《有限元基础教程》_[ANSYS算例]7.3及7.3带有张拉的绳索的振动模态分析(GUI)及命令流

1、【ANSYS算例】7.3(1)带有张拉的绳索的振动模态分析(GUI)i1,2,3这里采一条每单位长度质量为的悬索两端固定，由于受拉具有初始应变0,试确定此时悬索的应力以及所受的拉力F，并计算带有张拉的悬索的前3阶自由振动频率f.，对该系统进行模态分析。模型中的各项参数如表7-3所示，为与文献结果进行比较，用了英制单位。表7-3带有张拉的绳索模型的参数材料参数几何参数载荷弹性模量E=30X106psi绳索长度1=100in初始应变0=0.00543228密度p=0.00073lbsc2/in4绳索截面积A=0.00306796in2解答：计算模型如图7-3所示。图7-3带有张拉的绳索的计算模型这

2、里选取足够数量的单元以确保能够充分体现动态分析的特征。首先进行静力分析，米用3D的单向杆单元(tension-onlyorcompression-onlysparelements：LINK10)。建模的要点：定义分析类型，选取单元、实常数和材料参数；依据算例定义节点和单元，设置输出选项和位移约束；采用初应变来施加张力，为了在后续的模态分析中考虑预紧的初始张力，需在静力分析与模态分析过程中，应同时将预应力效应打开PSTRES,ON；求解预应力引起的应力状态；提取计算结果，进行模态分析；用命令V*GET提取结果，对于一些线型单元(杆、梁、板)，需要采用单元列表ETABLE来提取应力。最后将计算结果

3、与参考文献所给出的解析结果进行比较，见表7-4。表7-4ANSYS模型与文献的解析结果的比较工况结果的物理量及单位Reference7.3(1)的结果ANSYS结果两种结果之比静态Flb500.500.1.000Stress,psi162974.162974.1.000模态f1,Hz74.70875.0941.005f2,Hz149.42151.291.012f3,Hz224.12229.681.025Reference7.3(1)：.ThomsonWT.VibrationTheoryandApplications.2ndPrinting.NJ:Prentice-Hall,Inc.1965,2

4、64给出的基于图形界面的交互式操作(stepbystep)过程如下。进入ANSYS(设定工作目录和工作文件)程序ANSYSANSYSInteractiveWorkingdirectory(设置工作目录)Initialjobname(设置工作文件名String):StringRunOK设置计算类型ANSYSMainMenu：Preferences.StructuralOK定义单元类型ANSYSMainMenu：PreprocessorElementTypeAdd/Edit/Delete.Add.Link:3DBilinear10OK(返回到ElementTypes窗口)一选择Type1LINK1

5、0单击Options.K3：TensiononlyOKClose定义实常数ANSYSMainMenu:PreprocessorRealConstants.Add/Edit/Delete.Add.选择Type1LINK10OKRealConstantsSetNo.:1(第1号实常数)，AREA:306796E-8(绳索截面积),ISTRN:543248E-8OKClose(关闭RealConstants窗口)定义材料参数ANSYSMainMenu:PreprocessorMaterialPropsMaterialModelsStructuralLinearElasticIsotropic：EX:

6、30e6Note:确定一OK,Density(定义材料密度)输入DENS:73e-5,OK关闭材料定义窗口构造悬索模型生成节点ANSYSMainMenu：PreprocessorModelingCreateNodesInActiveCSNodenumber：1,X,Y,ZLocationinactiveCS：0,0,0ApplyNodenumber：14,X,Y,ZLocationinactiveCS：100,0,0OKANSYSMainMenu：PreprocessorModelingCreateNodesFillbetweenNds点击1,14号节点OKOK生成元素ANSYSMainMen

7、u:PreprocessorModelingCreateElementsAutoNumberedThruNodes点击1,2号节点,生成第一个单元ANSYSMainMenu:PreprocessorModelingCopyElementsAutoNumbered选择第1个元素OKTotalnumberofcopies:13OK(7)模型加约束ANSYSMainMenu:SolutionDefineLoadsApplyStructuralDisplacementOnNodes-PickAll-OK-Lab2:AllDOF(全约束)-OK(8)求解预应力引起的应力状态ANSYSMainMenu:S

8、olution-AnalysisType-NewAnalysis-Static-OKANSYSMainMenu:Solution-AnalysisType-Solncontrols在Basic标签下选中Calculateprestresseffects-OKANSYSMainMenu：Solution-Solve-CurrentLS-OK-Yes(9)存储应力计算数据ANSYSMainMenu：GeneralPostprocElementTableDefineTableAdd.Lab:SIRS,Resultsdataitem:Bysequencenumber,右侧框中选择LS,下面框中输入LS

