ANSYS模态分析圆盘Word格式.docx

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3（-3,140,0）

4（-4,55,0）

5（-15,40,0）

6（-15,12,0）

R5=3

二．分析具体步骤

1.定义工作名、工作标题、过滤参数

定义工作名：

Utilitymenu>

File>

Jobname

工作标题：

ChangeTitle（姓名）

2.选择单元类型

本实验将选用六面体结构实体单元来分析，但在建模过程中需要使用四边形平面单元，所有需要定义两种单元类型：

PLANE42和SOLID45，具体操作如下：

MainMenu>

Preprocessor>

ElementType>

Add/Edit/Delete

“StructuralSolid”→“Quad4node42”→Apply（添加PLANE42为1号单元）

“StructuralSolid”→“Solid45”→ok（添加六面体单元SOLID45为2号单元）

在ElementTypes（单元类型定义）对话框的列表框中将会列出刚定义的两种单元类型：

PLANE42、SOLID45，关闭ElementTypes（单元类型定义）对话框，完成单元类型的定义。

3.设置材料属性

由于要进行的是考虑离心力引起的预应力作用下的轮盘的模态分析，材料的弹性模量EX和密度DENS必须定义。

定义材料的弹性模量EX

MaterialProps>

MaterialModels>

Structural>

Linear>

Elastic>

Isotropic

弹性模量EX＝2.1E5

泊松比PRXY＝0.3

定义材料的密度DENS

density

DENS=7.8E-9

4.实体建模

对于本实例的有限元模型，首先需要建立轮盘的截面几何模型，然后对其进行网格划分，最后通过截面的有限元网格扫描出整个轮盘的有限元模型。

具体的操作过程如下。

创建关键点操作：

Preprocessor>

Modeling>

Create>

Keypoints>

InActiveCS

列出各点坐标值Utilitymenu>

List>

Coordinateonly

由关键点生成线的操作：

Lines>

InActiveCoord

建立圆角：

LinesFillet

生成面：

Areas>

Arbitrary>

ByLines（逆时针选线）

5.划分网络

Meshing>

MeshTool

对全局进行设置。

单击SizeControls（尺寸控制区）全局设置项（Global）的Set按钮，将弹出GlobalElementSizes单元尺寸全局设置对话框在对话框中输入ElementedgeLength（单元边长度）为6。

单击SizeControls（尺寸控制区）Lines（线设置项）的按钮，将弹出ElementSizeonPickedLines（在所选线上定义单元尺寸）的拾取对话框。

用鼠标左键在图形输出窗口中拾取圆角对应的线。

单击ok按钮，将弹出ElementSizeonPickedLines（在所选线上定义单元尺寸）对话框，在对话框中输入No.ofelementdivisions（每条线将要分成的单元数）为1，设定圆角处对应的线只分一个单元。

（由于是模态分析，只要能反应出需要知道的前几阶模态就行，而不需要知道具体的应力值，所以不需要对此处进行单元细化。

）

对分网进行控制。

在分网控制区的Mesh下拉框中选定分网类型为Area（面），Shape（网格形状）设置为Quad（四边形），分网方式设置为Free（自由分网）。

对面进行分网。

在MeshTool（分网工具）对话框中单击Mesh按钮，将弹出MeshAeras（对面划分网格）拾取对话框。

从图形输出窗口中拾取创建的面，单击ok按钮。

完成网格划分。

6.出整个轮盘的有限元模型

通过将面绕轴旋转成有限元实体模型的功能，将前面建立的轮盘截面有限元网格，围绕定义的旋转轴扫掠成整个轮盘的实体有限元模型。

定义旋转轴。

可以通过定义旋转轴所在轴线上的两个关键点来，指定旋转轴的位置。

Modeling>

Create>

Keypoints>

InActiveCS

生成两个关键点20、21。

关键点20：

X,Y,Z位置分别为-10，0，0

关键点21：

X,Y,Z位置分别为10，0，0

设置单元生成选项

Operate>

Extrude>

ElemExtOpts，

弹出ElementExtrusionOptions（单元挤出选项）对话框，在对话框中的Elementtypenumber（单元类型序号）下拉框中选择2号单元SOLID45。

