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。来源：一起CAE吧
