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ANSYS振动分析算例 评分

计算实例,帮助初学者快速掌握软件的使用方法
《有限元分析》(木科生课程) 清华大学曾攀 MODOPT,LANB,10,0,0,OFF!采用分块 lanczos法提取前10阶模态 ALLSEL 选择所有对象 SOLVE 求解计算 POSTI 进入后处理模式 /ESHAPE 3 !对于线型单元(如朴、梁)按实体效果进行显示(以3倍比例) SETLIST !列出前各阶固有频牽 SETFIRST !调入第1阶圄有频率 PLDL1 将变形形状与原型一起显示 ANMODE,10,0.5,0 !以动画方式显示对应的振型 !%%%%%%%%[ ANSYS应用实例4.1]%%%%end%%%%%% 应用实例 卫星结构的振动模态分析 针对如图4-3所示的个小型三帆板卫星结构,星体可以等效为实体,三个太阳能帆 板为板结构,在有限元建模时,将涉及到实体单元(C连续问题)以及板单元(C1连续问题)的 连接,试分析该结构的振动模态。所设定的材料及几何参数如下 弹性模量为7×100Pa,泊松比为0.288,密度为2700kg/m3,几何尺寸A=0m,B=1.8m T=0.25m,太阳能帆板厚度Bt=0.05m。 图4-3三帆板卫星结构模型及主要参数 【建模要点】 0根据卫星结构的特点,卫星上体部分采用体单元,而帆板部分采用壳单元进行划分,它们 之问存在C单元与C1单元的连接问题,为此,在建模吋,将部分帆板插入卫星主体内部, 以解决该模型中两种单元的连接问题 e通过命令<RPR4>及<BLC4>直接生成正六边形面和一个帆板面,其余两个帆板面通过命令 <AGEN>将已生成的帆板面在全局圆柱坐标系下拷贝生成,然后采用命令< AOVLAP>将所 有的面搭接,完成面的几何建模。选择卫星⊥体部分面采用 planc42划分冈格,然后通过拖 拉命令< EXTOPⅠ>及<VEXT>生成相应的面形成卫星的主体。选择相应的帆板面,注意部分 巩板面应插入卫星主体内部,设置相应的壳单元类型和实常数,划分网格。注意山于拖拉两 次将产生节点的重合,因此,采用命令< NUMMRG>进行模型中重负对象的合并,完成整个 模型的构建。 6进入求解模式,设置模态分析类型,山于卩星在空中处于惯性平衡状态,不用施加仟何位 移约束,因此可以预测所计算出来的前六阶频率应为零或很小,它们将对应6个相应的刚体 位移。采用分块 Lanczos法进行模态计算。 应用实例IV3 《有限元分析》(木科生课程) 清华大学曾攀 进入后处理,列出所计算提取的前10阶固有频率,可以看出前5阶频率都约等于零,但 第6阶频率约等于θ0731Lz,该模态为类似电扇的转动情形,也对应着刚体移动,其频率值 的误差是由于帆板和卫星主体的刚度相差过大,从而引起的计算误差造成的。 解答:以下为基于 ANSYS图形界面(GUI)的菜单操作流程;注意:符号“→”表示针刈菜 单中选项的鼠标点击操作。 基于图形界面的交互式操作 进入 稈序→ ANSYS→ ANSYS Product launcher→ Filc managcment, Working directory:D: analysis (设定工作目求) Browse), Job name: satellite(改定工作文件)一Run 设置不显示日期和时间 Utility menu: Plotctrls→ Window controls→· Window Options→· DATE DATE/ TIME display: NO DATE or TIME 定义材料参数 Main Menu: Preprocessor, Material Props, Material Models) Material Models Available Structural(双击打开子菜单)→ Linear(双击)→ Elastic(双击)→ Isotropic(双击)→EX 7e10(弹性模量).PRXY:Q.288(泊松比)→ Density:2700OK→关闭材料定义菜单(点击菜单的右上角 X 选择单元类型 Main Menu: Preprocessor Element Type→Add/ Edit/ delete→Ad..→ Library of element Types: Structural Solid, Quad nodc 42 -ok Add - Library of clcmcnt Typcs: Structural Solid, Brick8node45→OK→Ad→ Library of Types: Structural shell, Elastic4node63→OK 定义实常数 Main Menu: Preprocessor> Real Constants add/ Edit/ delete, Add> Choose element ype:Type3shel6→OK→ Real constant set no:1(第1号实常数, Shell thickness at node:0005 node j:0005 node k:0.05 node l:005(厚度)→OK Close 生成几何模型 生成六边形 Main menu: Preprocessor→ Modeling→ Create→ Areas→ Polygon exagon→ WPX: 0. WPY:0. Radious: 0.4- OK 旋转工作平面 Utility Menu: Work Plane -Offset wP by Increments XY,YZ,ZX Angles: 30-OK 生成矩形 Main menu→ Preprocessor→ Modeling→ Create→ Areas- Rectangle→By2 Comers→WPx:0.3;WPY 0.2: Width: 1.8464 Hight: 0.4-OK 转换坐标系 Utility Menu: Work Plane-Change Active Cs to-Global Cylindrical 复制矩形 Main menu: Preprocessor→ Modeling→Copy→ Areas→鼠标点击选扦面2,即帆板面→ OK number of copys:3;DY:120→OK 面搭接 Main menu: Preprocessor→ Modeling - Operate→ Booleans→ Overlap→+ Areas→ pick all→Ok 应用实例IV4 《有限元分析》(木科生课程) 清华大学曾攀 生成面网格 设置网格大小 Main menu: Preprocessor→ Meshing→ Size cntrs→ Manualsize- global→Size→ Size element edge Length:004→Ok 选择卫星主体部分面 Utility menu: Select→ Entities→Area; By Num/ Pick; From full;OK→鼠标点击选择面6,8,10,11,即 卫星体部分的面→OK 划分面网格 Main menu: Meshing→Mesh→ Areas→Free→ Pick all 生成体网格 选择体单元类型 Main menu: Preprocessor→ Meshing→ Mesh attributes→ Default Attribs→Type:2sOLD45→OK 设置网格属性 lain menu: Preprocessor→ Modeling→ Operate→ Extrude→ Elem Ext Opts→ Element sizing options for extrusion: ALI NO Elem divs:3; ACLEAR, clear area(s) after ext,点击选项框使之为yes→OK 通过面网格生成体网格 Main menu: Preprocessor→ Modeling→ Operate→ Extrude→ Areas→ By XYZ Offset→ Pick all→ DX,DY, DZ Offsets for extrusion,分別输入0,Q,0.25→OK Main menu: Preprocessor→ Modeling→ Operate→ Extrude→ Areas→ By XYz Offset→鼠标点击选 择面6,8,10,11,即卫星主体部分的面→OK→DX,DY, Dz Offsets for上 xtrusion,分别输入0,0,-0.25→ 生成壳单元面网格 选择单元类型 Main menu: Preprocessor→ Meshing→ Mesh Attributes→ Default attribs→Type→-3SIE63→Real 选择所有 Utility Menu: Select-* Everything 网格生成 Main menu: Preprocessor→ Meshing→Mesh→ Areas→re→鼠标点选面5,6,7,8,9,10,即全部构成 帆板的面→OK 合并 Main Menu: Preprocessor Numbering Ctrls, Merge Items+ Merge Coincident or equivalently defined Items. Label:All→OK 设置分析类型及计算方法 Main menu: Preprocessor→ Loads→ Analysis Type→ New Analysis→ type of analysis→ Modals Main menu: Solution→ Analysis Type→ Analysis Options→ MODOF→ Block lanzo→NO.Of nodes to extract: 10 -OK 求解计算 Utility menu→ Sclect→ Everything Main menu Solution→Sole→ Current ls→(弹出一个对话框)OK→(求解完 成后,弹出一个对话框) Solution is done! Close→,(关闭信息文作右上角的Ⅹ)/ STATUS Command 应用实例IV5 《有限元分析》(木科生课程) 清华大学曾攀 结果显示 进入一般后处理 Main Menu- General Postprc 对于板形单元按实体效果进行显示以倍比例 Utility Menu→ PlotCtrls→ Style→ Size and Shape→ ESHAPE,[]QN, SCALE:2→OK 列出前阶固有频率 Main mcnu→ Gcncral Postproc→ Result Summary 列出的前10阶固有频率如下 SET TIME/FREQ LOAD STEP SUBSTEP CUMULATIVE 10.0000 20.0000 1 30.11607E-03 40.24052E03 50.27653E-03 3456 60).7290lE-01 34567 714023 829.057 111 678 929057 1081.459 显示第阶振型的结果 General Postproc→ Read result→ By Pick→选择第8步,点击read- close General Postproc>Plot Results> Contour Plot, Nodal Solu, DOF Solution> Displacement vector sumn→ Undisplaced shape key,选择 Deformed shape with undeformed model→OK 以动画方式显示对应的阵型 ( general Postproc→ Read result→ By Pick→选择第10步,点击read→ close Utility Menu→ Plotctrls→ Animate→ Mode shape→ Animate Mode shape, Display type,选择DOF Solution,选择USUM→OK 退出系统 ANSYS Utility Menu: File- Exit.- Save Everything -OK 三帆板卫星结构的第8阶振型及第10阶振型见图44及图4-5。 aomt RTn 074999 038152 0612 116215 图4-4三帆板卫星结杓的振型(第8阶) 图4-5三帆板卫星结杓的振型(第10阶) 完整的命令流 以下为命令流语句;注意:以“!”打头的文字为注释内容,其后的文字和符号不起运 行作用。 应用实例IV6 《有限元分析》(木科生课程) 清华大学曾攀 !%%%%%%%%[ ANSYS应用实例4.2]%%%% begin%%%%%% /PREPT !进入前处理 TITLE, EX 4.2, Sat Vibration, FEM in Engineering (Zeng P) !———设置单元、材料,生成节点及单元 MPEⅩ1.7E10 !设置1号材料的蝉性模量 MP,PRxY,1,0.288 !设置1号材料的泊松比 MPDENS.1.2700 !设置1号材料的密度 A-0.4 设置几何参数 B=1.8 T=0.25 BT=0.05 ETLPLANE42 !设置单元类型1为 PLANE42 ET.SOLID45 !设置单元类型2为 SOLID45 ET3.SHELL63 设置单元类型3为 SHELL63 R,1BTBT,BT,BT!设置单元类型3壳单元的厚度 RPR46,0,0,A !生成正六边形面,编号为1 WPROTAT 30 !将工作平面相对Z轴旋转30 BLC4,075*A,0.5*A,0.16*A+B,A!生成面,编与为2 CSYS. 激活但前坐标系为仝局圆柱丛标系 AGi:N,3,2,O,12( !拷面2生成新的面,新面的周冋坐标偏移量120 AOVLAPALL !所有面间的搭接 ESIZEA/10 !设置单元网格大小为A10 ASEL U.5.9.2 不选择面5、7、9 AMESHALL !面的网格划分 CM BASE AREA !将现有的面命定义为组件:BASF TYPE2 设置在生成体时单元为类型2 EXTOPTESIZE 3.0 设置在生成体时扫掠方向上单元分割的数量为3 EXTOPT, ACLEAR,1!设置在生成体时清除面单元网格 VEXT.ALL,, 0.0,T !将现有所有的面通过沿Z方向拖拉T的偏移量生成体 VEXTBASI23O,0,+个T 将BASE面通过沿Z方向拖拉-T的偏移量生成体 ASEL.S.5.10 !选择面5~10 TYPE 3 !设置单元为类型3 REAL 1 !设置单元实常数为1 AMESHALL 面的网格划分 ALLSEL !选择所有对象 NUMMRGALL 对模型进行合并以去狳軍复编号 !=—在求解模块中,进行设置和求解 SOLU !进入求解模式 ANTYPE.2 !设置分析类型为模态分析 MODOPT,LANB,10,0.0,OHF!采用分块 LANCZOS法计算前10阶模态 EQSLV,SPAR 指定求解算法 SOLVE 求解计算 进入一般的后处理模块 POSTI !进入后处理模式 应用实例IV7 《有限元分析》(木科生课程) 清华大学曾攀 /ESHAPE, 2 对于板按实体效果进行显示(以2倍比例) SETLIST 列出前10阶固有频率 SET.,…,8 !调入第8阶固有频率,修改后面的编号,可以调入其他阶嫫态 PLNSOL,U,sUM,L,0!将振型的节点位移状况与原模型一起显示 ANMODE,10,0.5,0 以动画方式显示对应的振型 !%%%%%%%%[ ANSYS应用实例4.2]%%%%end%%%%%% 应用实例】大型模锻液压机机架的振动模态分析梁立柱的 结构 人型模锻液压机是航空、能源、汽车等领域进行人型结构件成形加工的重要设胬,一 殷有3梁4立柱、或3梁2立柱等形式的机架结构,见图4-6。下面就典型的3梁2立柱的 机架结构建立3D模型,并进行有限元分析。