是默认是6 阶模态阶模态(最大是最大

22、是 200). 随着要获得模态数量的增加，随着要获得模态数量的增加，运算时间也随之相应增加运算时间也随之相应增加.在在limit search to range框中选择框中选择yes ，可以指定搜，可以指定搜索范围限制在一个用户感兴趣的特定的频率范围内索范围限制在一个用户感兴趣的特定的频率范围内. 在默认情况下在默认情况下, 如果搜索范围没有设定，程如果搜索范围没有设定，程序将计算从序将计算从0 hz开始的所有频率开始的所有频率(rigid-body modes).ansys licenseavailabilitydesignspace entraxdesignspacexprofession

23、alxstructuralxmechanical/multiphysicsx在在“limit search to range” 中，能指定最小和最大的频率中，能指定最小和最大的频率.但是要注意这个选项和但是要注意这个选项和“max modes to find”是相关联的，是相关联的，假如不需要足够多的模态，在假如不需要足够多的模态，在这个搜索的频率范围内，并不这个搜索的频率范围内，并不是所有的模态都能发现是所有的模态都能发现.dynamics 8.1dynamics 8.1training manual 求解结果求解结果在在frequency finder里，相应的命令分支是最需里，相应的命令

24、分支是最需要得到的要得到的当当“max modes to find” 与与frequency finder 分支分支条绑定的时候条绑定的时候, 更多的振型将被自动添加更多的振型将被自动添加. 用户不必用户不必在在context 工具栏里寻找振型工具栏里寻找振型.假如需要得到应力、应变或者各方向位移，可以通假如需要得到应力、应变或者各方向位移，可以通过过context 工具栏添加这些想要得到的结果工具栏添加这些想要得到的结果. 对于每一种加载的应力、应变或者位移，用户能对于每一种加载的应力、应变或者位移，用户能够从够从details 里指定相对应的振型里指定相对应的振型.ansys licens

25、eavailabilitydesignspace entraxdesignspacexprofessionalxstructuralxmechanical/multiphysicsx假如需要得到应力或者应变结假如需要得到应力或者应变结果，一定要在果，一定要在frequency finder 分支条分支条 里加上这些选里加上这些选项，而不是在项，而不是在solution 分支条分支条里面加里面加.dynamics 8.1dynamics 8.1training manual 求解结果求解结果对应于对应于frequency finder 分支的分支的ansys 命令如下命令如下:假如假如frequ

26、ency finder 分支被选上分支被选上, 对应于对应于antype,modal 命令命令定义模态的阶数使用定义模态的阶数使用 nmodes 命令命令, 定义定义“搜索频率搜索频率”的最小和最大范围使的最小和最大范围使用用modopt,nmodes,freqb,freqe 命令的命令的freqb 和和 freqe，振型被放大通过振型被放大通过mxpand 命令命令. 为了节省磁盘空间和计算时间，单元求解选项不能打开，除为了节省磁盘空间和计算时间，单元求解选项不能打开，除非需要得到应力或者应变结果非需要得到应力或者应变结果.advanced ansys detailsdynamics 8.1

27、dynamics 8.1training manual 求解设置求解设置 solution 分支提供了将要进行的某种分析的细节选项分支提供了将要进行的某种分析的细节选项对于模态分析，并不是对于模态分析，并不是details view of the solution 分支中的所有选项都需分支中的所有选项都需要改变要改变. 在大多数情况下在大多数情况下, “solver type” 应该保持应该保持“program controlled” 的默的默认选项认选项. 假如模型是由一种很大的实体单元构成的假如模型是由一种很大的实体单元构成的, 并且仅仅需要求解不多的振型并且仅仅需要求解不多的振型时时,

28、那么把求解器类型（那么把求解器类型（solver type）设置为迭代求解器（设置为迭代求解器（iterative）可能会更有效些可能会更有效些.对于每一种模态分析的对于每一种模态分析的“分析类型（分析类型（analysis type）” 将显示为将显示为“自由振动（自由振动（free vibration）” .ansys licenseavailabilitydesignspace entraxdesignspacexprofessionalxstructuralxmechanical/multiphysicsxdynamics 8.1dynamics 8.1training manual

