ANSYS动力学分析PPT课件.ppt
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1、第三章第三章谐响响应分析分析1.第三章:第三章:谐响响应分析分析第一第一节:谐响响应分析的定分析的定义和目的和目的第二第二节:关于:关于谐响响应分析的基本分析的基本术语和概念和概念第三第三节:谐响响应分析在分析在ANSYS中的中的应用用第四第四节:谐响响应分析的分析的实例例练习2.谐谐响响响响应应分析分析分析分析第一第一节:定:定义和目的和目的什么是什么是谐响响应分析?分析?确定一个确定一个结构在已知构在已知频率的正弦(率的正弦(简谐)载荷作用下荷作用下结构响构响应的技的技术。输入:入:已知大小和已知大小和频率的率的谐波波载荷(力、荷(力、压力和力和强迫位移);迫位移);同一同一频率的多种率的
2、多种载荷,可以是同相或不同相的。荷,可以是同相或不同相的。输出:出:每一个自由度上的每一个自由度上的谐位移,通常和施加的位移,通常和施加的载荷不同相;荷不同相;其它多种其它多种导出量,例如出量,例如应力和力和应变等。等。3.谐谐响响响响应应分析分析分析分析第一第一节:定:定义和目的(接上和目的(接上页)谐响响应分析用于分析用于设计:旋旋转设备(如(如压缩机、机、发动机、机、泵、涡轮机械等)的支座、固定机械等)的支座、固定装置和部件;装置和部件;受受涡流(流体的漩流(流体的漩涡运运动)影响的)影响的结构,例如构,例如涡轮叶片、叶片、飞机机机机翼、翼、桥和塔等。和塔等。4.谐谐响响响响应应分析分析
3、分析分析第一第一节:定:定义和目的(接上和目的(接上页)为什么要作什么要作谐响响应分析?分析?确保一个确保一个给定的定的结构能构能经受住不同受住不同频率的各种正弦率的各种正弦载荷(例如:以荷(例如:以不同速度运行的不同速度运行的发动机);机);探探测共振响共振响应,并在必要,并在必要时避免其避免其发生(例如:借助于阻尼器来避生(例如:借助于阻尼器来避免共振)。免共振)。5.谐谐响响响响应应分析分析分析分析第二第二节:术语和概念和概念包含的主包含的主题:运运动方程方程谐波波载荷的本性荷的本性复位移复位移求解方法求解方法6.通用运通用运动方程:方程:F矩矩阵和和 u矩矩阵是是简谐的,的,频率率为
4、w w:谐响响应分析的运分析的运动方程:方程:谐谐响响响响应应分析分析分析分析-术语术语和概念和概念和概念和概念运运动方程方程7.谐谐响响响响应应分析分析分析分析-术语术语和概念和概念和概念和概念运运动方程方程(接上接上页)Fmax=载荷幅荷幅值I =-1 =载荷函数的相位角荷函数的相位角F1 =实部部,Fmaxcos F2 =虚部虚部,Fmaxsin umax=位移幅位移幅值f=载荷函数的相位角荷函数的相位角u1=实部部,umaxcosf fu2=虚部虚部,umaxsinf f8.谐谐响响响响应应分析分析分析分析-术语术语和概念和概念和概念和概念谐波波载荷的本性荷的本性在已知在已知频率下正弦
5、率下正弦变化;化;相角相角 允允许不同相的多个不同相的多个载荷同荷同时作作用,用,缺省缺省值为零;零;施加的全部施加的全部载荷荷都假都假设是是简谐的,的,包括温度和重力。包括温度和重力。实部虚部9.谐谐响响响响应应分析分析分析分析-术语术语和概念和概念和概念和概念复位移复位移在下列情况下在下列情况下计算出的位移将是复数算出的位移将是复数具有阻尼具有阻尼施加施加载荷是复数荷是复数载荷(例如:虚部荷(例如:虚部为非零的非零的载荷)荷)复位移滞后一个相位角复位移滞后一个相位角(相(相对于某一个基准而言)于某一个基准而言)可以用可以用实部和虚部或振幅和相角的形式来部和虚部或振幅和相角的形式来查看看10
