有预应力模态分析(精选)

1、有预应力情况的模态分析有预应力模态分析用于计算有预应力结构的固有频率和模态，如旋转的涡伦叶片的模态分 析。除了首先要通过进行静力分析把预应力加到结构上外，有预应力模态分析的过程和常规 模态分析基本上一样：1建模并获取打开预应力效应pstres,on的静力分析解。静力分析中的集川质量矩阵的 设置lumpm必须与随后的有预应力模态分析中的集中质量矩阵设置一致。“静力学分 析”中描述了如何进行静力学分析。2. 重新进入求解器并获取模态分析解，注意打开预应力效应选项（再用一次命令 prstes,on）o另外，在静力学分析中生成的文件jobnamc.emat和jobnamc.esav必须都 存在。3.

2、扩展模态并在后处理器中观察它们。步骤1也可以是一个瞬态分析，但应当记住在需耍的时间点保存.emat和.esav文件。§1.11大变形预应力模态分析可以在大变形静力学分析后进行预应力模态分析，以便计算高度变形结构的固冇频率和振 型。除用psolve命令而不是solve命令执行模态分析求解，其他过程与有预应力模态分 析过程一致，参见卞面列出的简单命令流。另外，必须用upcoord命令修正朋标以得到 正确的应力，使用ematwrite命令指定写出file.emat文件。注意一该过程需要单元材料和上一次静力分析得到得单元载荷矢量（例如，压力、温度和加 速度载荷）。如果（利用命令lvscale

3、 ）指定，这些载荷将传递给后续的模态叠加分析。! initial, large deflection static analysisi/prep7 finish/soluantype,static! static analysisnlgeom,on! large deflection analysispstres,on! flag to calculate the prestress matrixem at write, yes! write file.emat （input to psolve step） solvefinish! prestressed modal analysisf/so

4、luantype,modal! modal analysisupcoord, 1.0,on! add previous displ. to coordinates and then zero! the displacementspstres,on! prestress effects onmodopt,.! select eigensolvermxpand,.! specify number of modes to be expanded, if desiredpsolve.eigxxxx! calculates the eigenvalues and eigenvectors.! use e

5、iglanb, eigfull, eigunsym, or eigdamp to! match modopt command.finish/solu! additional solution step for expansio n.expass,onpsolve.eigexp! expands the eigenvector solution.required if you! want to review mode shapes in the postprocessor.finish§1.12循环对称结构的模态分析如果结构呈现出循环对称（例如，风轮或正齿轮）特点，则可以通过仅对它的一

6、部分建模来 计算结构整体的固有频率和振型。这一被称为“循环对称结构模态分析''的特征可以节省大量 人力和计算时间。另一个好处是只需建部分模型便町以观察整个结构的振型。循环对称结构 模态分析只在 ansys/multiphysics、ansys/mechanical 和 ansys/structural 中可用。 §1.12.1基本扇区循环对称结构中用于建模的部分叫做基木扇区。正确的基木扇区应该满足这样的特点：即若 在全局柱坐标空间（csys=1）中将其重复n次，则能生成整个模型（见图4）。图4循坏对称结构实例§1.12.2 节径理解循环对称结构模态分析的过程

7、，盂要理解节径这个概念（这里的“节”是振动术语，而不 是有限元中的节点的“节5 “节径”这个术语源于简单的几何体，如圆盘，在某阶模态下振 动时的表现。这时，大多数振型中将包含如图5所示的横穿整个圆盘表面的板外位移为零的 线，通常称为节径。图5节径的一些例子对具有循环对称特征的复杂结构（如涡轮叶片组件），在振型中也许观察不到零位移线。因 此ansys中关于节径的数学定义是广义的，未必和横穿结构的零位移线条数相符。节径数是确定在以等于扇区角的周向角间隔开的点处的单一自由度（dof）值的变化的整数。 若节径数等于nd,此变化可用函数cos （nd*theta）表示。按上面的定义，对给定的节径数，只要

8、满足在以扇区角隔开的点处的自由度（dof）按cos （nd*theta）变化，则沿周向可以存在可变数目的振动波。例如，节径=0且扇区角=60度的扇区将产牛沿周向有0,6,12,.,6n个波形的模态。（在某些参考文献中，“模态”这个术语 被用于替代上面定义的节径，而术语节径则代表实际可观察到的沿结构周向的波形数。） §1.12.3标准（无应力）循环对称结构模态分析过程标准（无应力）循环对称结构模态分析的过程如图6所示。冇无预应力，循环模态分析都是 可以使用的。注意一循环対称结构模态分析的过程中使用了两个ansys预定义的宏：cycgen和 cycsol o这两个宏都对以处理实体结构或壳

