ansys mechnical apdl结构有限元培训16-谐响应分析

谐响应分析1.定义和目的什么是谐响应分析？确定一个结构在已知频率的正弦（简谐）载荷作用下结构响应的技术。输入：已知大小和频率的谐波载荷（力、压力和强迫位移）；同一频率的多种载荷，可以是同相或不同相的。输出：每一个自由度上的谐位移，通常和施加的载荷不同相；其它多种导出量，例如应力和应变等。1.定义和目的谐响应分析用于设计：-旋转设备（如压缩机、发动机、泵、涡轮机械等）的支座、固定装置和部件；-受涡流（流体的漩涡运动）影响的结构，例如涡轮叶片、飞机机翼、桥和塔等。为什么要作谐响应分析？确保一个给定的结构能经受住不同频率的各种正弦载荷（例如：以不同速度运行的发动机）；探测共振响应，并在必要时避免其发生（例如：借助于阻尼器来避免共振）2.谐响应分析的基本理论通用运动方程：[F]矩阵和{u}矩阵是简谐的，频率为

w:谐响应分析的运动方程：2.谐响应分析的基本理论在已知频率下正弦变化；相角y允许不同相的多个载荷同时作用，y缺省值为零；施加的全部载荷都假设是简谐的，包括温度和重力。实部虚部3.完全法谐响应分析步骤3.1建立有限元模型建模阶段需要指定文件名和标题，然后进入前处理器PREP7定义单元类型、单元实常数、材料特性以及几何模型。该过程与其它分析基本相同，但必须注意下面两个要点：--在谐响应分析中，只有线性行为是有效的。如果有非线性单元，它们将按线性单元处理。例如，如果分析中包含接触单元，则它们的刚度取初始状态值并在计算过程中不再发生变化。--由式可知，求解谐响应问题，必须建立总体质量矩阵，总体刚度矩阵和总体阻尼矩阵，因此必须密度建立总体质量矩阵，输入弹性模量和泊松比建立总体刚度矩阵。材料特性可以是线性的、各向同性的或各向异性的、恒温的或和温度相关的。非线性材料特将被忽略。3.完全法谐响应分析步骤3.2激活谐响应分析命令：ANTYPEGUI：MainMenu︱Solution︱AnalysisType︱NewAnalysis，弹出图18-1设置分析类型对话框，并按照图18-1进行设置，来激活谐响应分析，然后单击OK。

3.完全法谐响应分析步骤3.3设置谐响应分析选项3.完全法谐响应分析步骤3.4定义载荷根据定义，谐响应分析假定所施加的所有载荷随时间按简谐（正弦）规律变化。指定一个完整的简谐载荷需要输入三条信息：幅值（Amplitude）、相位角（phaseangle）和强制频率范围（forcing

frequency

range）3.完全法谐响应分析步骤3.4定义载荷根据定义，谐响应分析假定所施加的所有载荷随时间按简谐（正弦）规律变化。指定一个完整的简谐载荷需要输入三条信息：幅值（Amplitude）、相位角（phaseangle）和强制频率范围（forcing

frequency

range）3.完全法谐响应分析步骤3.5定义载荷步3.完全法谐响应分析步骤3.5求解命令：SOLVEGUI：MainMenu︱Solution︱SolveCurrentLs3.6观察结果谐响应分析的结果被保存到结构分析结果文件Jobname.RST中。谐响应求解结果包括节点位移；节点和单元应力；节点和单元应变；单元力；节点反作用力。如果在结构中定义了阻尼，结构响应与激励载荷之间不同步，所有结果将以复数形式即实部和虚部进行存储。如果施加的载荷之间不同步（存在初始相差），同样也会产生复数结果。

4.模态叠加法谐响应分析4.1建立有限元模型这些步骤中，第一步的工作与完全法相同，下面详细讲述其余各步骤。4.2获取模态分析解“模态分析”中已经描述了如何得到模态分析解。对于模态叠加法，还应注意下面几点：-模态提取方法应采用分块Lanczos法（默认）、子空间法或QR阻尼法中的一种。其他方法，非对称法和阻尼法在模态叠加法中不能采用；-确保提取出所有对谐响应有贡献的模态；-如果使用QR阻尼法提取模态，必须在前处理或模态分析阶段指定任何希望包含的阻尼。可以指定的阻尼有ALPHAD、BETAD、MP、DAMP或单元阻尼；QR阻尼法不支持DMPRAT和MDAMP。-如果需要施加简谐变化的单元载荷，必须在模态分析中进行施加。在模态分析中，这些载荷被求解忽略，但程序将计算出相应的载荷向量并将其写入振型文件（Jobname.MODE）。这样，在谐响应分析求解时就可以使用这些载荷向量了；模态叠加法不需要扩展模态，但如果想观察一下振型，就应当扩展模态。-在模态分析与谐响应分析过程之间，不能改变模型数据。4.模态叠加法谐响应分析4.3激活谐响应分析命令：ANTYPEGUI：MainMenu︱Solution︱AnalysisType︱NewAnalysis，弹出图18-1设置分析类型对话框，并按照图18-1进行设置，来激活谐响应分析，然后单击OK。4.模态叠加法谐响应分析4.3设置模态叠加法求解4.模态叠加法谐响应分析4.4定义载荷除下列限制外，谐响应分析中的载荷与完全法中所述的载荷相似。（1）只可施加力、加速度和模态分析中生成的载荷向量。可用LVSCALE命令来施加在模态分析中生成的载荷向量；（2）如果采用的是由缩减法模态分析得到的振型，力只能加在主自由度上。4.5.定义载荷步该步骤用户可以定义阻尼。此外用户还可以定义输出控制，谐响应分析频率和子步，写入载荷步。这些操作用户可参见完全法谐响应分析。4.模态叠加法谐响应分析4.6.开始求解命令：SOLVEGUI：MainMenu︱Solution︱Solve︱CurrentLS无论采用的模态提取法是子空间法、分块Lanczos法、缩减法、PowerDynamics法或QR阻尼法，模态叠加法谐响应分析的解都被保存到缩减位移文件Jobname.RFRQ中。因此，如果对应力结果感兴趣，就需要对解进行扩展.4.7观察结果结果由在每个求解所用强制频率处的简谐变化的位移，应力和反作用力组成。

4.模态叠加法谐响应分析4.6.开始求解命令：SOLVEGUI：MainMenu︱Solution︱Solve︱CurrentLS无论采用的模态提取法是子空间法、分块Lanczos法、缩减法、