ANSYS案例分析.docx

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ANSYS案例分析

汽车悬挂系统模态分析

悬挂系统就是指由车身与轮胎间的弹簧和避震器组成整个支持系

统。

悬挂系统应有的功能是支持车身，改善乘坐的感觉，不同的悬挂设置会使驾驶者有不同的驾驶感受。

外表看似简单的悬挂系统综合多种作用力，决定着轿车的稳定性、舒适性和安全性，是现代轿车十分关键的部件之一。

④

令k|35001.62N/m,k237918.42N/m，l11.4m,l21.7m，m=1440.57kg。

，

Izz=4742.27kgm2，E=1.911011N/m2

采用2D的计算模型，使用梁单元2-DElasticBeamElements（BEAM3）来等效车身，使用弹簧单元Spring-DamperElements（COMBIN14）来等效车体的前后悬架支撑，使用质量块单元StructuralMassElement（MASS21）来等效车身质量。

（1）进入ANSYS（设定工作目录和工作文件）

filetChangeJobnamAVehiclesuspensionsystem

ACliorqeJobnarre

（2）设置计算类型

ANSYSMainMenu:

Preferences…fStructuralfOK

r

APreferencesforGLI[FIfering

■

ir

[KE¥W][/PME.TM|PreferencesforGUIFilteringIndividualdiscipline^）toshowintheGUI

1*Structural

Thermal

1rANSVSHukJ

厂FLOTF?

ANCFD

EleclfurTidg^rLit.:

\Magnetic-Nodal

1Magnetic-Edge

HighFrequency:

rUectric

rNote:

Ifnoindividualdisciplinesareselectedtheyv/i\\创1show.

bDisciplineoptions

倚h'Method

厂p-Method5truct„

pMethodEl^cIff-

OK

Cancel

Hel^

（3）定义单元类型

ANSYSMainMenUPreprocessorfElementTypefAdd/Edit/Delete...

AddfSolidBeamf2delastic3,Apply;后选择Combination:

Spring-damper14fApply;然后选择StructuralMass:

3Dmass21fOK.选择Type2COMBIN14，单击Options，将K3设定为2-Dlongitudinal,fOK选择Type3MASS21单击Options—>K3设定为2-Dwrotinert

/VElementTypes

Detiir>&dClememTypes:

Add.«

Dckte

fOKfClose.

ALibraryodfElementTyp«

LibraryElenientTypes

StructuralM^ss

Link

11

上

l-l

Beam

Pipe

Solid

*

OnlystruelordIeleinenltypesare

EJementtype「ef已「已n匚亡number

2Delastic

plastic23

tapered543Dfinhestrain

2Delastic3

昨ply

匚ancel

Help

ALibraryotElementTypes

OnlystiuclurdlelementtypesareihowiiLibraryo

Gasket

Conrbination

ANSVSHuid

Pore-pre^ssLire

User（Matrix

Nonlinspringi39Combination40氏便volute1jgint了

Springdamper14

Elementtypereferencenumber

Apply

Cancel

OnlystructuralelementtypesareshownLibraryofElementTypes

Elementtyppnumber

OKIApplyI

IStructuralMass

3Dmass21

LinkBeam

PipeSolid

三

▼

3Dmass21

31

Cancel|

Help|I

AElementTypes

D®finedElemontTypci：

Typ@1BEAM3

Type2COMBIN14

Type3MASS21

Options...

DeleteI

Help

ACOMBIN14elementtypeoptions

OptionsforCOMBIN14,ElementTypeRef.No.2

SolutiontypeKI

|LinearSolution

DOFselectforIDbehavior

K2

|Use2/3DDOFopt

DOFselectionfor2D+3D

K3

12-Dlongitudinal

OK|

Cancel

Help

AMASS21elementtypeoptionsI

（4）定义实常数

ANSYSMainMenu:

PreprocessorRealConstants~Add/Edit/Delete...Add…选

择Type2COMBIN14OKRealConstantsSetNo.1,K:

35001.62（前悬架支撑的弹

簧系数k1=35001.62）tOk;Add…选择Type1BEAM3OKRealConstants

SetNo.2AREA:

5,IZZ:

5,HEIGHT:

5（梁单元参数，可以为任意值）tOKtAdd…t

选择Type3MASS21tOKtRealConstantsSetNo.:

3,MASS:

1440.57,

IZZ:

4742.27（质点的实常数）tOKtAdd…t选择Type1BEAM3tOKtRealConstantsSetNo.:

4（第4号实常数）AREA:

5,IZZ:

5,HEIGHT:

5（梁单元参数，可以为任意值）tOKtAdd…t选择Type2COMBIN14tOKtRealConstantsSet

k2=37918.42）tClose（关闭

No.:

5（第5号实常数），K:

37918.42（后悬架支撑的弹簧系数

RealConstants窗口）

AElementTypefor宀

Cancel

Type

1

BEAtVJ

Type

2

CXJMBINiq

Type

ChooseelementWpe:

r

/\Re^lCon^tsntSetNumberforMASS21

EleinentTypeReferenceMu.i

ReiilConstiintSetNo.