6、.谐谐响响响响应应分析分析分析分析-术语术语和概念和概念和概念和概念求解方法求解方法求解求解简谐运运动方程的三种方法:方程的三种方法:完整法完整法为缺省方法,是最容易的方法;缺省方法,是最容易的方法;使用完整的使用完整的结构矩构矩阵,且允,且允许非非对称矩称矩阵(例如:声学矩(例如:声学矩阵)。)。缩减法减法*使用使用缩减矩减矩阵,比完整法更快;,比完整法更快;需要需要选择主自由度,据主自由度得到近似的主自由度,据主自由度得到近似的 M矩矩阵和和C矩矩阵。模模态叠加法叠加法*从前面的模从前面的模态分析中得到各模分析中得到各模态;再求乘以系数的各模;再求乘以系数的各模态之和;之和;所有求解方法中
7、最快的。所有求解方法中最快的。11.谐谐响响响响应应分析分析分析分析-术语术语和概念和概念和概念和概念求解方法(接上求解方法(接上页)12.谐谐响响响响应应分析分析分析分析第三第三节:步:步骤四个主要步四个主要步骤:建模建模选择分析分析类型和型和选项施加施加谐波波载荷并求解荷并求解观看看结果果13.谐谐响响响响应应分析分析分析分析-步步步步骤骤建模建模模型模型只能用于只能用于线性性单元和材料,忽略各种非元和材料,忽略各种非线性;性;记住要住要输入密度;入密度;注意:注意:如果如果ALPX(热膨膨胀系数)和系数)和 T均不均不为零,就有可能不零,就有可能不经意地包含了意地包含了简谐热载荷。荷。为
8、了避免了避免这种事情种事情发生,生,请将将ALPX设置置为零零.如果参考温度如果参考温度 TREF与均匀与均匀节点温度点温度 TUNIF不一致不一致,那么那么 T为非零非零值;请参参阅第一章中的建模需要考第一章中的建模需要考虑的的问题。14.谐谐响响响响应应分析分析分析分析-步步步步骤骤建模命令建模命令(接上接上页)/PREP7ET,.MP,EX,.MP,DENS,!建立几何模型建立几何模型!划分网格划分网格.15.谐谐响响响响应应分析分析分析分析-步步步步骤骤选择分析分析类型和型和选项3建模建模选择分析分析类型和型和选项输入求解器,入求解器,选择谐响响应分析;分析;主要分析主要分析选项是求解
9、方法是求解方法-在后面在后面讨论;规定阻尼定阻尼-在后面在后面讨论。典型命令典型命令:/SOLUANTYPE,HARMIC,NEW16.谐谐响响响响应应分析分析分析分析-步步步步骤骤选择分析分析类型和型和选项(接上(接上页)分析分析选项求解方法求解方法-完整法、完整法、缩减法和模减法和模态叠加法。缺省叠加法。缺省为完整法;完整法;自由度自由度输出格式出格式-主要用于批主要用于批处理理方式中;方式中;集中集中质量矩量矩阵。推荐用于如果推荐用于如果结构的一个方向构的一个方向的尺寸的尺寸远小于另两个方向的尺小于另两个方向的尺寸的情况中。例如:寸的情况中。例如:细长梁与梁与薄壳。薄壳。典型命令典型命令
10、:HROPT,.HROUT,LUMPM,.17.谐谐响响响响应应分析分析分析分析-步步步步骤骤选择分析分析类型和型和选项(接上(接上页)阻尼阻尼从从-阻尼、阻尼、-阻尼和阻尼率中阻尼和阻尼率中选取取阻尼率最常用阻尼率最常用典型命令典型命令:ALPHAD,BETAD,DMPRAT,.18.谐谐响响响响应应分析分析分析分析-步步步步骤骤施加施加谐波波载荷并求解荷并求解3建模建模3选择分析分析类型和型和选项施加施加谐波波载荷并求解荷并求解所有施加的所有施加的载荷以荷以规定的定的频率(或率(或频率率范范围)简谐地地变化化“载荷荷”包括:包括:位移位移约束束-零或非零的零或非零的作用力作用力压强注意:注