29、求解设置求解设置对于一个标准的模态分析对于一个标准的模态分析, 在求解选项中除了设置在求解选项中除了设置“solver type” 会有很会有很多影响之外，其他设置均无效多影响之外，其他设置均无效“大挠度大挠度” 和和 “弱弹簧弱弹簧” 选项对应于静态分析，因此不要改变其设置选项对应于静态分析，因此不要改变其设置.“求解器类型（求解器类型（solver type）” 可以设置为可以设置为“直接求解器（直接求解器（direct）” 或者或者 “迭代求解器（迭代求解器（iterative）” “程序自动选择求解器（程序自动选择求解器（program controlled）” 或者或者 “直接求解器

30、（直接求解器（direct）” 采用采用block lanczos 特征值提取方法，使用的是稀疏矩阵直特征值提取方法，使用的是稀疏矩阵直接方程求解器接方程求解器 （ ansys命令为命令为modopt,lanb and eqslv,sparse）。）。在处理较小的或者较大的模型时，若采用梁、壳、体单元进行划分在处理较小的或者较大的模型时，若采用梁、壳、体单元进行划分网格，稀疏矩阵直接方程求解器是最广泛使用的特征求解器网格，稀疏矩阵直接方程求解器是最广泛使用的特征求解器（eigensolver），），因此常作为默认选项因此常作为默认选项. “迭代求解器（迭代求解器（iterative）” 使用使

31、用powerdynamics 求解方法求解方法, 这种方法是这种方法是子空间特征值提取方法的混合，使用的是子空间特征值提取方法的混合，使用的是pcg 方程求解器方程求解器(ansys命令命令是是modopt,subsp and eqslv,pcg). 当仅仅需要求解不多的振型时，当仅仅需要求解不多的振型时，powerdynamics 特征值对于具有体单元的大模型是很有效的特征值对于具有体单元的大模型是很有效的.advanced ansys detailsdynamics 8.1dynamics 8.1training manual 求解求解在设置完前面的选项之后，像其他的分析一样点击在设置完前

32、面的选项之后，像其他的分析一样点击solve按钮便可以求按钮便可以求解模态分析了解模态分析了.对于相同的模型，模态分析比起静态分析通常要花费更多的计算，因为他们对于相同的模型，模态分析比起静态分析通常要花费更多的计算，因为他们的求解方程是不同的的求解方程是不同的.solution 分支条里的分支条里的worksheet表表 提供了详细的求解输出内容，包括所提供了详细的求解输出内容，包括所 使用的内存数和已经提取了的模态阶使用的内存数和已经提取了的模态阶 数数.如果在一个求解完成之后，需要获得如果在一个求解完成之后，需要获得 应力、应变或者更多的频率应力、应变或者更多的频率/振型，那振型，那 么

33、必须重新进行求解么必须重新进行求解.ansys licenseavailabilitydesignspace entraxdesignspacexprofessionalxstructuralxmechanical/multiphysicsxdynamics 8.1dynamics 8.1training manual 查看结果查看结果求解完成后求解完成后, 将可获得振型的结果将可获得振型的结果由于没有激励作用在结构上，因此振型只是与自由振动相关的相对值由于没有激励作用在结构上，因此振型只是与自由振动相关的相对值 振型振型 (位移量位移量)、应力和应变只是相对值应力和应变只是相对值, 而不是绝

34、对值而不是绝对值在在details view里面能够看到每个里面能够看到每个 结果的频率值结果的频率值.在在results context工具栏中的动画工具栏中的动画 按钮能用来显示可视化振型图按钮能用来显示可视化振型图.ansys licenseavailabilitydesignspace entraxdesignspacexprofessionalxstructuralxmechanical/multiphysicsxdynamics 8.1dynamics 8.1training manual 查看结果查看结果frequency finder 分支条分支条 的的worksheet 中以