RealConsumsfor2DF/asswithRour>-lnenia（KEYO-Tf^-3；

2-DmassMASSJ/I4QL吁7

RotaryinertiaaboutZ1ZZ4742.27

Help

OK|Appty匚anceljHelp

ARealConstantsforBEAM?

ElementT/peReferenceNo.1RealConstantSetNo.

Cross-sectionailareaARiA

AreamomentofinertiaIZZ

TotalbeamheightHSGHT

SheardeflectionconstantSHEAR?

InitialstrainISTRN

Addedmass/unitlergthADDMAS

OKApply5心1

r

/\RzlConstantSetNumberforCOMBIM14

—・

ElementTypeReferen匚uNo.2

RealConstantSetNo.

b

SpringsnstantK37918.42

DampingcoefficientCV1o

Nonlineardamping匚oeffCV20

InitialLengthILENo

InitialForceIFORo

QIC|ApplyICancelHelp

（5）定义材料参数

ANSYSMainMenu:

PreprocessorMaterialPropsMaterialModelsStructural

LinearElasticIsotropicEX=1.91E11,PRXY=0.3。

OKDensity（定义材料密度）宀

DENS:

0,fOKt关闭材料定义窗口

ADefineMaterialiMod创Behavior

—

MateriiailEditFworitpHelp

MaterialModelsDefined

MMfrialModelsAwIflbie

I冃忖「/I何cxipiNiEtlFVrT

寒LinearIsotropic

aFwcrit严

虐SUuclufali>Linear

■Basdc

色Onliotropic

#AnijoTropicjbKonliried'i$Den^ty

・ThermalExpacjion.DUiirnpirig

匚irwl+twbr"k厂l；jtwi*

2J

ADensityforMalen^lNumber1

DeruityforMdteridlNumber1

Temperatures

DENS

AddTemperatureDdeteremperature

OK

Cancel

Gr^ph

Help

（6）构造车体模型

生成节点

ANSYSMainMenu:

PreprocessorfModelingfCreatefNodesfInActiveCSfNodenumber:

1,X,Y,ZLocationinactiveCS:

0,0,0Apply。

同样输入其余4个节点坐标（最左端为起始点，坐标分别为（0,0.3,0）、（1.4,0.3,0）、（3.1,0.3,0）、（3.1,0,0）OK

ACreateNodzinActiveCoominateSystem

|

|N|CreateNodesinActiveCoordinatES/stem

NODFNoderximb^r

X,Vr7Lorationin^rtiveCS

|T1\

03

THXYTH¥7,TH7X

Rotdlicni.dtyie^i）

OK

Apply

Cancel|

Help|

生成元素并分配材料类型、实常数

ANSYSMainMenu:

Preprocessor宀ModelingCreateElementsElemAttributes

tType2COMBIN14fOK

ANSYSMainMenu:

PreprocessorModelingCreateElementsAutoNumbered

fThruNodes宀点击1,2号节点，生成第1个单元宀OK

ANSYSMainMenu:

PreprocessorfModelingfCreatefElementsfElem

AttributesfMAT,1,TYPE,1Beam3,REAL,2fOK

ANSYSMainMenu:

PreprocessorfModelingfCreatefElementsfAutoNumberedfThruNodesf点击2,3号节点，生成第2个单元

ANSYSMainMenu:

PreprocessorfModelingfCreatefElementsfElemAttributesfType3MASS21REAL,3fOK

ANSYSMainMenu:

PreprocessorfModelingfCreatefElementsfAutoNumberedfThruNodesf点击3号节点，生成第3个单元

ANSYSMainMenu:

PreprocessorfModelingfCreatefElementsfElemAttributesfType1BEAM3REAL,4fOK

ANSYSMainMenu:

PreprocessorfModelingfCreatefElementsfAutoNumberedfThruNodesf点击3,4号节点，生成第4个单元

ANSYSMainMenu:

PreprocessorfModelingfCreatefElementsfElemAttributesfType2COMBIN14REAL,5fOK

ANSYSMainMenu:

PreprocessorfModelingfCreatefElementsfAutoNumbered

点击4,5号节点，

ThruNodesf

生成第

5个单元

LerrentsfromNodes

（■Pick

3

Loop

Maxinf.uru

MxnjJT.Lzn:

ListofItens

佩I

LlementsfromNodes

Eltifneinsfurn

厂mFiclc

•卩icit

SingleC

「Pol宇gcrtL「Citc*1F厂Loop

Ccunt

20

Define^ttribute^for#lemen也

tTYPE]ElemenlLtypenumber

1BEAM3

rIMAT]Mateii

1

J

[REAL]Realconstantnumber

4d

[ESV&]Elementcoordinatesyt

0▼

[SECNUM]Sectionnumber

Mcwifd^fin^d

[TSHAP]|Targetelement.sJliape

Straightline

"l

|L理：

1cz|

Help

AFementAttrbirjps

AFementMrbirw?

