Ansys 第13例弦的横向振动转子的固有频率分析文档格式.docx
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阶次
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10
频率Hz
253.2
506.4
759.6
1012.8
1266.
1519.2
1772.4
2025.6
2278.8
2532.0
13.3分析步骤
13.3.1改变任务名
拾取菜单UtilityMenu→File→ChangeJobname，弹出如图13-2所示的对话框，在“[/FILNAM]”文本框中输入EXAMPLE13，单击“OK”按钮。
图13-2改变任务名对话框
13.3.2选择单元类型
拾取菜单MainMenu→Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete，弹出如图13-3所示的对话框，单击“Add…”按钮，弹出如图13-4所示的对话框，在左侧列表中选“StructuralLink”，在右侧列表中选“3Dfinitsta180”，单击“OK”按钮，最后单击如图13-3所示对话框中的“Close”按钮。
13.3.3定文材料模型
拾取菜单MainMenu→Preprocesso→MaterialProps→MaterialModels，弹出如图13-5所示的对话框，在右侧列表中依次拾取“Structural”、“Linear”、“Elastic”、“Isotropic”，弹’出如图13-6所示的对话框，在“EX”文本框中输入2e11（弹性模量），在“PRXY”文本框中输入0.3（泊松比），单击“OK”按钮；
再拾取右侧列表中“Structural”下的“Density”项，弹出如图13-7所示的对话框，在“DENS”文本框中输入7800（密度），单击“OK"
，按钮，然后关闭如图13-5所示的对话框。
图13-3单元类型对话框
图13-4单元类型库对话框
图13-5材料模型对话框
图13-6材料特性对话框
图13-7定义密度对话框
13.3.4定文实常数
拾取菜单MainMenu→Preprocessor→RealConstants→Add/Edit/Delete，弹出如图13-8所示的对话框，单击“Add．．，”按钮，弹出如图13-9所示的对话框，在列表中选择“Type1LINK180”，单击“OK”按钮，弹出如图13-10所示的对话框，在“AREA”文本框中输入le-6，单击“OK”按钮，返回图13-8所示的对话框，单击“Close”按钮。
图13-8定义实常数对话框
图13-9选择单元类型对话框
图13-10设置实常数对话框
当单元特性对实体特性表达不充分时，需要用实常数进行补充说明。
13.3.5创建关键点
拾取菜单MainMenu→Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→InActiveCS，弹出如图13-11所示的对话框，在“NPT”文本框中输入1，在“X，Y，Z”文本框中分别输入0,0,0，单击“Apply”按钮；
再在“NPT”文本框中输入2，在“X,Y，Z”文本框中分别输入1，0，0，单击“OK”按钮。
图13-11创建关键点对话框
3.3.6创建直线
拾取菜单MainMenu→Preprocessor→Modeling→Create→Lines→Lines→StraightLine,弹出拾取窗口，拾取上一步所创建的关键点1和2，单击”OK“按钮。
13.3.7划分单元
拾取菜单MainMenu→Preprocessor→Meshing→MeshTool，弹出如图13-12所示的对话框，单击“SizeControls”区域中“Lines”后面的“Set”按钮，弹出拾取窗口，拾取上一步所创建的直线1，单击“OK”按钮，弹出如图13-13所示的对话框，在“NDIV”文本框中输入50，单击“OK”按钮；
再单击如图13-12所示对话框中“Mesh”区域的“Mesh”按钮，弹出拾取窗口，拾取直线1，单击“OK”按钮。
图13-12划分单元工具对话框
图13-13单元尺寸对话框
从下一步开始进行静力分析，把预应力加到结构上，用预应力来模拟张紧力。
13.3.8显示关键点号
拾取菜单UtilityMenu→PlotCtrls→Numbering，如图13-14所示的对话框，将关键点号打开，单击“OK”按钮。
图13-14图号控制对话框
13.3.9显示直线
拾取菜单UtilityMenu→Plot→Lines.
13.3.10施加约束
拾取菜单MainMenv→Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→OnKeypoints，弹出拾取窗口，拾取关键点1，单击“OK”按钮，弹出如图13-15所示的对话：
1，框，在“Lab2”列表中选择“A11DOF”，单击“Apply”按钮；
再次弹出拾取窗口，拾取关键点2，单击“OK”按钮，再次弹出如图13-15所示的对话框，在“Lab2”列表中选择“UY”、“UZ”，单击“OK”按钮。
图13-15施加约束对话框
13.3.11施加载荷
拾取菜单MainMenu→Solution→DefineLoads→Apply→StructuraI→Force/Monent→OnKeypoints，弹出拾取窗口，拾取关键点2，单击“OK”按钮，弹出如图13-16所示的对话框，选择“Lab”为“FX”，在“VALUE”文本框中输入2000，单击“OK”按钮。
图13-16施加载荷对话框
13.3.12打开预应力效果
在如图13-17所示的ANSYS命令行中输入“pstres，on”，然后回车。
图13-17ANSYS命令行
该命令的菜单路径为MainMenu→Solution→AnalysisType→AnalysisOptions，如果该菜单项未显示在界面上，可以拾取菜单MainMenu→Solution→UnabridgedMenu，以显示MainMenu→Solution下的所有菜单项。
13.3.13求解
拾取菜单MainMenu→Solution→Solve→CurrentLS，单击“SolveCurrentLoadStep"
对话框中的"
OK”按钮。
当出现“Solutionisdone!
”提示时，静应力分析结束。
从下一步开始进行模态分析。
13.3.14指定分析类型
拾取菜单MainMenu→Solution→AnalysisType→NewAnalysis，弹出如图13-18所示的对话框，选择“TypeofAnalysis”为“Modal”，单击“OK”按钮。
图13-18制定分析类型对话框
13.3.15指定分析选项
拾取菜单MinMenu→Solution→AnalysisType→AnalysisOptions，弹出如图13-19所示的对话框，在“No．ofmodestoextract”文本框中输入20，选择“PSTRES”为“Yes”，单击“OK”按钮，弹出“BlockLanczosMethod”对话框，单击“OK”按钮。
图13-19模态分析选项对话框
13.3.16指定要扩展的模态数
拾取菜单MainMenu→Solution→LoadStepOpts→Expansionpass→SingleExpandExpandmodes，弹出如图13-20所示的对话框，在“NMODE”文本框中输入20，单击”OK“按钮。
13.3.17施加约束
拾取菜单MainMenu→Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→OnKeypoints，弹出拾取窗口，拾取关键点2，单击“OK”按钮，弹出如图13-15所示的对话框，在“Lab2”列表中选择“A11DOF”，单击“OK”按钮。
13.3.18求解
拾取菜单MainMe→Solution→Solve→CurrentLS，单击“SolveCurrentLoadStep”对话框中的“OK”按钮。
”提示时，求解结束，即可查看结果。
13.3.19列表固有频率
拾取菜单MainMenu→GeneralPostproc→ResultsSummary，弹出如图13-21所示的窗口，列表中显示了模型的前20阶频率，与表13-1相对照，可以看出结果虽然存在一定的误差，但与解析解是基本符合的。
查看完毕后，关闭窗口。
图13-20扩展模型对话框
图13-21结果摘要
以下过程用动画观察模型的各阶振型。
13.3.20从结果文件读结果
取菜单MainMenu→GeneralPostproc→ReadResults→FirstSet。
13.3.21用动画观察模型的一阶模态
拾取菜单UtilityMenu→PlotCtrls→Animate→ModeShape，弹出如图13-22所示的对话框，单击“OK”按钮。
观察完毕，单击“AnimationController”对话框中的“Close”按钮。
图13-22模态动画对话框
13.3.22观察其余各阶模态
拾取菜单MainMenu→GeneralPostproc→ReadResults→NextSet，依次将其余各阶模态的结果读入，然后重复步骤13.3.21。
第14例循环对称结构模态分析实例—转子的固有频率分析
本例介绍了利用ANSYS对循环对称结构进行模态分析的方法、步骤和过程。
14.1概述