35、表格的形式总结了所有的中以表格的形式总结了所有的频率值频率值通过查看频率和振型，你能针对在不同激励作用下的结构可能具有的动态响通过查看频率和振型，你能针对在不同激励作用下的结构可能具有的动态响应，获得到一个更好的理解应，获得到一个更好的理解ansys licenseavailabilitydesignspace entraxdesignspacexprofessionalxstructuralxmechanical/multiphysicsxdynamics 8.1dynamics 8.1training manual在某些情况下，进行模态分析时，应该考虑预应力效果在某些情况下，进行模态分析时

36、，应该考虑预应力效果.在一个静态载荷在一个静态载荷(static) 的作用下的作用下, 结构的应力状态可能影响到它的固有频率结构的应力状态可能影响到它的固有频率. 这一点是非常重要的，尤其是对于那些在某一个或两个尺度上很薄的结构这一点是非常重要的，尤其是对于那些在某一个或两个尺度上很薄的结构.现在，考虑一个吉它弦被调节的情况现在，考虑一个吉它弦被调节的情况 当轴向载荷增加当轴向载荷增加(拉紧拉紧)的时候的时候, 横向频横向频率也随之相应的增加率也随之相应的增加. 这是一个应力硬化的例子这是一个应力硬化的例子.ansys licenseavailabilitydesignspace entrax

37、designspacexprofessionalxstructuralxmechanical/multiphysicsxworkbench中的动力学分析中的动力学分析 workbench模态分析模态分析b.预应力模态分析预应力模态分析dynamics 8.1dynamics 8.1training manual 预应力模态分析预应力模态分析在求解预应力模态分析的过程，需要自动执行两个迭代过程在求解预应力模态分析的过程，需要自动执行两个迭代过程: 最初线性静态分析首先将被执行最初线性静态分析首先将被执行: 基于静态分析的应力状态基于静态分析的应力状态, 应力硬化矩阵应力硬化矩阵s 的影响将被考虑

38、的影响将被考虑: 然后求解预应力模态分析然后求解预应力模态分析, 包括包括s 项项 0iimsk fxko sodynamics 8.1dynamics 8.1training manual 预应力模态分析过程预应力模态分析过程执行一个预应力模态分析执行一个预应力模态分析(也就做带有预应力的自由振动分析也就做带有预应力的自由振动分析)的过程的过程, 除除了下面所列的一些要注意的事项外，与进行标准的自由振动分析的过程了下面所列的一些要注意的事项外，与进行标准的自由振动分析的过程基本是一样的基本是一样的:必须通过施加载荷必须通过施加载荷 (结构或热载荷结构或热载荷) 的方式，来确定结构的最初应力状

39、态的方式，来确定结构的最初应力状态.线性静态结构分析的结果能够在线性静态结构分析的结果能够在solution 分支里面获得，而不是在分支里面获得，而不是在frequency finder 分支条分支条 在在frequency finder 分支条分支条 里的应力或应变结果，是一个特殊模态的里的应力或应变结果，是一个特殊模态的相对应力相对应力/应变值应变值 在在solution 分支里的应力或应变分支里的应力或应变(或是位移或是位移)结果，是静载荷的真实的应结果，是静载荷的真实的应力力/应变应变/位移值位移值ansys licenseavailabilitydesignspace entraxd

40、esignspacexprofessionalxstructuralxmechanical/multiphysicsxdynamics 8.1dynamics 8.1training manual 预应力模态分析例题预应力模态分析例题对一个一边固支的薄板的结构，简单对比一下以下两种分析对一个一边固支的薄板的结构，简单对比一下以下两种分析分别进行两种分析分别进行两种分析 自由振动分析和带预紧力的自由振动分析自由振动分析和带预紧力的自由振动分析 比较一下两比较一下两者之间的区别者之间的区别.free vibrationfree vibration with prestressansys licen

