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干货 | ANSYS Workbench谐响应分析

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谐响应分析,又叫正弦振动或频率响应分析,用于确定结构在已知频率和幅值的正弦载荷作用下的稳态动力响应,在工程仿真设计中应用非常广泛,例如确定压缩机、发动机、电动机等旋转机械在简谐载荷下的刚强度。

Fig. 1 ANSYS Workbench谐响应分析项目流程图

ANSYS Workbench提供了三种谐响应分析方法,分别是Full (完全法)、Reduced (缩减法)、Mode Superposition (模态叠加法)。本文讲解ANSYS Workbench模态叠加法谐响应分析流程,详细步骤如下所述。
Step 1:导入几何模型
启动ANSYS Workbench,添加模态叠加法谐响应分析流程,如图1所示。双击Geomrtry,进入DM界面,选择路径导入几何模型,设置单位为mm,单击Generate显示几何体

Step 2:进行模态分析

双击Model,进入Mechanical界面,设置材料,划分网格,添加约束等,点击AnalysisSettings修改模态数量,获取大于谐响应条件最大频率1.5倍的固有频率,保证所截取的模态有效质量分数≥90%。  

Step 3:进行谐响应分析
1)击Model,进入Mechanical界面右击模型树中的Modal,选择Solve求解计算,获取结构的固有频率和振型;
2)单击模型树中的Harmonic Response—> AnalysisSettings,在下方面板的Options中分别设置:
(a) 频率范围(Range Minimum和Range Maximum),以及频率间隔数目Solution Interval;
(b) 求解方法Solution Method设置为Mode Superposition(模态叠加法);
(c) 展开Damping Controls设置常值阻尼比Constant Damping Ratio(阻尼系数,般是试验得到,设为1%-4%,不知道不设)。

3)单击模型树中的Harmonic Response,选择Environment工具栏中的loads—>Force,图形区选中力的作用点或线或面,并在Definition中设置力的数值大小Magnitude、作用方向Define By等。

特别注意:相关约束和载荷设置也可以参考前期文章:干货 | ANSYS Workbench大质量法操作流程

Step 4:求解与后处理

1)图形区框选所有零部件或选择某个零件,然后右击Solution,添加位移Deformation、加速度Acceleration、应力Stress,下方面板中设置:

(a) Orientation选择坐标轴(X、Y、Z);

(b) By选择为Maximum over Frequency。
2)图形区选择节点,然后右击Solution,选择FrequencyResponse,添加位移Deformation、加速度Acceleration、应力Stress,下方面板中设置:

(a) Spatial Resolution选择为Use Maximum;

(b) Type设置为Directional Acceleration,Orientation选择坐标轴(X、Y、Z);

(c) Frequency Range设置为Use Parent,Display设置为幅值Amplitude,Chart Viewing Style设置为Linear。

3)右击Solution,选择Equivalent AllResults求解计算,查看不同频率处的位移响应云图、节点随频率变化曲线、各阶响应频率等。

来源:纵横CAE
MechanicalWorkbenchDeform振动旋转机械ADSUM材料试验
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-09-01
最近编辑:2月前
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干货|ANSYS Workbench非线性屈曲分析

在实际结构中,非线性行为、载荷扰动、几何缺陷等因素会阻止系统达到理论屈曲强度,常需要进行非线性屈曲分析。Fig. 1 ANSYS Workbench非线性曲屈分析项目流程图非线性屈曲分析是一种非线性静力分析,其在ANSYS Workbench中的实现流程如图1所示,详细分析步骤如下所述。Step 1:进行线性屈曲分析‍‍‍ 通过线性曲屈分析,获取第一阶临界载荷,参见文章: ANSYS Workbench线性屈曲分析。Fig. 2 第一阶曲屈变形云图Step 2: 调用屈曲分析结果 ‍‍‍‍流程中插入Mechani calAPDL,右击Analysis,选择Add Input File,导入事先存好的upgeom.txt文件,再次右击Analysis,选择Update。upgeom.txt中的命令流如下: ‍‍‍‍/prep7upgeom, 0.2, 1, 1, file, rstcdwrite, db, file, cdb/solu 注意:upgeom.txt文件为考虑几何缺陷命令流,缺陷为线性屈曲模态变形相对值的倍数(如0.01倍、0.1倍、0.2倍等),具体数值根据实际加工水平。 Step 3:生成初始几何模型 右击Analysis—>TransferData to New—>选择Finite Element Modeler—>右击Model—>选择Update。双击Model进入FiniteElement Modeler界面,右击Geometry Synthesis选择Initial Geometry生成初始模型。 Step 4:实现几何模型共享 右击Model—>Transfer Data to New—>选择Static Structural—>拖动Model到Finite Element Modeler的Model上实现几何共享—>右击Finite Element Modeler中的Model—>选择Update。Step 5:设置材料性能参数进入Static Structural中的材料库,选择线性屈曲分析中使用的材料,此时可设置材料塑性参数,输入弹塑性或其它类型的非线性性能。 Step 6:进行非线性屈曲分析 双击项目流程图Static Structural中的Model,进入Mechanical界面,进行如下设置:1)单元设置、网格划分、约束条件与线性屈曲分析保持一致;2)载荷略大于第一阶临界载荷,位置、方向与线性屈曲分析保持一致;3)此时也可以另外引入一个其余方向足够小的扰动载荷;4)点击Analysis Settings,进行如下设置:(a) 设置多个载荷步加载载荷,便于非线性收敛。参见前期文章:干货|ANSYS Workbench非线性不收敛解决办法;(b) 设置足够长的结束时间Step End Number,便于捕捉屈曲临界载荷;(c) 开启自动时间步长Auto Time Stepping,依次设置子步数Substeps。参见前期文章:干货 | ANSYS Workbench瞬态分析时间步设置方法;(d) 开启大变形Large Deflection,开启稳定性Stabilization为Constant;(e) 设置牛顿-拉斐森方法Newton-Raphson Option为Direct。注意:牛顿-拉斐森方法能够得到正确极限载荷,但无法分析后屈曲行为。弧长法是优秀的结构稳定性计算方法,不仅可以获得正确的载荷位移曲线,还可以分析后屈曲行为。但是,弧长法理论复杂,操作麻烦,不能与自动时间步、线性搜索同时开启,求解器类型不能使用Iterative(即PCG方法),并且该方法目前在Workbench中没有操作选项,需要添加少许命令才能实现。右击Analysis Settings,插入命令流: ARCLEN, Key, MAXARC, MINARC其中,Key为ON时开启弧长法,为OFF时关闭弧长法;MAXARC为参考弧长半径的最大乘数,默认25;MINARC为参考弧长半径的最小乘数,默认0.001。线性屈曲与非线性屈曲4) 添加Total Deformational,求解计算得到屈曲载荷位移曲线,曲线上的突变点处即为屈曲临界载荷值。来源:纵横CAE

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