（7）模型加约束

Minimum

NedeMo.

i*Li幵ofItenia

MinrTne

Cancel

^FFiy

Help

ElementsfrorrNodes

（•Pick

（«*Single

CP^Iycorj

「Loop

CUnpick

CClrc^Je

Coun匸=0

l-faxiimit■20

MiniiEUJi=1

NsdeNea=

（«LiatofTtRitB

「Min,HsiiMrTnc

ANSYSMainMenu:

SolutionDefineLoadsApply-StructuralDisplacement

OnNodes宀选取1,5号节点OK选择Lab2:

UX,UYApply;选取3号节点tOKt选择Lab2:

UXOK

ApplyUbROTonNcdesi

i*txcl

CnguH

i*Single

r旧曰墓

厂F^I^QSi

rso

Cciroit

Carat

■£

■5

忡宴輕iwqn

■1

—

4LiftC£IlbM

CSlftpK&x.IM

J

iTsT

ox

Carieel

i|All

AApplyU.RQTonNcdt

App■;U.ROTcnNodfs

[U]ApplyDisplacements（U.RO1）onNodes

Ij»h?

DDF左tob?

rnn^trsineri

Applydb

IfConstant^aluethen

VAIIJTDi^pIrKPinfiitvfllue

Cancel

三3二

*a--cel

Pic>All

Help

OKJ^piy

t»Pi=krUnplci

f*Sin-^lr厂Bon

厂Folva:

n广circle

CaunB■Q

HfljEirwn--5

Ml且Lnun-1L

N白口电已匕.=

tiLutcfIxerij

CMin^WexFTne

（8）计算分析

ANSYSMainMenu:

SolutionAnalysisTypeNewAnalysisModalOK

ANASYSMainMenu:

SolutionfAnalysisTypefAnalysisOptionsf[MODOPT]BLOCKLanczos,No.ofmodestoextractsExpandmodeshapes:

Yes,Numberofmodesto

expand:

0fOKf单出BlockLanczosMethod窗口中：

StartFreq:

0.001,EndFreq:

100fOK

ANASYSMainMenu:

SolutionfSolvefCurrentfOK

■

ABlockLanczosMethodt

-ii'

■—■一■—

[MOOOPT]OptionsforBlockLanczosModalAnalysis

FREQ3SrarrFreq（initialshift）

0.001

FREQ三EndFrequency

仙

NrmkeyNormalizemodesliapes

|Tomassmatrix

OK

Cancel

Help

J

1

i

■

ANote

Solutionisdone!

IClose1

1

1

（9）计算结果

ANSYSMainMenu:

GeneralPostprocfListResultsfDetailedsummary（读取模态频率）

r»n

A*S1ATUSCommand**—

File

ABBREUTATIQNSTATUS-

Jk

S

flBBREU

SPRING

SAUE^DB

SAUE

RESUM.DB

RESUME

QUIT

Fnc_/EXIT

PQNRffiPH

FhC_/GAfiPHICE

PftRPMETER

STATUS*（

EPARAMETERSDEFINED）

（INCLUDING

4INTERNALPARAHETERS）

NAHE

UALUE

TYPEDIMENSIONS

FREQ1

09H54S1593

SCALAR

FREO2

1

1.15758565

SCftLfiR

-

（10）命令流

/PREP7

进入前处理

ANTYPE,MODAL设定为模态分析

MP,EX,1,1.9E11定义1号材料的弹性模量

MP,DENS,1,0定义1号材料的密度，设置为零，则材料对振动不起作用

MP,PRXY,1,0.3设定1号材料的泊松比

ET,1,BEAM3选取单元类型1（梁）

ET,2,COMBIN14,,,2选取单元类型2（弹簧）

ET,3,MASS21,,,3选取单元类型3（质量块）,设置KEYOPT（3）=3

R,1,35001.62设定实常数No.1，前悬架支撑的弹簧系数k1=2400

R,2,5,5,5

设定实常数No.2，梁单元所需要的参数（这里可以设定为一个任意值）

R,3,1440.57,4742.27设定实常数No.3，MASS=100,IZZ=1600，当KEYOPT（3）=3时

R,4,5,5,5

设定实常数No.4，梁参数（任意）

R,5,37918.42设定实常数No.5，后悬架支撑的弹簧系数k2=2600

N,1生成节点1

N,2,,0.3

生成节点2

N,3,1.4,0.3生成节点3

N,4,3.1,0.3生成节点4

N,5,3.1

TYPE,2

E,1,2

MAT,1

TYPE,1

REAL,2

生成节点5

设定弹簧单元

生成前悬架支撑