质量弹簧系统的谐响应分析.docx

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质量弹簧系统的谐响应分析

实验六质量-弹簧系统的谐响应分析

（感受共振）

一、实验目的

1、学会分析实际工程问题的方法

2、掌握谐响应分析分析方法

3、学会对问题的抽象处理

二、实验器材

能够安装ANSYS软件，CPU2.0GHz以上，内存1G以上，硬盘5G空间的计算机

三、实验说明

（一）谐响应分析

任何持续的周期载荷将在结构系统中产生持续的周期响应（谐响应）。

谐响应分析使设计人员能预测结构的持续动力特性，从而使设计人员能够验证其设计能否成功克服共振、疲劳及其他受迫振动引起的有害结果。

谐响应分析的目的是计算出结构在几种频率下的响应，并得到一些响应值（通常是位移）对频率的曲线。

从这些曲线上可以找到“峰值”响应，并进一步观察峰值频率对应的应力。

（二）实验问题的描述

确定如图4所示的系统中的质量块m1上施加简谐力（F1）时两个质量块（m1和m2）的振幅响应和相位角响应。

该问题的材料属性如下：

m1=m2==0.5lb-sec2/in;k1=k2=kc=200lb/in。

载荷大小如下：

F1=200lb。

弹簧的长度是任意的，只是用来定义弹簧的方向，两个质量块的自由度都是沿着弹簧方向。

如图6-1.

图6-1

四、实验内容和步骤

（一）前处理

1.定义工作名：

UtilityMenu>File>ChangeTitle,在弹出ChangeTitle的对话框，输入HarmonicResponseoftheStructure,然后单击OK按钮。

2.定义单元类型：

MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete,弹出“ElementTypes”对话框，单击Add按钮，弹出“LibraryofElementTypes”对话框，在左边的滚动条中选择Structural及其下的Combination，在右边的滚动条中选择Spring-damper14，单击Apply按钮。

如图6-2所示

图6–2

3.在左面滚动栏中选择“Structural”及其下的“Mass”，在右面的滚动栏中选中“3Dmass21”,如图6-3所示,单击Ok按钮

图6–3

4.单击“ElementTypes”对话框的Close按钮，关闭对话框，如图6-4所示.

图6–4

5.定义实常数：

MainMenu>Preprocessor>RealConstants>Add/Edit/Delete,弹出RealConstant对话框，单击Add按钮，弹出ElementTypeforRealConstants对话框，如图6-5所示.

图6–5

6.在“ElementTypesforRealConstants”对话框中单击选取“Type1COMBIN14”,单击OK按钮，如图6-6所示

图6-6

7.又在“ElementTypes”对话框中单击Add按钮,弹出“ElementTypesforRealConstants”对话框，在该对话框中选取“Type2MASS21”,单击OK按钮,如图6-7所示

图6–7

8.单击“RealConstants”对话框中的Close按钮，关闭该对话框

9.创建节点：

MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Nodes>InActiveCS,弹出如图6-8所示所示的对话框。

在输入栏中分别输入0、0、0，Apply按钮。

图6-7

10.继续在“CreateNodesinActivesCoordinateSystem”对话框中，在“NODENodenumber”后面的输入栏中输入4，在“X，Y，ZLocationinactiveCS”后面的输入栏中分别1，0，0，单击OK按钮。

如图6-9.

图6-9

11.打开节点编号显示控制：

如图6-10所示.

图6–10

12.插入新节点:

MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Nodes>FillbetweenNds,弹出一个拾取框如图6-11所示，单击OK按钮，弹出一个如图6-12的对话框，单击OK按钮。

图6-11

图6–12

13.选择菜单路径：

UtilityMenu>PlotCtrls>WindowControls>WindowOptions,弹出如图6-13所示的对话框。

最后结果如图6-14所示。

图6–13

图6–14

14.创建梁单元：

MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>AutoNumbered>ThruNodes,弹出ElementsfromNodes的拾取框。

15.用鼠标在屏幕上拾取编号为1和2的节点，单击Apply按钮，屏幕上在节点1和节点2之间出现一条直线

16.用鼠标在屏幕上拾取编号为2和3的节点，单击Apply按钮，屏幕上在节点2和节点3之间出现一条直线

17.用鼠标在屏幕上拾取编号为3和4的节点，屏幕上在节点3和节点4之间出现一条直线，单击OK按钮关闭拾取菜单，如图6-15所示

图6–15

18.设置单元属性：

MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>ElemAttributes,弹出ElementAttributes对话框。