对于像直齿轮、涡轮、叶轮等具有循环对称性的结构，可以通过仅分析结构的一个扇区来计算整个结构的固有频率和振型，这样可以极大地节省计算容量，提高计算效率。
14.1.1基本概念
掌握ANSYS循环对称结构模态分析，必须了解一些基本概念。
（1）基本扇区：
基本扇区是整个结构沿圆周的任意一个重复部分，整个结构可以被看做是由基本扇区沿圆周重复若干次得到的。
2）．节径（NodaIDiameter）：
节径指的是结构的振型中贯穿整个结构的零位移线，如图14-1所示。
图14-1节径
（3）谐波指数（HarmonicIndex）：
谐波指数等于振型中的节径数目，循环对称结构模态分析按谐波指数来确定载荷步。
14.1.2循环对称结构糢态分析的步骤
（1）建立基本扇区的几何模型。
（2）指定对称循环分析。
指定对称循环分析就是用CYCLIC命令初始化对称循环分析并生成相应数据，该命令可以自动检测得到对称循环的各种信息，如边缘组成、对称循环次数及扇区角度等。
（3）划分单元。
（4）施加约束，求解。
在该步骤中，需要对分析类型、模态分析选项、扩展模态选项、对称循环选项进行设置，施加位移约束，进行求解。
（5）查看结果。
为了查看整个结构的结果，需要先执行/CYCEXPAND命令，将基本扇区扩展成一个360。
的模型。
14.2问题描述
形状对称循环的刚性转子尺寸如图14-2所示，已知其内孔全约束，现对其进行模态分析。
图14-2转子
14.3分析步骤
14.3.1改变任务名
拾取菜单UtilityMenu→File→ChangeJobname，弹出如图14-3所示的对话框，在“[/FILNAM]”文本框中输入EXAMPLE14，单击“OK”按钮。
图14-3改变任务名对话框
14.3.2选择单元类型
拾取菜单MainMenu→Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete，弹出如图14-4所示的对话框，单击“Add…”按钮，弹出如图14-5所示的对话框，在左侧列表中选“StructuralShell”，在右侧列表中选“3D4node181”，单击“OK”按钮，最后单击如图14-4所示对话橙砷的“Close”按钮。
图14-4单元类型对话框
图14-5单元类型库对话框
14.3.3定义村料模型
拾取菜单MainMenu→Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels，弹出如图14-6量所示的对话框，在右侧列表中依次拾取“Structural”、“Linear”、“Elastic”、，‘lsotropic”，弹出如图14-7所示的对话框，在“EX”文本框中输入2e11（弹性模量），在“PRXY”文本框中输入0.3（泊松比），单击“OK”按钮；
再拾取右侧列表中“Structural”，下的“Density”，项，弹出如图14-8所示的对话框，在“DENS”文本框中输入7800（密度），单击“OK”l按钮。
然后关闭如图14-6所示的对话框。
图14-6材料模型对话框
图14-7材料特性对话框
图14-8定义密度对话框
14.3.4定义壳截面
拾取菜单MainMenu→Preprocessor→Sections→Shell→Lay-up→Add/Edit，弹出如图14-9所示的对话框，在“Thickness”文本框中输入0.005（壳厚度），单击“OK”按钮。
图14-9创建壳截面
14.3.5显示面号
拾取菜单UtilityMenu→PlotCtrls→Numbering，弹出如图14-10所示的对话框，将AreaNumbers（面号）打开，单击“OK”按钮。
图14-10图号控制对话框
14.3.6创建圓形面
拾取菜单MainMenu→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Circle→PartialAnnulus，弹出如图14-11所示的对话框，在“WPX”、“WPY”、“Rad-1”、“Theta-1”、“Rad-2”、“Theta-2”文本框中分别输入0，0，0.2，-18,0.05,18，单击“Apply”按钮；
再次弹出如图14-11所示的对话框，在"
WPX“、”WPY”、“Rad-1”文本框中分别输入0.09，0，0.01，单击“Apply”按钮；
再次弹出如图14-11所示的对话框，在“WPX”、“WPY”、“Rad-1”文本框中分别输入0.14266，0.04635，0.02，单击“Apply”按钮；
再次弹出如图14-11所示的对话框，在“WPX"
、“WPY”、“Rad-1”文本框中分别输入0.14266，-0.04635，0.02，单击“OK”按钮。
14.3.7作布尔减运算，形成基本扇区