9、,1OKCloseANSYSUtilityMenu:Parameters-GetScalarData-分别选择Resultdata,Elemtabledata-OK-Nameofparametertobedefined:STRSS；ElementnumberN:13OKANSYSMainMenu:TimeHistPostproDefineVariables-Add选择Reactionforces-Listofitems:1OK-Item,CompDataitem:StructforceFX-OK-closeANSYSMainMenu:TimeHistPostpro-StoreDataANSYS

10、UtilityMenu:Parameters-GetScalarData-分别选择Resultdata,Time-histvars-OK-Nameofparametertobedefined:FORCE;VariablenumberN:2_Datatoberetrieved:MaximumvalVmaxOK(10)模态分析计算ANSYSMainMenu:Solution-AnalysisType-NewAnalysis-Modal-OK-Close(warning)ANSYSMainMenu:Solution-AnalysisType-AnalysisOptions-MODOPTBlockLa

11、nczos,No.ofmodestoextract:3Expandmodeshapes:Yes,No.ofmodestoexpand:!PSTRES:Yes-OKOKANSYSMainMenu:Solution-DefineLoads-delete-Structural-Displacement-OnNodes-选择213号节点一OK-选择UX-OK删除213号节点上的UX约束ANSYSMainMenu:Solution-DefineLoads-delete-Structural-Displacement-OnNodes-选择213号节点一OK-选择UY-OK删除213号节点上的UY约束ANS

12、YSMainMenu：Solution-Solve-CurrentLS-OK-Yes(11)存储模态计算数据并显示全过程计算结果ANSYSUtilityMenu:Parameters-GetScalarData-分别选择Resultdata,Modalresults-OK-Nameofparametertobedefined:FREQ1VariablenumberN:1.,Datatoberetrieved:FrequencyFREQOKANSYSUtilityMenu:Parameters-GetScalarData-分别选择Resultdata,Modalresults-OK-Nameof

13、parametertobedefined:FREQ2;VariablenumberN:2_,Datatoberetrieved:FrequencyFREQOKANSYSUtilityMenu:Parameters-GetScalarData-分别选择Resultdata,Modalresults-OK-Nameofparametertobedefined:FREQ3;VariablenumberN:3_,Datatoberetrieved:FrequencyFREQOKANSYSUtilityMenu：List-Status-Parameters-AllParameters(12)退出系统AN

14、SYSUtilityMenu：File-Exit-SaveEverything-OK带有张拉的绳索的振动模态分析(命令流)针对【ANSYS算例】7.3(1)的GUI操作，提供完整的命令流。解答给出的命令流如下。!%ANSYS算例7.3(2)%begin%/PREP7!进入前处理!设置分析类型为静力结构分析!用于后面的模态分析中考虑预应力（该开关不影响静力分析）!选取单元类型1（单向杆单元）!设置仅承受拉应力，KEYOPT（3）=0!设置实常数，包括绳索截面积（306796E-8），初始应变（543248E-8）!定义材料的弹性模量（1号材料）!定义材料的密度（1号材料）!定义第1号节点!定义第

15、14号节点!均分填满第213号节点!由节点1及节点2生成单元!依序复制生成13个单元!对所有节点施加固定约束!前处理结束!进入求解模块，求解预应力引起的应力状态!求解!退出求解模块!进入一般的后处理!针对LINK10单元,建立单元列表STRS,通过LS及特征号1来获得单元的轴向ANTYPE,STATICPSTRES,ONET,1,LINK10KEYOPT,1,3,0R,1,306796E-8,543248E-8MP,EX,1,30E6MP,DENS,1,73E-5N,1N,14,100FILLE,1,2EGEN,13,1,1D,ALL,ALLFINISH/SOLUSOLVEFINISH/POS

16、T1RFORCE,2,1,F,XSTOREETABLE,STRS,LS,1应力*GET,STRSS,ELEM,13,ETAB,STRS!针对单元列表STRS,提取13号单元的应力FINISH!后处理结束/POST26!进入时间历程后处理，处理支反力!提取1号节点上的X方向支反力，并存储到2号变量中!存储*GET,FORCE,VARI,2,EXTREM,VMAX/SOLUANTYPE,MODALMODOPT,SUBSP,3MXPAND,3PSTRES,ON开)DDELE,2,UX,13DDELE,2,UY,13SOLVE*GET,FREQ1,MODE,1,FREQ*GET,FREQ2,MODE,2,FREQ*G