11、意:如果要施加重力和如果要施加重力和热载荷,它荷,它们也被当作也被当作简谐变化的化的载荷来考荷来考虑!典型命令典型命令:DK,!或或 D或或DSYMDA,.DL,19.谐谐响响响响应应分析分析分析分析-步步步步骤骤施加施加谐波波载荷并求解(接上荷并求解(接上页)规定定谐波波载荷荷时要包括:要包括:振幅和相角振幅和相角频率率阶梯梯载荷荷对线性性变化化载荷的荷的说明明振幅和相角振幅和相角载荷荷值(大小)代表振幅(大小)代表振幅 Fmax相角相角 f f 是在两个或两个以上是在两个或两个以上谐波波载荷荷间的相位差,的相位差,单一一载荷不需要相角荷不需要相角 f f 实部虚部fF1maxF2max20
12、.谐谐响响响响应应分析分析分析分析-步步步步骤骤施加施加谐波波载荷并求解(接上荷并求解(接上页)振幅和相角(接上振幅和相角(接上页)ANSYS 不能直接不能直接输入振幅和相角,而是入振幅和相角,而是规定定实部和虚部分量;部和虚部分量;例如,施加两个例如,施加两个简谐力力 F1和和 F2,其相角相差其相角相差 f f:F1real=F1max(F1的振幅)F1imag=0F2real=F2maxcosfF2imag=F2maxsinf可以使用可以使用APDL语言言计算,但要确保角度算,但要确保角度单位位为度(缺省度(缺省为弧度)弧度)。实部虚部fF1maxF2max21.谐谐响响响响应应分析分析
13、分析分析-步步步步骤骤施加施加谐波波载荷并求解命令(接上荷并求解命令(接上页)*AFUN,DEGFK,F,SFA,SFL,SFE,SF,22.谐谐响响响响应应分析分析分析分析-步步步步骤骤施加施加谐波波载荷并求解(接上荷并求解(接上页)23.谐谐响响响响应应分析分析分析分析-步步步步骤骤施加施加谐波波载荷并求解(接上荷并求解(接上页)谐波波载荷的荷的频率:率:通通过频率范率范围和在和在频率范率范围内的子步数量来内的子步数量来规定每秒的循定每秒的循环次数(赫次数(赫兹););例如,在例如,在0-50频率范率范围内有内有10个子步个子步时将将给出出在在5,10,15.45和和50Hz等等频率上的解
14、;而同率上的解;而同一一频率范率范围只有一个子步只有一个子步时,则只只给出出50Hz频率上的解率上的解。典型命令典型命令:HARFRQ,NSUBST,KBC,124.谐谐响响响响应应分析分析分析分析-步步步步骤骤施加施加谐波波载荷并求解(接上荷并求解(接上页)阶梯梯载荷荷对线性性变化化载荷:荷:采用若干子步,可以逐采用若干子步,可以逐渐地施加地施加载荷(荷(线性性变化化载荷),或者在第荷),或者在第一个子步立刻施加一个子步立刻施加载荷(荷(阶梯梯载荷);荷);谐波波载荷通常是荷通常是阶梯加梯加载,因,因为载荷荷值代表的是最大振幅。代表的是最大振幅。25.谐谐响响响响应应分析分析分析分析-步步步
15、步骤骤施加施加谐波波载荷并求解(接上荷并求解(接上页)在施加在施加谐波波载荷后,下一步就是开始求解荷后,下一步就是开始求解通常采用一个通常采用一个载荷步,但是可以采用若干子荷步,但是可以采用若干子步,且每个子步具有不同的步,且每个子步具有不同的频率范率范围典型命令典型命令:HARFRQ,NSUBST,KBC,126.谐谐响响响响应应分析分析分析分析-步步步步骤骤观看看结果果3健摸健摸3选择分析分析类型和型和选项3施加施加谐波波载荷并求解荷并求解观看看结果果分三步分三步绘制制结构上的特殊点构上的特殊点处的位移的位移-频率曲率曲线确定各确定各临界界频率和相率和相应的相角的相角观看整个看整个结构在各