41、seavailabilitydesignspace entraxdesignspacexprofessionalxstructuralxmechanical/multiphysicsxdynamics 8.1dynamics 8.1training manual 预应力模态分析例题预应力模态分析例题注意：两种分析的区别在于，是否存在预应力注意：两种分析的区别在于，是否存在预应力如果如果frequency finder tool 存在并且载荷也存在存在并且载荷也存在, 那么那么design simulation 会自动进行会自动进行 一个一个 “带有预带有预应力的自由振动分析应力的自由振动分析”

42、.假如一些结果，例如位移、应力或者应变，需要直假如一些结果，例如位移、应力或者应变，需要直接在接在solution 分支条分支条 下面出现下面出现, 那么线性静态分析那么线性静态分析的结果也能够公布出来的结果也能够公布出来.ansys licenseavailabilitydesignspace entraxdesignspacexprofessionalxstructuralxmechanical/multiphysicsxdynamics 8.1dynamics 8.1training manual 预应力模态分析例题预应力模态分析例题在这个例子中在这个例子中, 随着施加的载荷随着施加的载

43、荷,产生拉应力产生拉应力, 因此固有频率相应的增大因此固有频率相应的增大, 如下图所示如下图所示自由振动自由振动1阶阶 模态频率模态频率: 141 hz预应力自由振动预应力自由振动1阶模态频率阶模态频率: 184 hzansys licenseavailabilitydesignspace entraxdesignspacexprofessionalxstructuralxmechanical/multiphysicsxdynamics 8.1dynamics 8.1training manual 预应力模态分析预应力模态分析对于预应力模态分析对于预应力模态分析, design simulat

44、ion 进行两个必要的内在迭代运算进行两个必要的内在迭代运算:首先进行线性静态分析（首先进行线性静态分析（ pstres,on）然后是考虑预应力效应的模态分析然后是考虑预应力效应的模态分析ansys 用户需要注意的其它有用的选项用户需要注意的其它有用的选项:在在design simulation 中，程序并不支持大挠度的预应力效应，因此中，程序并不支持大挠度的预应力效应，因此, 在在solution 分支中激活分支中激活“大挠度大挠度”选项（选项（“large deflection: on”）是不被允是不被允许的许的.对应于静态分析的方程求解器和对应于模态分析的特征值求解器，都不能独对应于静态

45、分析的方程求解器和对应于模态分析的特征值求解器，都不能独立设置立设置. 两者将受两者将受solution 分支分支 里面的里面的“solver type” 影响影响.advanced ansys detailsdynamics 8.1dynamics 8.1training manual目标目标:研究两个发动机盖的振动特性（四孔的模型和五孔的模型）研究两个发动机盖的振动特性（四孔的模型和五孔的模型）.workbench中的动力学分析中的动力学分析 workbench模态分析模态分析c. 实例实例dynamics 8.1dynamics 8.1training manualworkbench中的

46、动力学分析中的动力学分析第三节第三节 workbench谐响应分析谐响应分析本节中，本节中，ds的谐响应分析将会涉及到以下内容的谐响应分析将会涉及到以下内容:假定用户已经了解了第四章的线性静态结构分析和第五章的模态分析所涉及假定用户已经了解了第四章的线性静态结构分析和第五章的模态分析所涉及的内容的内容.在本节中，将会涵盖如下内容在本节中，将会涵盖如下内容:建立谐响应分析建立谐响应分析谐响应求解方法谐响应求解方法阻尼阻尼查看结果查看结果dynamics 8.1dynamics 8.1training manualworkbench中的动力学分析中的动力学分析 workbench谐响应分析谐响应分

47、析a.谐响应分析步骤谐响应分析步骤谐分析的操作很类似于线性静态的操作，因此我们不会涉及所有详细的谐分析的操作很类似于线性静态的操作，因此我们不会涉及所有详细的操作步骤。在下列的文字叙述中将说明谐分析的步骤操作步骤。在下列的文字叙述中将说明谐分析的步骤.获取几何模型获取几何模型设置材料属性设置材料属性定义接触域（若可用的话）定义接触域（若可用的话）定义网格控制（可选）定义网格控制（可选）施加载荷与约束的条件施加载荷与约束的条件指定所要求谐分析选项指定所要求谐分析选项设置谐分析选项设置谐分析选项求解模型求解模型查看结果查看结果dynamics 8.1dynamics 8.1training man

