ANSYS高速旋转轮盘模态分析全面讲解

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ANSYS高速旋转轮盘模态分析全面讲解,讲述如何利用ansys 轴对称单元仿真
①创建关键点操作: ②由关键点生成线的操作,见图3. ③建立圆角: ④生成面 POINTS AN TYPE NUM JUL82010 12 19:13:48 1011 8 dynamic analysis of a disc 图3、生成线 5、划分网络 打廾 Meshtool ①首先对全局进行设置。单击 Size controls(尺寸控制区)全局设置项( Global)的Set按钮,将弹出 Global element sizes单元尺寸全局设置对话樵在对话框屮输入 Element edge length(单元边长度) 为 ②单击 Size controls(尺小刂控制区) Lines(线设置项)的按钮,将弹出 Element Size on Picked Lines 在所选线上定义单元尺寸)的拾取对话框。用鼠标左键在图形输出窗口中拾取圆角对应的线。 单击αk按钮,将弹出 Element size on picked lines(在所选线上定义单元尺寸)对话框,在对话框 屮输入 No of element divisions(每条线将要分成的单元数)为1,设定圆角处对应的线只分一个单 元。 ③对分网进行控制。在分网控制区的Mesh下拉框中选定分网类型为Area(面), Shape(网格形状 设置为Quad(四边形),分网方式设置为ree(自由分网)。 ④对面进行分网。在 MeshTool(分网工具)对话框中单击Mesh按钮,将弹出 Mesh acras(对面划 分网格)拾取对话框。从图形输岀窗口中拾取创建的面,单击ok按钮。完成网格划分。划分后 的截面如图4 ELEMENTS AN JUL82010 19:22:29 dynamic analysis of a disc 图4、单元格划分后的截面 6、做出整个轮盘的有限元模型 通过将面绕轴旋转成有限元实体模型的功能,将前面建立的轮盘截面冇限元网格,围绕定 义的旋转轴扫掠成整个轮盘的实体有限元模型。具体的操作过程如下。 ①定义旋转轴。可以通过定义旋转轴所在轴线上的两个关键点来,指定旋转轴的位置。创建两 个关键点100、200。关键点100:X,Y,Z位置分别为 10,O,0关键点200:X,Y,∠位置分别为10,0,0 ②设置单元生成选项 打开 Element Extrusion Options(单元挤出选项对话框,在对话框屮的 Element type number(单元 类型序号)下拉框中选择2号单元 SOLiD45。单元尺小选项中的分割单元数( VALI NO. Elem di ⅴs)设置为18。拉伸比例为0,保持等截面拉伸。将 Clear area((s) after ext(删除原始面)设置为Ye s,在挤压的单元完成之后将删除原来的面以及其上的单元。单击ok按钮,完成对单元选项的 设置。 ③绕轴旋转截面 通过饶州旋转操作后,创建如图所示的整个盘的有限元模型图5以及网格形式图6。 VOLUMES AN TYPE NUM UUL82010 19:29:00 dynamic analysis of a disc 图5、实体模型 ELEMENTS AN UUL82010 19:29:36 dynamic analysis of a disc 图6、单元格划分后模型 7.进行静力分析 由于对轮盘模态的分析需要考虑离心力引起的应力对模态的影响,所以需要先对其进行静 力分析,求解出离心力产生的应力,及其对刚度阵的影响,将结果写入数据库文件。有预应力 的轮盘静力分析具体过程如下。 ①指定分析类型及分析选项 选择 Static分析,打廾求解控制( Solution controls)对话框。单击标签“ Basic”,在 Calculate prestre ss effects选项前打“√”。如图7,打开预应力选项。单击OK。 Solution Controls Basic Transient Sol'n Options Nonlinear Advanced NL Analysis Options /rite items to Results file Small Displacement Static C All solution items v Calcutate prestress effects C Basic quantities C User selected Time Control Nodal doF Solutio Nodal Reaction Loads Time at end of loadstep Element Solution Element Nodal Loads Automatic time stepping Prog Chosen 7 Element Nodal Stresses C Number of substeps Frequency: C Time increment Write last substep only Number of substeps where N=1 Max no. of substeps Min no of substeps 0 OK Cancel Help 图7、分析选项设置 ②定义边界条件和转速 对于本实例分析的轮盘,由安装条件知道其边界条件应该是,在轮盘盘心的节点轴向和周 向定,而径向自由。