16、构在各临界界频率和相角率和相角时的位移的位移和和应力力采用采用POST26,时程后程后处理理器器采用采用POST1,通用后,通用后处理理器器27.谐谐响响响响应应分析分析分析分析-步步步步骤骤观看看结果果-POST26位移位移-频率关系曲率关系曲线首先定首先定义 POST26 变量量节点和点和单元数据表元数据表用大于等于二的数据用大于等于二的数据识别变量量1包含各包含各频率,并是率,并是预先定先定义了的了的28.谐谐响响响响应应分析分析分析分析-步步步步骤骤观看看结果果-POST26(接上接上页)定定义变量(接上量(接上页)挑挑选可能可能发生最大生最大变形的形的节点,然后点,然后选择自由度的方
17、向;自由度的方向;定定义变量的列表被更新。量的列表被更新。29.谐谐响响响响应应分析分析分析分析-步步步步骤骤观看看结果果-POST26(接上接上页)定定义变量量画画变量关系曲量关系曲线典型命令典型命令:/POST26NSOL,PLVAR,.30.谐谐响响响响应应分析分析分析分析-步步步步骤骤观看看结果果-POST26(接上接上页)确定各确定各临界界频率和相角率和相角用用图形形显示最高振幅示最高振幅发生生时的的频率;率;由于位移与施加的由于位移与施加的载荷不同步(如果存在阻尼的荷不同步(如果存在阻尼的话),需要确定出),需要确定出现最大最大振幅振幅时的相角;的相角;要要进行上述工作,首先要行上
18、述工作,首先要选择振幅振幅+相位相位选项。31.谐谐响响响响应应分析分析分析分析-步步步步骤骤观看看结果果-POST26(接上接上页)然后用表列出然后用表列出变量。量。注意:最大振幅注意:最大振幅=3.7出出现在在48Hz,85.7时下一步就是下一步就是观看整个模型在看整个模型在该频率和相角率和相角下的位移和下的位移和应力(使用力(使用POST1)典型命令典型命令:PRCPLX,1PRVAR,FINISH32.谐谐响响响响应应分析分析分析分析-步步步步骤骤观看看结果果-POST1观看整个看整个结构的构的结果果进入入POST1,且列出,且列出结果果综述表,确定述表,确定临界界频率的率的载荷步和子
19、步序号荷步和子步序号;典型命令典型命令:/POST1SET,LIST33.谐谐响响响响应应分析分析分析分析-步步步步骤骤观看看结果果-POST1(接上接上页)使用使用 HRCPLX 命令命令读入在期望入在期望频率和相角率和相角时的的结果:果:HRCPLX,LOADSTEP,SUBSTEP,PHASE,.例如:例如:HRCPLX,2,4,85.7绘制制变形形图,应力等力等值线图和其它期望的和其它期望的结果。果。典型命令典型命令:HRCPLX,PLDISP,2PLNSOL,FINISH34.谐响响应分析步分析步骤3建立模型建立模型3选择分析分析类型和型和选项3施加施加谐波波载荷和求解荷和求解3观看
20、看结果果35.第四第四节:实例例-谐响响应分析分析在在这这个个实实例分析中,例分析中,结结果考察由安装在两端固支梁上的旋果考察由安装在两端固支梁上的旋转转机械机械产产生的生的简谐简谐力在力在该该梁上引起的梁上引起的谐谐响响应应;详细详细内容内容请请参参阅动阅动力学力学实实例分析例分析补补充充资资料。料。36.第四章第四章瞬瞬态动力分析力分析37.第四章:瞬第四章:瞬态动力分析力分析第一第一节:瞬:瞬态动力分析的定力分析的定义和目的和目的第二第二节:瞬:瞬态分析状分析状态的基本的基本术语和概念和概念第三第三节:在:在ANSYS中如何中如何进行瞬行瞬态分析分析第四第四节:瞬:瞬态分析分析实例例38
