ANSYS动力学分析指南模态分析 计算时间。另一个好处是只需建部分模型便可以观察整个结构的振型。循环对称结构模态分析只在 ANSYS/Multiphysics、 ANSYS/ Mechanical和 ANSYS/ Structural中可用 §1.12.1基本扇区 循环对称结构中用于建模的部分叫做基本扇区。正确的基本扇区应该满足这样的特点:即若在 全局柱坐标空间(CSYS=1)中将其重复n次,则能生成整个模型(见图4) 基本扇区 图4循环对称结构实例 §1.12.2节径 理解循环对称结构模态分析的过程,需要理解节径这个概念(这里的“节”是振动术语,而不 是有限元中的节点的“节”)。“节径”这个术语源于简单的几何体,如圆盘,在某阶模态下振动时的 表现。这时,大多数振型中将包含如图5所示的横穿整个圆盘表面的板外位移为零的线,通常称为 节径 图5节径的一些例子 对具有循环对称特征的复杂结构(如涡轮叶片组件),在振型中也许观察不到零位移线。因此 ANSYS中关于节径的数学定义是广义的,未必和横穿结构的零位移线条数相符。 节径数是确定在以等于扇区角的周向角间隔开的点处的单一自由度(DOF)值的变化的整数。 若节径数等于ND,此变化可用函数COS(ND* THETA)表示 按上面的定义,对给定的节径数,只要满足在以扇区角隔开的点处的自由度(DOF)按COS (ND* THETA)变化,则沿周向可以存在可变数目的振动波。例如,节径=0且扇区角=60度的扇区 将产生沿周向有06,12,…,6n个波形的模态。(在某些参考文献中,“模态”这个术语被用于替代上面 定义的节径,而术语节径则代表实际可观察到的沿结构周向的波形数。) §1.12.3标准(无应力)循环对称结构模态分析过程 标准(无应力)循环对称结构模态分析的过程如图6所示。有无预应力,循环模态分析都是可 以使用的。 第18页
YS动力学分析指南 模态分析 生意一循环对称结构模态分析的过程中使用了两个 ANSYS预定义的宏: CYCGEN和 CYCSOL 这两个宏都可以处理实体结构或壳单元 定义基本扇区 定义侧面组件 运行宏 CYCGEN 定义边界条件 鸷赛精缕态分析 运行宏cwcs0L 执行命令 EXPAND或 /EXPAND 图6(无应力)循环对称结构模态分析流程 在总体柱坐标系(CSYS=1)中定义循环结构的一个基本扇区模型。 基本扇区的跨角θ应当满足n0=360,n是整数。基本扇区只能由有限元单元组成,不能有超单 元。允许存在内部的耦合及约束方程。如果有边界条件,可以施加到基本扇区上,并利用 CYCGEN,'LOAD'(第4步),或者在后面(第5步)步骤施加上。 基本扇区的定义必须有如图7所示的相匹配的低(low)角度侧面和高(high)角度侧面。匹配 是指在两侧面上应有相对应的节点,且对应节点相隔的几何角度为扇区角。侧面可以是任何形状, 不必是柱坐标空间中的“平面 低角度组件 高角度组件 扇区角 图7基本扇区的定义
ANSYS动力学分析指南 模态分析 2.选择在最低度角侧面上的节点并将它们定义为一个组件。对另一侧面上的节点也可定义为一个组 件,也可以不定义。 命令: CM. LOW,NODE CMHIGH NODE(可不定义) GUI: Utility Menu>Select>Comp/Assembly>Create Component 3.选中所有图素 命令: ALLSEL GUI: Utility Menu>Select> Everything 4.运行宏 CYCGEN。该宏创建第二个扇区,并且垒加在基本扇区上。这两个扇区的节点之间存在 个恒定的偏移量(由参数NTOT指定)。它们都将用于模态分析。宏 CYCGEN会把基本扇区 中的耦合及约束方程复制到新生成的扇区中去。 命令: CYCGEN EPLOT GUI: Main Menu> Preprocessor>Cyclic Sector 指定 CYCGEN,'OAD拷贝载荷和内部耦合与约束方程到第二扇区。如果执行 CYCGEN(不带任 何参数,继续下面的第5步。如果执行 CYCGEN,LOAD,跳过第5步,从第6步继续。 5.继续在PREP7中定义所需要的边界条件。边界条件必须在两个扇区上都定义。