其离心载荷是由于高速旋转产生的,因此需要在分析时指定轮盘的旋转 速度 首先定义约束。然后定义转速,在 Apply angular velocity(角速度定义)对话框中的 Global cartes anⅩ comp(绕总体坐标系中X轴旋转角速度)文本框中输入12564,指定轮盘的旋转速度为125664 弧度/秒。单击ok按钮,就完成了对旋转角速度的定义。 ③进行求解 8、进行模态分析设定 由于模态分析时位移约束条件和进行静力分析时一样,而静力分析时所定义的转速在模态 分析时将被忽略,因此进行模态分析时再不需要重新定义边条,可以直接进入求解菜单进行求 解 ①指定分析选项,选择“ Modal”(模态分析) ②2分析选型设定,选用 Block lanczos(分块兰索斯法),并指定No. of modes extract(提取模态 的阶数)为10,将 xpand mode shapes(模态扩展)设置为“YES”,在No. of modes to expand(模态扩 展阶数)文本框屮输入10。这样 ANSYS程序在进行模态求解的冋时将完成模态的打展,不需要 再单独进行模态扩展。将 Incl prestress cffects(预应力效应)设置为“YES”,这样在进行模态分析 时 ANSYS程序将会把前面静力分析中求解待到的离心力产生的应力对刚度的影响考虑进去 在 Block lanczos method(兰索斯法模态分析选项)中将 Start Freq(开始频率)设置为0, nd Frequ ency(结束频率)是100000 ③进行求解 9、后处理 ①列出固有频率 在 Results summary中将列出轮盘的所有求解的固有频率,在文本框里列出了轮盘的前10阶有 频率,见图8,可以看出有些频率值相同,这是由于轮盘结构和边条都是对称的,会出现振型 和频率相同但相位不同的情况。 NODAL SOLUTION ∧ SET LIST Command File 美美 INDEX0 F DATA SETS ON RESULTS FILE美 SET TIME/FREQ LOAD STEP SUBSTEP CUMULATIUE 1541.82 2541.82 2 36g7.84 4739.43 4 5739.43 61475.5 71530.3 8153E.3 8 8 92794.9 9 1g2794.9 18 1 图8、前10阶模态数据 ②观察解得的模态 本实例中由于设置了对模态进行扩展,所以对于求得的每·阶固有频率,程序同吋都求解了其 对应的模态振型,来反映在该固有频率时,轮盘的各芍点的位移情况。可以利用通用后处理器 方便地对其进行观察和分析,并且可以对各阶模态振型进行动画显示。下面列举了几阶振型图 NODAL SOLUTION STEP=1 UUL82010 SUB =1 19:50:02 FEEQ=541.021 USUM RSYS=0 DN=31.297 sM=.193E-04 =31.297 193E-04 6.955 13.91 20.865 7.819 3,477 10.432 17,387 24,342 31,297 dynamic analysis of a disc 图9、一阶模态 NODAL SOLUTION AN STEP=1 UUL82010 SUB =3 19:57:32 FREc=607.839 USUM (AVG RSYS=0 D=21.873 sM=.121E-03 SM=21.873 121E-03 9.721 14.582 19,443 2.43 7.291 12.152 17.012 21.873 dynamic analysis of a disc 图10、三阶模态 NODAL SOLUTION N STEP=l JUL82010 SUB =4 19:57:57 EEEQ=739,428 USUM (AVG) RSYS=0 DN=32.934 sM=.445E-05 sN=32.934 445E-05 7.319 14.637 21.956 29.275 10.978 18.297 25.615 32.934 dynamic analysis of a disc 图11、四阶模态 NODAL SOLUTION ∧NY JUL 8 2010 SUB =5 19:58:20 FREQ=739.428 USUM RSYS=0 LN=32.934 sN=,445E-05 sN=32.934 445E-05 7.319 14.637 21.956 29.275 10.978 18.297 25.615 32.934 dynamic analysig of a disc 图12、五阶模态

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