实验四五结构静力分析与ANSYS模态分析Word文档下载推荐.docx
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为了选择合适的网格化类型，首先我们拿圆的结构进行一下比较，最后选择比较接近理论计算的网格化类型，通过比较，我们知道映射网格化类型比较优越，所以后面的两种类型膜结构选择了映射网格化。
四、实验内容和步骤
圆形薄膜1
1.
先建立一个圆形薄膜：
MainMenu>
Preprocessor>
modeling>
Create>
volumes>
solidcylinder.弹出以个对话框如图，输入数据如图4-1，单击OK.
图4-1
2.设置单元类型：
MainMenu>
elementtype>
add/edit/delete,弹出一个对话框，点击add,显示libraryofelementtype对话框如图：
在libraryofelementtype下拉列表框中选择structuralsolide项，在其右侧下拉表框中选择brick8node45选项，单击OK.在点击close.如图4-2.
图4-2
3.设置材料属性：
materialprops>
materialmodels,弹出一个对话框，在materialmodelsavaiable下面的对话框中双击打开structural>
linear>
elastic>
isotropic，又弹出linearisotropicpropertiesformaterialNumber1对话框，在EX后面输入1.9E11，在PRXY后面输入栏中输入0.3，在双击density,在DENS后面输入2.33e3,单击OK。
然后单击material>
exit,完成材料属性的设置。
如图4-3.
图4-3
4.设置单元尺寸：
meshing>
meshtool,弹出一个对话框，单击Global中的SET按钮，弹出Globalelementsizes对话框，输入size=5e-006,然后单击OK。
如图4-4.
图4-4
5..采用自由式网格化生成单元：
meshtool弹出一个对话框，选择Shape后面的Tet,Free,.然后单击Mesh..在拾取图形，在单击OK。
如图4-5.
图4-5
6.施加约束：
solution>
defineloads>
apply>
structural>
displacement>
onareas.拾取圆的周围面，如图：
然后单击OK.又出来一个对话框，选择ALLDOF.单击OK。
如图4-6.
图4-6
7.施加载荷：
pressure>
onAreas.出现拾取框，拾取图形上垂直与Z轴并且是穿过坐标（0，0，13.887）的面如图：
然后单击OK。
出现一个对话框，在valueloadpresValus后面输入100000，单击OK。
如图4-7.
图4-7
8.求解：
solve>
curentlsLS一个信息提示框和对话框，浏览完毕后单击,单击对话框上的OK按钮，开始求解运算，当出现一个solutionisdone的信息提示框时，单击close按钮，完成求解运算。
9.保存分析结果:
utilitymenu>
as.弹出一个对话框，输入plate-resu,.单击OK按钮。
10.显示节点位移云图：
generalpostproc>
plotresults>
contourplot>
nodalsolu,出现如图对话框：
在contournodalsolutiondata对话框中选择itemtobecontoured>
nodalsolution>
dofsolution>
displacementvectorsum.然后单击OK。
生成位移云图如图4-8.
图4-8
11.显示节点应力云图：
nodalsolu，出现如图对话框：
nodalsolution>
stress>
vonmisesstress,然后单击OK。
生成应力云图如图4-9.
图4-9
圆形薄膜2
1.先建立一个圆形薄膜：
solidcylinder.弹出以个对话框如图，输入数据如图4-10，单击OK.
图4-10
在libraryofelementtype下拉列表框中选择structuralsolide项，在其右侧下拉表框中选择brick8node45选项，单击OK.在点击close.如图4-11.
图4-11
如图4-12.
图4-12
如图4-13.
图4-13
5..采用映射式网格化生成单元：
meshtool弹出一个对话框，选择Shape后面的Hex/Wedge,Sweep.然后单击Sweep.在拾取图形，单击OK。
如图4-14.
图4-14
如图4-15.
图4-15
onAreas.出现拾取框，拾取图形上垂直与Z轴并且是穿过坐标（0，0，13.887）的面，然后单击OK。
如图4-16.
图4-16
生成位移云图如图4-17.