如图4-15所示。

图6–16

19.创建质量单元：

MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Elements>AutoNumbered>ThruNodes,弹出ElementsfromNodes的拾取框。

20.用鼠标在屏幕上拾取节点2，单击Apply按钮

21.用鼠标在屏幕上拾取节点3，单击OK按钮。

（二）加载和求解

22.定义求解类型：

MainMenu>Solution>AnalysisType>NewAnalysis.出现一个对话框，选中Harmonic,单击OK按钮。

如图6-17所示。

图6–17

23.设置求解选项：

MainMenu>Solution>AnalysisType>AnalysisOptions,出现HarmonicAnalysis对话框，如图6-18所示。

图6-18

24.接着弹出FullHarmonicAnalysis对话框，单击ＯＫ按钮接受默认选项，如图6-19所示　

图6-20

25.设置输出选项:

MainMenu>Solution>LoadStepOpts>OutputCtrls>SoluPrintout,弹出SolutionPrintoutControls对话框，在FREQPrintfrequency后面单击选中Lastsubstep，单击OK按钮。

如图6-21所示.

图6-21

26.设置时间子步选项:

MainMenu>Solution>LoadStepOpts>Time/Frequenc>FreqandSubsteps,弹出HarmonicFrequencyandSubstepOptions对话框,填写如图6-22所示的内容。

图6–22

27.施加边界条件：

MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>OnNodes,出现ApplyU,ROTonNodes拾取菜单。

28.单击PickAll,弹出ApplyU,ROTonNodes对话框,在Lab2DOFstobeconstrained后面的列表中单击选中UY,单击OK按钮，如图6-23所示

图6-23

29.施加边界条件：

MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>OnNodes,出现ApplyU,ROTonNodes拾取菜单。

30.用鼠标在屏幕里拾取编号为1和4的节点，单击OK按钮，弹出ApplyU,ROTonNodes对话框，在Lab2DOFstobeconstrained后面的列表中单击一次UX选中它，同时单击一次UY消除下一步对它的选择，单击OK按钮，如图6-24所示

图6-24

31.施加载荷：

MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Force/Moment>OnNodes,出现ApplyF/MonNodes拾取菜单。

32.用鼠标在屏幕里拾取编号为2的节点，单击OK按钮，弹出ApplyF/MonNodes对话框，在LabDirectionofforce/mom后面的下拉列表中选择FX，在VALUERealpartofforce/mom后面输入200，单击OK按钮，如图6-25所示

图6-25

33.谐响应分析求解：

MainMenu>Solution>Solve>CurrentLS.

34.当求解结束时，会出现Solutionisdone的黄色提示框，单击Close关闭它。

（三）观测结果（后处理）

35.定义时域变量：

MainMenu>TimeHistPostpro>DefineVariables.DefineTime-HistoryVariables对话框出现。

如图6-26所示。

图6-26

36.单击Add按钮，弹出AddTime-HistoryVariable对话框，如图6-27所示

图6-27

37.用鼠标在屏幕内拾取编号为2的节点，单击OK按钮，弹出DefineNodalData对话框，如图6-28所示

图6–28

38.在DefinedTime-HistoryVariables对话框中单击Add按钮，再次弹出AddTime-HistoryVariable对话框。

39.接收缺省选项NodalDOFResult，单击OK按钮，弹出DefineNodalData对话框，如图6-29所示

图6-29

40.此时的DefinedTime-HistoryVariables对话框显示如图6-30所示，单击Close关闭它

图6-30

41.设置坐标：

UtilityMenu>PlotCtrls>Style>Graphs>ModifyGrid,按如图6-31所示设置。

图6–31

42.绘制变量图：

MainMenu>TimeHistPostPro>GraphVariables,弹出GraphTime-HistoryVariables对话框。

如图6-32所示。

最后绘制图如6-33所示。

图6-32

图6-33

五、实验报告要求

1．上交电子版的变量时程图。

2．体会ANSYS谐响应分析过程。