建议按节点位置 By Location)而不要按节点号选择节点。如果没有预应力,就不必施加对称边界条件。 6.进入求解器,指定分析类型为模态分析并设置分析选项。只能采用子空间法或分块 Lanczos法进 行循环对称结构的模态分析。(参见<< ANSYS命令参考手册>>中命令 MODOPT关于使用分块 Lanczos法的选项的说明)。同时,指定要扩展的模态数。 命令: ANTYPE GUI: Main me lysis Type>Modal Main Menu>Solution>Analysis Options> Block Lanczos 7.运行宏 CYCSOL并定义节径范围和扇区角 命令: CYCSOL NDMINNDMAX, NSECTOR,LOW GUI: Main Menu>PreprocessorLoads>Modal Cyclic Sym 该命令对每个节径数i执行一次单独的特征值提取过程,其中: NDMIN和 NDMAX是感兴趣的 最低和最高节径数。合理的范围是: 若扇区角 NSECTOR为偶数,则可接受的节径数范围是0~ NSECTOR/2 NSECTOR-1 若扇区角 NSECTOR为奇数,则可接受的节径数范围是0~ 宏 CYCSOL执行分析过程(不须发 SOLVE命令),并计算固有频率和振型(若要求计算了)。 结果文件( Jobname.RST)将包含有多个载荷步( load steps),每个载荷步对应一个节径数值,第 个载荷步对应节径数NDMN,第二个对应 NDMIN+1,依次类推。最后一个载荷步对应节径数 NDMAⅩ。在每一个载荷步内,子步( substeps)对应属于当前节径数的模态。例如 NDMN=0 NDMAX=1并且要求扩展2阶模态,则结果文件会有如下内容: Load Step Substep结果项 第20页
ANSYS动力学分析指南 模态分析 节径0的第1阶模态 节径0的第2阶模态 节径1的第1阶模态 2节径1的第2阶模态 8.进入通用后处理器,扩展模型以供显示。必须指定希望扩展出的扇区数。 命令: EXPAND GUI: Main Menu>General PostProcessor> Modal Cyclic Sym 注意一命令 EXPAND也可用于得到整个模型的模态分析结果。参见<NSY命令参考手册>中 关于 EXPAND命令的更详细信息及其局限性。执行 EXPAND命令的菜单透径是 Utility Ment>Plot Cntrls>Style> Symmetry Expansion §1.12.4有预应力循环对称结构模态分析 有预应力循环对称结构模态分析的分析过程如图8所示。 除了要求先做一次静力学分析来计算基本扇区的预应力外,有预应力模态循环和无应力情形的 分析步骤基本上一样。因此第1~4步及第7、8步在两种情形中是一致的。第5和第6步的说明如 下 5.进入求解器,定义引起预应力的静载荷和边界条件。用 PSTRES命令使分析包含预应力计算, 然后求解[ SOLVE]得到静力学解 6.重新进入求解器,指定分析类型为模态分析,并设置分析选项。一定要用 PSTRES命令使分析 过程包含预应力效果 注意·在得到静力学解后坐须删除对称性边界条件。 第21页
ANSYS动力学分析指南 模态分析 PREP7 定义基本扇区 定义侧面组件 行宏 CYCGEN SOLU TION 旁豺葬荷H王预应 获取静力学解( SOLUE) PREP7 指定进行态分析并设置分 析选项,设置 PSTRES,ON 运行宏ccs0L POST1 执行命令 EXPAND或 /EXPAND 图8循环对称结构模态分析(预应力)分析过程 §1.13模态分析实例 §1.13.1飞机机翼模态分析实例 §1.13.1.1问题描述 该实例对一个飞机模型的机翼进行模态分析,以确定机翼的模态频率和振型。机翼沿长度方向 轮廓一致,横截面由直线和样条曲线定义(如图9所示)。机翼的一端固定在机体上,另一端为自由 。机翼由低密度聚乙烯制成,相关参数如下 杨氏模量=38×103psi泊松比=0.3密度=1.033e-3 slugs/in3 Slope= 0.25 D 9450 图9模型飞机机翼简图 第22页