48、ual 几何模型几何模型在谐分析中，可适用任何类型的几何模型在谐分析中，可适用任何类型的几何模型适用实体、面、线及其任意的组合适用实体、面、线及其任意的组合对于线，将不能输出应力与应变的结果对于线，将不能输出应力与应变的结果ansys licenseavailabilitydesignspace entradesignspaceprofessionalxstructuralxmechanical/multiphysicsxdynamics 8.1dynamics 8.1training manual 材料属性材料属性在谐分析中，要求输入杨氏弹性模量，泊松比和密度在谐分析中，要求输入杨氏弹性模量

49、，泊松比和密度其它所有材料的属性可以指定，但它们不会参与谐分析其它所有材料的属性可以指定，但它们不会参与谐分析后面将说明，阻尼不是作为材料的属性输入，而是作为全局属性被输入后面将说明，阻尼不是作为材料的属性输入，而是作为全局属性被输入ansys licenseavailabilitydesignspace entradesignspaceprofessionalxstructuralxmechanical/multiphysicsxdynamics 8.1dynamics 8.1training manual 接触区域接触区域接触区域可用在模态分析中。但由于在线性分析中的接触行为不同于非接触区

50、域可用在模态分析中。但由于在线性分析中的接触行为不同于非线性接触问题，如下表所示线性接触问题，如下表所示:接触行为类似于模态分析（见第五章）。在模态分析中，由于简谐模拟接触行为类似于模态分析（见第五章）。在模态分析中，由于简谐模拟是线性的，非线性接触相对于它的线性对应部件做出了简化是线性的，非线性接触相对于它的线性对应部件做出了简化.一般在谐分析中不要使用非线性接触一般在谐分析中不要使用非线性接触ansys licenseavailabilitydesignspace entradesignspaceprofessionalxstructuralxmechanical/multiphysics

51、xinitially touchinginside pinball regionoutside pinball regionbondedbondedbondedbondedfreeno separationno separationno separationno separationfreeroughroughbondedfreefreefrictionlessfrictionlessno separationfreefreecontact typestatic analysisharmonic analysisdynamics 8.1dynamics 8.1training manual 载

52、荷和约束载荷和约束除以下情况之外，载荷与约束皆可适用于谐分析中除以下情况之外，载荷与约束皆可适用于谐分析中不支持热载荷不支持热载荷 不支持惯性载荷（加速度、标准重力加速度、角速度）不支持惯性载荷（加速度、标准重力加速度、角速度）不支持平移力载荷不支持平移力载荷由于螺栓预紧力载荷是非线性的，因此也不适用由于螺栓预紧力载荷是非线性的，因此也不适用“compression only support”是非线性的，也不适用。若施加了这种约束是非线性的，也不适用。若施加了这种约束，它也变得类似于，它也变得类似于“frictionless support”记住：所有结构载荷都在同一激振频率作用下成正弦变化记

53、住：所有结构载荷都在同一激振频率作用下成正弦变化ansys licenseavailabilitydesignspace entradesignspaceprofessionalxstructuralxmechanical/multiphysicsxdynamics 8.1dynamics 8.1training manual 载荷和约束载荷和约束约束载荷表如下所示约束载荷表如下所示:在下一节中，我们将讨论在下一节中，我们将讨论“求解的方法求解的方法”. 要注意的是，在要注意的是，在ansys专业专业licenses中并不支持完全法求解，因此它也中并不支持完全法求解，因此它也并不支持在谐分析中

54、给定位移约束并不支持在谐分析中给定位移约束.并不是所有可用的载荷皆可输入相位。螺栓载荷与力矩载荷的相位角为并不是所有可用的载荷皆可输入相位。螺栓载荷与力矩载荷的相位角为 0. 若有其它的载荷（如螺栓载荷、力矩载荷）存在，其相位角仍保持若有其它的载荷（如螺栓载荷、力矩载荷）存在，其相位角仍保持0。type of loadphase input solution methodpressure loadyesfull or mode superpositionforce loadyesfull or mode superpositionbolt loadnofull or mode superpos