单元尺寸选项中的分割单元数（VAL1NO.ElemDivs）设置为18，即在挤压出的每个体上将沿周向被分成18份。

拉伸比例为0，保持等截面拉伸。

将Cleararea（s）afterext（删除原始面）设置为Yes，在挤压的单元完成之后将删除原来的面以及其上的单元。

单击ok按钮，完成对单元选项的设置。

绕轴旋转截面

AboutAxis，将弹出SweepAreasaboutAxis（绕轴扫描面）的拾取对话框。

从图形输出窗口中选择创建好的平面网格，单击拾取对话框中的按钮。

然后从图形窗口中选取定义旋转轴的关键点20，21，单击ok按钮，将弹出SweepAreasaboutAxis对话框，在对话框中输入旋转角度为（Arclengthindegrees）360，No.ofvolumesegments（一周创建体的数目）为4，单击ok按钮。

创建如图所示的整个盘的有限元模型。

观察创建的网格形式。

UtilityMenu>

Plot>

Element，图形窗口中将会显示出由平面网格扫掠而成的实体单元网格情况。

存盘，SAVE_DB。

至此，完成了创建轮盘有限元模型的所有工作。

7.节点的坐标变换

根据轮盘的工作情况其约束条件为盘心轴向和周向约束，这种约束条件在直角坐标系下无法定义，而柱坐标下可以非常方便地定义。

根据ANSYS程序中坐标系的定义规则，需要将柱坐标系的Z轴和旋转轴重合，Y轴表示转角，X轴表示径向。

ANSYS程序提供的全局柱坐标系不满足要求。

通常可以有两种办法来解决这个问题：

重新建立一个柱坐标系使其的Z向和旋转轴一致。

具体操作过程如下：

WorkPlane>

OffsetWPbyIncrements，弹出OffsetWP（工作平面偏移）菜单,拖动Degrees滑动条，将Degrees（旋转角度）值设置为90。

单击按钮，使工作平面绕Y轴正向旋转90度，单击ok按钮，将工作平面的WZ轴和总体坐标系的X轴方向重合，。

在工作平面原点创建柱坐标系。

LocalCoordinateSystems>

CreateLocalCS>

AtWPOrigin，将弹出CreateLocalCSatWPOrigin（在工作平面原点创建本地坐标系）对话框，Refnumberofnewcoordsys（新坐标系的参考序号）缺省值为11，一般就使用缺省值，也可自己设定。

在Typeofcoordinatesystem（坐标系类型）下拉框中选取Cylindrical1（柱坐标系）,其它设置为缺省值。

单击ok按钮。

将完成要求的柱坐标系的创建，并且将新建坐标系定义为当前激活坐标系。

将所有节点移到当前柱坐标系中。

Nodes>

RotateNodeCS>

ToActiveCS将弹出RotateNodesintoCS菜单。

在菜单中单击按钮，将所有的节点都移到当前激活柱坐标系下。

8.进行静力分析

由于对轮盘模态的分析需要考虑离心力引起的应力对模态的影响，所以需要先对其进行静力分析，求解出离心力产生的应力，及其对刚度阵的影响，将结果写入数据库文件。

有预应力的轮盘静力分析具体过程如下。

指定分析类型及分析选项

a．MainMenu>

Solution>

NewAnalysis→“Static”

b．MainMenu>

Sol’nControls，将弹出求解控制（SolutionControls）对话框。

单击标签“Basic”，在CalculatePrestresseffects选项前打“√”。

打开预应力选项。

单击OK

定义边界条件和转速

对于本实例分析的轮盘，由安装条件知道其边界条件应该是，在轮盘盘心的节点轴向和周向固定，而径向自由。

其离心载荷是由于高速旋转产生的，因此需要在分析时指定轮盘的旋转速度，具体操作过程如下：

a．将要加载模型放大。

在图形窗口中选取盘心部分，对其进行放大，以便在加载时能够准确地选择所要加载的模型元素（本实例为节点）。

b．定义约束MainMenu>

DefineLoads>

Apply>

Structural>

Displacement>

OnNodes，将弹出ApplyU,ROTonNodes（给节点施加约束）对话框，单击对话框中的Circle单选按钮，选用圆形区域选择方式（因为需要约束的为盘心节点）。

将光标移至盘心，按住鼠标左键并拖动光标，在图形窗口中将会出现一个选择用的圆形选择框随光标移动，当圆形框刚好将盘心所有的第一排节点选中，而没有选择第二排节点时