21、.瞬瞬态分析分析第一第一节:定:定义和目的和目的什么是瞬什么是瞬态动力分析力分析?它是确定随它是确定随时间变化化载荷(例如爆炸)作用下荷(例如爆炸)作用下结构响构响应的技的技术;输入数据:入数据:作作为时间函数的函数的载荷荷输出数据:出数据:随随时间变化的位移和其它的化的位移和其它的导出量,如:出量,如:应力和力和应变。39.瞬瞬态分析分析定定义和目的(接上和目的(接上页)瞬瞬态动力分析可以力分析可以应用在以下用在以下设计中:中:承受各种冲承受各种冲击载荷的荷的结构,如:汽构,如:汽车中的中的门和和缓冲器、建筑框架以及冲器、建筑框架以及悬挂系挂系统等;等;承受各种随承受各种随时间变化化载荷的荷
22、的结构,如:构,如:桥梁、地梁、地面移面移动装置以及其它机器部件;装置以及其它机器部件;承受撞承受撞击和和颠簸的家庭和簸的家庭和办公公设备,如:移,如:移动电话、笔、笔记本本电脑和真空吸和真空吸尘器等。器等。40.瞬瞬瞬瞬态态分析分析分析分析第二第二节:术语和概念和概念包括的主包括的主题如下:如下:运运动方程方程求解方法求解方法积分分时间步步长41.瞬瞬瞬瞬态态分析分析分析分析 术语术语和概念和概念和概念和概念运运动方程方程用于瞬用于瞬态动力分析的运力分析的运动方程和通用运方程和通用运动方程相同;方程相同;这是瞬是瞬态分析的最一般形式,分析的最一般形式,载荷可荷可为时间的任意函数;的任意函数;
23、按照求解方法,按照求解方法,ANSYS 允允许在瞬在瞬态动力分析中包括各种力分析中包括各种类型的非型的非线性性-大大变形、接触、塑性等等。形、接触、塑性等等。42.瞬瞬瞬瞬态态分析分析分析分析-术语术语和概念和概念和概念和概念求解方法求解方法求解运求解运动方程方程直接直接积分法分法模模态叠加法叠加法隐式式积分分显式式积分分完整矩完整矩阵法法缩减矩减矩阵法法完整矩完整矩阵法法缩减矩减矩阵法法43.瞬瞬瞬瞬态态分析分析分析分析 术语术语和概念和概念和概念和概念求解方法求解方法(接上(接上页)运运动方程的两种求解法:方程的两种求解法:模模态叠加法(在第六章中叠加法(在第六章中讨论)直接直接积分法:分
24、法:运运动方程可以直接方程可以直接对时间按步按步积分。在每个分。在每个时间点,点,需求解一需求解一组联立的静立的静态平衡方程(平衡方程(F=ma););ANSYS 采用采用Newmark 法法这种种隐式式时间积分法;分法;ANSYS/LS-DYNA 则采用采用显式式时间积分法;分法;有关有关显式法和式法和隐式法的式法的讨论请参参见第一章。第一章。44.瞬瞬瞬瞬态态分析分析分析分析-术语术语和概念和概念和概念和概念求解方法(接上求解方法(接上页)求解求解时即可用即可用缩减减结构矩构矩阵,也可用完整,也可用完整结构矩构矩阵;缩减矩减矩阵:用于快速求解;用于快速求解;根据主自由度写出根据主自由度写出
25、K,C,M等矩等矩阵,主自由度是完全自由,主自由度是完全自由度的子集;度的子集;缩减的减的 K 是精确的,但是精确的,但缩减的减的 C 和和 M 是近似的。此外,是近似的。此外,还有其它的一些缺陷,但不在此有其它的一些缺陷,但不在此讨论。完整矩完整矩阵:不不进行行缩减。减。采用完整的采用完整的K,C,和和 M矩矩阵;在本手册中的全部在本手册中的全部讨论都是基于此种方法。都是基于此种方法。45.瞬瞬瞬瞬态态分析分析分析分析-术语术语和概念和概念和概念和概念积分分时间步步长积分分时间步步长(亦称(亦称为ITS 或或 t)是)是时间积分法中的一个重要概分法中的一个重要概念念ITS=从一个从一个时间点
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