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Ansys Workbench正弦振动分析

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正弦振动分析,又称谐响应分析或频率响应分析,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。

某型号太空望远镜有限元分析模型

Ansys Workbench提供了Full (完全法)、Reduced (缩减法)、Mode Superposition (模态叠加法)三种分析方法。本文以某型号太空望远镜主反射镜为例,详细讲解Ansys Workbench模态叠加法 正弦振动分析流程,步骤如下所述。

某型号太空望远镜主反射镜轻量化结构

1 模型前处理
启动Workbench,添加模态叠加法谐响应分析流程,如下图所示。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。
Ansys Workbench正弦振动分析项目流程图
2 约束模态分析
双击Model,进入Mechanical界面,设置材料,划分网格,具体参见前期文章:太空望远镜 | 大口径反射镜热力耦合仿真太空望远镜|大口径反射镜自由模态分析

某型号太空望远镜主反射镜有限元网格划分

为使约束点动力响应与试验输入条件一致,采用大质量法进行正弦振动分析,具体参见前期文章:大质量法在结构动力学分析中的应用Ansys Workbench大质量法操作流程

大质量点远程点约束

本次分析拟采用输入激励条件为:10~2000Hz,20mg。展开Modal,点击Analysis Settings,在Max Modes to Find中修改模态数量,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%。

模态阶数设置

3 正弦振动分析
Step 1:右击模型树中的Modal,选择Solve求解计算。依次添加各阶变形(total),选择Equivalent All Results。单击Total Deformation,查看分析结构的固有频率和振型。

某型号太空望远镜主反射镜前6阶模态振型
Step 2:展开Harmonic Response,单击Analysis Settings,在下方面板中分别设置频率范围(Range Minimum和Range Maximum)、频率间隔数目Solution Interval、Mode Superposition(模态叠加法)、常值阻尼比Constant Damping Ratio(阻尼系数,一般是试验得到,设为1%-4%)。

分析设置

Step 3:单击Harmonic Response,添加Acceleration,设置Base Excitation为Yes,然后选择Boundary Condition为Remote Displacement,设置加速度的数值大小Magnitude为20mg,最后选择作用方向Direction。

设置加速度激励

4 求解与后处理

Step 1: 右击Solution,添加位移Deformation、等效应力Stress等,下方面板中Orientation选择坐标轴、By选择为Maximum over Frequency。

位移响响应云图

应力响应云图

Step 2:右击Solution,选择Frequency Response,添加加速度Acceleration,图形区选择节点,下方面板中设置:

(a) Spatial Resolution选择为Use Maximum;

(b) Type设置为Directional Acceleration,Orientation选择加速度激励方向;

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

响应加速度设置

Step 3:右击Solution,选择Equivalent All Results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。分析云图可知,主反射镜一阶固有频率高于2000Hz,因此分析频率范围内无放大现象。


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来源:纵横CAE
MechanicalWorkbenchDeform振动旋转机械UM材料试验ANSYS
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:2024-10-14
最近编辑:1月前
纵横CAE
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