拾取菜单MainMenu→Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Subtract→Areas,弹出拾取窗口，拾取面1（扇形面），单击“OK”按钮；
再次弹出拾取窗口，单击“PickAll”按钮。
14.3.8指定对称循环分析
拾取菜单MainMenu→Preprocessor→Modeling→CyclicSector→CyclicModel→AutoDefined，弹出如图14-12所示的对话框，单击“OK”按钮。
图14-11创建圆形面对话框
图14-12自动定义循环扇区对话框
14.3.9划分单元
拾取菜单MainMenu→Preprocessor→Meshing→MeshTool，弹出如图14-13所示的对话框，本步骤操作均在此对话框下进行。
选中“SmartSize”（智能），选择其下方滚动条的值为4（智能尺寸级别）：
单击"
SizeControls”区域中"
Global”后面的“Set”按钮，弹出如图14-14所示的对话框，在“SIZE”文本框中输入0.005，单击“OK”按钮；
再在“Mesh”区域，选择单元形状为“Quad”（四边形），选择划分单元的方法为“Free”（自由），单击“Mesh”按钮，弹出拾取窗口，拾取面5，单击“OK”按钮，最后关闭如图14-13所示的对话框。
图14-13划分单元工具对话框
图14-14单元尺寸对话框
14.3.10打开循环对称分析扩展选项
拾取菜单UtilityMenu→-PlotCtrls→Style→SymmetryExpansion→CyclicExpansion，弹出如图14-15所示的对话框，选择下拉列表框“OPTION”为“On”，单击“OK”按钮。
图14-15循环对称分析扩展对话框
14.3.11重画图形
拾取菜单UtilityMenu→Plot→Replot。
14.3.12指定分析类型
拾取菜单MainMenu→Solution→AnalysisType→NewAnalysis，弹出如图14-16所示的对话框，选择“TypeofAnalysis”为“Modal”，单击“OK”按钮。
图14-16制定分析类型对话框
14.3.13指定分析选项
拾取菜单MainMenu→Solution→AnalysisType→AnalysisOptions，弹出如图14-17所示的对话框，在“No.ofmodestoextract”文本框中输入5，单击“OK”按钮，随后弹出“BlockLanczosMethod"
对话框，单击“OK”按钮。
图14-17模态分析选项对话框
14.3.14指定要扩展的模态数
拾取菜单MainMenu→Solution→LoadStepOpts→Expansionpass→SingleExpand→Expandmodes，弹出如图14-18所示的对话框，在“NMODE”文本框中输入5，单击“OK”按钮。
图14-18扩展模态对话框
14.3.15施加约束
拾取菜单MainMenu→Solution→DefineLoads→ApplyStructural→Displacement→OnLines，弹出拾取窗口，拾取线3（步骤14.3.7所创建的基本扇区内孔），单击"
OK”按钮，弹出如图14-19所示的对话框，在列表中选择“AllDOF"
，单击“OK”按钮。
图14-19在线上施加约束对话框
14.3.16求解
拾取菜单MainMenu→Solution→Solve→CurrentLS，单击“SolveCurrentLoadStep"
对话框中的“OK”按钮。
图14-20结果摘要
14.3.17列表固有频率
拾取菜单MainMenu→GeneralPostprocdResultsSummary（Freqordered），弹出如图14-20所示的窗口，列表中显示了整体结构的各阶频率。
读者可利用14.5节所提供的命令流对整体结构进行模态分析，并对两种方法的计算精度、计算效率进行对比。
14.3.18从结果文件读结果
拾取菜单MainMenu→GeneralPostproc→ReadResults→ByPick，弹出如图14-21所示的对话框，在列表中选择“Set6”，单击“Read”按钮，再单击”Close“按钮。
图14-21读结果文件对话框
14.3.19查看变形
拾取菜单MainMenu→GeneralPostproc→PlotResults→ContourPlot→NodalSolu,弹出如图14-22所示的对话框，在列表中依次选择“NodalSolution→DOFSolution→Displacement→vectorsum”，单击“OK”按钮，结构变形结果如图14-23所示。
图14-22用等高线显示节点结果对话框
图14-23结果变形
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