图4-17
生成应力云图如图4-18.
图4-18
通过上面两种网格化的比较，还有通过理论计算，映射式网格化比自由式网格化更接近理论，所以后面的网格化都采取映射式网格化。
正方形膜
1.生成正方形膜：
block>
bydimensions,出现对话框并填入数据如图：
如图4-19.
图4-19
2..设置单元类型：
在libraryofelementtype下拉列表框中选择structuralsolide项，在其右侧下拉表框中选择brick8node45选项，单击OK.在点击close.如图4-20.
图4-20
isotropic又弹出linearisotropicpropertiesformaterialNumber1对话框，在EX后面输入1.9E11，在PRXY后面输入栏中输入0.3，在双击density,在DENS后面输入2.33e3，单击OK，然后单击material>
如图4-21.
图4-21
如图4-22.
图4-22
如图4-23.
图4-23
onareas.拾取正方形的周围面，如图：
如图4-24.
图4-24
出现一个对话框，在valueloadpresValus后面输入100000，单击OK.如图4-25.
图4-25
生成位移云图如图4-26.
图4-26
生成应力云图如图4-27.
图4-27
长方形膜
1.生成长方形膜：
bydimensions,出现对话框并填入数据如图4-28，然后单击OK.
图4-28
在libraryofelementtype下拉列表框中选择structuralsolide项，在其右侧下拉表框中选择brick8node45选项，单击OK.在点击close.如图4-29.
图4-29
如图4-30.
图4-30
如图4-31.
图4-31
onareas.拾取长方形的周围面，如图：
如图4-32.
图4-32
onAreas.出现拾取框，拾取图形上垂直与Z轴并且是穿过坐标（0，0，13.887）的面然后单击OK。
出现一个对话框，在valueloadpresValus后面输入100000，单击OK.如图4-33。
图4-33
curentlsLS一个信息提示框和对话框，浏览完毕后单击,单击对话框上的OK按钮，开始求解运算，当出现一个solutionisdone的信息提示框时，单击close按钮，完成求解运算
生成位移云图如图4-34.
图4-34
生成应力云图如图4-35.
图4-35
基于相同的振动膜面积，厚度和施加压力，我们可以列表如下：
振动膜几何形状
最大应力/兆帕
最大挠度/微米
圆形
31.3
0.272
长方形
31.6
0.110
正方形
39.2
0.219
从上面的对比可以发现圆形振动膜的情况最好。
在这种情况下，虽然挠度过大，但是可以通过在芯片上安装机械制动器来限制它的挠度。
从应力和挠度两个方面来看，正方形振动膜是最不好的几何形状。
但是由于它几何形状对称，很容易进行晶体切割，所以它是当今压力传感器工业中最长用的几何形状。
五、实验报告要求
1．上交电子版仿真结果。
2．总结静力学分析。
实验高速旋转轮盘模态分析
在进行高速旋转机械的转子系统动力设计时，需要对转动部件进行模态分析，求解出其固有频率和相应的模态振型。
通过合理的设计使其工作转速尽量远离转子系统的固有频率。
而对于高速部件，工作时由于受到离心力的影响，其固有频率跟静止时相比会有一定的变化。
为此，在进行模态分析时需要考虑离心力的影响。
通过该实验掌握如何用ANSYS进行有预应力的结构的模态分析。
一．问题描述
本实验是对某高速旋转轮盘进行考虑离心载荷引起的预应力的模态分析，求解出该轮盘的前5阶固有频率及其对应的模态振型。
轮盘截面形状如图所示，该轮盘安装在某转轴上以12000转/分的速度高速旋转。
相关参数为：
弹性模量EX＝2.1E5Mpa，泊松比PRXY＝0.3，密度DENS＝7.8E-9Tn/mm3。
1-5关键点坐标：
1（-10,150,0）
2（-10,140,0）
3（-3,140,0）
4（-4,55,0）
5（-15,40,0）
L=10+（学号×
0.1）
RS=5
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（个人学号）
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”→“8node45”→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>
Line
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