Ansys Workbench正弦振动分析
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
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
某型号太空望远镜主反射镜有限元网格划分
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
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。
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。