所没定的材料及几何参数如下: 弹性模量为2.1×10Pa,泊松比为028,密度为7800kg/m3,A=01mn,B=0.15m, W1=0.800mW2=0.400m,W3=0.150m,R=0.100m,H1=0.200m,H2-2.000m,H3-2.500m, H4-5000m,H5-5.400m,H6=5.600m,H7=5800me (a)具有3染2柱的大型模锻液压机 (b)3梁2柱模锻液压机的计算模型 图4-6大型模锻液压机的机架及计算模型 【建模要点】 根据液压机的结构特点,采用 SOLID45体单元。 e采用命令<*DM>定义个数组,给出机架的·系列扃度H-~H7,通过直接方法生成相应 的面,通过命令< AOVLAP>将所有的面搭接,对面进行网格划分,然后通过拖拉命令< 上 XTOPT>及<VEXI>生成液压机机架的各部分结构。由于结构的对称性,采用命令< VSYMMX>以及<Ⅴ SYMM.Z进行两次对称镜像操作。注意由于拖拉两次将产生节点的重 合,因此,采用命令< NUMMRO>进行模型中重负对象的合并,完成整个模型的构建。 θ进入求解模式,设置模态分析类型,通过命令<ASEL>选择相应的面,施加位移边界条件, 采用命令< MODOPT>以及< EQSLV≥来设置求解算法( Lan cos法),并进行计算 a进入后处理,列岀计算提取的前5阶固有频率,然后以动画方式显示固有频率所对应的振 型 应用实例IV8 《有限元分析》(木科生课程) 清华大学曾攀 解答:以下为基于 ANSYS图形界面(∈UI)的菜单操作流程;注意:符号“→”表示针对菜 单中选项的鼠标点击操作。 基于图形界面的交互式操作 进入 程序→ ANSYS→ ANSYS Product Launcher→ File management, Working Directory:D: analysis (没定工作目录) Browse, Job name:pres(设定工作文件)→Run 设置不显示日期和时间 Utility menu→ Plotctrls→ Window controls→ Window Options→ DATE DATE/ TiME display:NO DATE or TIME→OK 定义材料参数 ANSYS Main Menu- Preprocessor Material Props Material models Material Models Available→丶 Structural(双击打开子菜单) Linear(双击)→ Elastic(双击) Isotropic(双 山)→EX:2.10E11,PRXY:0.288→OK→ Structural, Density(双击)→DENS:7800→OK→关闭 材料定义菜单(点击菜单的右上角X) 选择单元类型 Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete. Add Solid: Quad4node42→Aply→ Solid:Bick8node45→Ok→ Close 设置参数值 ANS YS Utility menu→ Parameters→ Scalar parameters, Selection:Wl=08→ Accept以同样的方式设置 W2-0.4,W3-0.15,R_0.1,A=0.15,B-0.1,C0.5 Close 以数组的方式输入参数 ANSYS Utility Menu→ Parameters→ Array Parameters→ Define/edit→Ad→ Parameter nane:H, Parameter type: [Array], No, of rows, cols, planes: 10. 1.0>OK, Edit - Array Parameter H 10.212[2].325]4515541656175.81→File→ Apply/Quit→ Close 生成几何模型 生成面 ANSYS Main menu→ Preprocessor→ Modeling→ Create→ Areas→ Rectangle→→By2 Corners→WP x:QWPY:Q, Width:Wl, eight:I→Aply→WPX:W2,WPY:Q, Width:A, Sleight:I(7→Apy→ WP X:0, WP Y: H(2), Width: W2, Height: H(3)-H(2)-Apply, WP X:0, WP Y: H(4), Width: W1, Height: H(6-H(4)-,OK)Circle>Partial AnnuluS >WPX: W3, WPY: H(S), Rad-1: 0, Theta-1: 0, Rad-2: R, Theta-2 360→OK 通过布尔运算生成计算模型 ANSYS Main menu→ Preprocessor→ Modeling→ Operate→ Booleans→ Divide→ Arca by Arca→ Divide area by areal pick l, list of Items: 4- Apply- Areal pick List of Items: 5-OK ANSYS Main Menu> Preprocessor>Modeling,Operate> Booleans>Overlap>Areas>Pick All 划分网格以及建立有限元模型 生成面网格 ANSYS Main menu→ Preprocessor→ Meshing→ Size cntrs→ Manuals∠e→ Global→Size- Global element sizes sIze:Wl/10→OK→Mesh→ Areas> free→ Pick all 设置生成体的参数 ANSYS Main menu→ Preprocessor→ Meshing→ Mesh attributes→ Default attribs→ Meshing 应用实例ⅣV9 《有限元分析》(木科生课程) 清华大学曾攀 Attributes[TYPE][2SOLD45]→OK→Mesh→ Volume Sweep→ Sweep Opts-[ Clear area elements after swccping][V], Numbcr of divisions in swccp direction: 2-OK 将现有所有的面沿方向拖拉生成体 ANSYS Main Menu>Preprocessor>Modeling,Operate)Extrude, Areas>By XYZ Offset Pick all- Extrude Areas by XYZ Offset, DX, DY, DZ Offsets for extrusion: 0, 0. B-OK 选择面 ANSYS Utility menu→ Select→ Entities→ Arcas→ By Location→ Y coordinates,Min,Max:H(2H(3) → From Full→ Apply→ X coordinates,Min,Max:0,W2→ Reselect→ Apply→ Y coordinates,Min,Max:0,H(1) → Also select→ Apply→ Y coordinates,Min,Max:H(4)H6)→ Also select→Appl→ Z coordinates,Min, Max:B→ Reselect→OK 将现选择的面通过沿方向拖拉生成体 ANSYS Main menu→> Preprocessor→ Modeling)Operate、 Extrude丶 Areas丶 By XYZ Offset Pick All- Extrude Areas by XYZ Offset, DX, DY, DZ Offsets for extrusion: 0, 0, C-B-OK 通过对轴和轴对称镜像生成体 ANSYS UtIlity menu→ Select→ Everything ANSYS Main menu→ Preprocessor→ Modeling→ Reflect→ Volumes→ Pick all→ Reflect volumes→ Ncomp Plane of symmetry: Y-Z plane>Apply>Ncomp Plane of symmetry: X-Yplane,OK 对模型进行合并 Main menu→丶 Preprocessor→ Numbering curls→ Merge Items→ Merge Coincident or Equivalently Defined Items I ahel: All-OK 设置分析类型为模态分析 Main menu→ Solution→ Analysis Type→ New Analysis→ ANTYPE: Modal→Ok 施加位移边界条件 ANSYS Utility Menu→ Select→ Entities→ Areas→ By location→ Y coordinates,Min,Max:0→From Full→OK ANSYS Main menu→ Preprocessor→ Loads→ Define loads→ Apply→ Structural→ Displacement→On Areas→ Pick al→ Apply L, ROT on areas,Lab2: All DOF→Ok Utility menu→ Select→ Everything 采用分块 法提取前阶模态,设置求解算法 ANSYS Main menu→ Solution→ Analysis Typc→ Analysis Options→ Modc cxtraction mcthod: Block Lanczos.No. of modes to extract:5→OK→ Block lanczos method→OK ANSYS Main Menu>Solution>Analysis Type,Soln Controls>Sol'n Options>Equation Solvers Sparse direct→→Ok 求解 Main menu→ Solution→ Solve→ Current ls→(弹出一个对话框)OK→(求解完 成后,弹出一个对话框) Solution is done!(lose→(关闭信息文件右上角的X)/ STATUS COmmand 结果显示 列出前阶固有频率 ANSYS Main menu→ General Postproc→ List results→→ Detailed Summarv 前5阶固有频率如下 **E INDEX OF DATA SETS ON RESULTS FILE k*4*> 应用实例IV10

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