55、itionmoment loadnofull or mode superpositiongiven displacement supportyesfull onlyansys licenseavailabilitydesignspace entradesignspaceprofessional/structuralxmechanical/multiphysicsxdynamics 8.1dynamics 8.1training manual 载荷和约束载荷和约束添加谐分析载荷添加谐分析载荷:在通常情况下，可施加任意的约束载荷在通常情况下，可施加任意的约束载荷.当当“time type”栏处，将

56、栏处，将“static”切换为切换为“hamonic”键入载荷大小（或各分量大小，若可用的话键入载荷大小（或各分量大小，若可用的话）相位输入，若可用的话相位输入，若可用的话若若已知已知载荷的实部载荷的实部f1 与虚部与虚部 f2 ，模的大，模的大小与相位小与相位 y y 便可根据如下的公式计算：便可根据如下的公式计算：ansys licenseavailabilitydesignspace entradesignspaceprofessionalxstructuralxmechanical/multiphysicsx1212221tanffffmagnitudeydynamics 8.1dyn

57、amics 8.1training manual 载荷和约束载荷和约束选择载荷，可显示出载荷两个周期的图像，然后点击选择载荷，可显示出载荷两个周期的图像，然后点击“worksheet”菜菜单。单。模的大小与相位角便在载荷的视图中显示出来模的大小与相位角便在载荷的视图中显示出来ansys licenseavailabilitydesignspace entradesignspaceprofessionalxstructuralxmechanical/multiphysicsxdynamics 8.1dynamics 8.1training manual 载荷和约束载荷和约束(ansys)在程序内

58、部，载荷的施加与等效静态分析中略有不同在程序内部，载荷的施加与等效静态分析中略有不同:施加在顶点和边上的力通过施加在顶点和边上的力通过 f,fx/fy/fz,real,imag转化为节点载荷的实部转化为节点载荷的实部与虚部。与虚部。施加在表面上的压力与力要作用在表面效应单元施加在表面上的压力与力要作用在表面效应单元 surf154 （keyopt(11)=2） 对施加压力载荷，要输入对施加压力载荷，要输入 sf,pres,real,imag 对施加表面上的力载荷对施加表面上的力载荷 ，实部要输入，实部要输入sfe,5,pres,0 ，虚部要，虚部要 输入输入sfe,5,pres,2对于给定的位

59、移约束，要输入对于给定的位移约束，要输入d,ux/uy/uz,real,imag螺栓与力矩载荷的施加与静态条件下一样螺栓与力矩载荷的施加与静态条件下一样. 螺栓载荷是作为螺栓载荷是作为sfe施加在单元施加在单元surf上的上的“face 5”上。对于施加螺栓上。对于施加螺栓载荷，需要设置轴向与径向两部分载荷：轴向，载荷，需要设置轴向与径向两部分载荷：轴向，keyopt(11)=2；径向；径向:keyopt(11)=0 施加在壳顶点或边的力矩，是通过施加在壳顶点或边的力矩，是通过f，mx/my/mz 转化为节点载荷，转化为节点载荷，而施加在表面上的力矩是通过基于表面而施加在表面上的力矩是通过基于

60、表面conta174单元约束的（见第四单元约束的（见第四章）章）advanced ansys detailsdynamics 8.1dynamics 8.1training manualworkbench中的动力学分析中的动力学分析 workbench谐响应分析谐响应分析b. 谐响应分析求解谐响应分析求解在求解前，需设定谐分析工具选项在求解前，需设定谐分析工具选项:选择求解分支条，并从相关的工具条中插入选择求解分支条，并从相关的工具条中插入一个谐分析工具一个谐分析工具在谐分析工具的明细窗中，用户能通过输入在谐分析工具的明细窗中，用户能通过输入最大值、最小值来确定激振频率域，并确定最大值、最小值