9、单元。图6 （无应力）循环对称结构模态分析流程1在总体柱坐标系（csys=1）中定义循环结构的一个基本扇区模型。基本扇区的跨角。应肖满足n0=36o, n是整数。基本扇区只能山有限元单元组成，不能有超 单元。允许存在内部的耦合及约束方程。如果有边界条件，可以施加到基本扇区上，并利川cycgen/loadx第4步）,或者在后面（第5步）步骤施加上。基木扇区的定义必须冇如图7所示的相匹配的低（low）角度侧面和高（high）角度侧面。 匹配是指在两侧血上应有和对应的节点，且対应节点和隔的儿何角度为扇区角。侧血可以是 任何形状，不必是柱坐标空间中的“平而”。图7基本扇区的定义2.选择在最低度角侧面上

10、的节点并将它们定义为一个组件。对另一侧面上的节点也可定义为 一个组件，也可以不定义。命令：cm,low,nodecm,high,node （可不定义）gui： utility mcnu>sclcct>comp/asscmbly>crcatc component3 选中所有图素。命令：allselgui： utility menu>select>everything4运行宏cycgeno该宏创建第二个扇区，并且垒加在基本扇区上。这两个扇区的节点之 间存在一个恒定的偏移虽（由参数ntot指定）。它们都将用于模态分析。宏cycgen会 把基木扇区中的耦合及约束方程复制到

11、新生成的扇区中去。命令：cycgeneplotgui： main menu>preprocessor>cyclic sector指定cycgen，”load”拷贝载荷和内部耦合与约束方程到第二扇区。如果执行cycgen （不带任何参数），继续下面的第5步。如果执行cycgen，”load”，跳过第5步,从第6 步继续。5. 继续在prep7中定义所需要的边界条件。边界条件必须在两个扇区上都定义。建议按节 点位置（by location）而不要按节点号选择节点。如果没有预应力，就不必施加对称边界 条件。6进入求解器，指定分析类型为模态分析并设置分析选项。只能采用子空间法或分块lanc

12、zos 法进行循环对称结构的模态分析。（参见ansys命令参考手册>>中命令modopt关于使 丿ij分块lanczos法的选项的说明）。同时，指定要扩展的模态数。命令：antypemodoptgui： main menu>solution>analysis type>modalmain menu>solution>analysis options>block lanczos7. 运行宏cycsol并定义节径范围和扇区角：命令：cycsol,ndmin,ndmax,nsector丄owgui： main mcnu>prcproccssor&

13、gt;loads>modal cyclic sym该命令对每个节径数 执行一-次单独的特征值提取过程，其中：ndmtn和ndmax是感兴 趣的最低和最高节径数。合理的范围是：若扇区角nsector为偶数,则j接受的节径数范围是0nsector/2；若扇区角nsector为奇数，则可接受的节径数范围是。宏cycsol执行分析过程（不须发solve命令），并计算固冇频率和振型（若要求计算了）。 结果文件（jobname.rst）将包含有多个载荷步（load steps）,每个载荷步对应一个节径数 值，第一个载荷步对应节径数ndmin,笫二个对应ndmin+1,依次类推。最后一个载荷 步对应节

14、径数ndmaxo在每一个载荷步内，子步（substeps）对应属于当前节径数的模态。例如ndmin=o,ndmax=1并且要求扩展2阶模态，则结果文件会有如下内容:substep 结果项11节径1 2节径1节径0的第1阶模态0的第2阶模态1的第1阶模态22 节径1的第2阶模态8. 进入通用后处理器，扩展模型以供显示。必须指定希望扩展出的扇区数。命令：expandgui： main menu>general postprocessor>modal cyclic sym注意一命令/expand也可用于得到整个模型的模态分析结果。参见ansys命令参考 手册>> 中关于/expand命令的更详细信息及其局限性。执行/expand命令的菜单途径 是 utility menu>plot cntrls>style>symmetry expansion。§1.12.4有预应力循环对称结构模态分析有预应力循坏对称结构模态分析的分析过程如图8所示。除了要求先做一次静力学分析来计算基木扇区的预应