感知結(jié)構(gòu)概念-連續(xù)梁的振型及其固有頻率-ANSYS模態(tài)分析

2017-02-28 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

導(dǎo)讀:模態(tài)分析用于確定結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性,即結(jié)構(gòu)的自振頻率和振型等。動(dòng)力學(xué)問題盡量用國(guó)際單位制:m、N、Pa。

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一、模型演示

本實(shí)驗(yàn)演示了一個(gè)連續(xù)梁的前兩階振型。

取一個(gè)長(zhǎng)塑料條握住其一端。慢慢地左右搖動(dòng),就會(huì)產(chǎn)生圖a所示的第1階振型。

以同樣的方式快速搖動(dòng),就會(huì)產(chǎn)生圖b所示的第2階振型。

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(a) 第1階振型

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(b) 第2階振型

模型演示圖片來(lái)源:英國(guó)曼徹斯特大學(xué)季天健教授。

二、定義和概念

自由振動(dòng):處于靜止、穩(wěn)定、平衡位置的結(jié)構(gòu)受到初位移或初速度擾動(dòng)后產(chǎn)生的不受任何外部因素干擾的振動(dòng)。

振動(dòng)周期:無(wú)阻尼系統(tǒng)完成一個(gè)自由振動(dòng)循環(huán)所需的時(shí)間。

固有頻率:無(wú)阻尼系統(tǒng)在一秒內(nèi)完成振動(dòng)循環(huán)的次數(shù),它是振動(dòng)周期的倒數(shù)。

模態(tài)分析:用于確定結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性,即結(jié)構(gòu)的自振頻率和振型等。

ANSYS可進(jìn)行一般結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析、有應(yīng)力模態(tài)分析、大變形有應(yīng)力模態(tài)分析、循環(huán)對(duì)稱結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析、有應(yīng)力循環(huán)對(duì)稱結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析、無(wú)阻尼和有阻尼結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析等。

三、問題描述

鋼板尺子長(zhǎng)度50cm,寬度39mm,厚度1.2mm。彈性模量E= 200 GPa,泊松比u =0.3,密度7800 kg/m3。分別受以下4種約束作用:(1)兩端鉸支,(2)一端固支一端自由,(3)一端固支一端鉸支,(4)兩端固支。計(jì)算在各種約束情況下的振型及其固有頻率。固支也稱為固定。

對(duì)于這4種約束作用,對(duì)應(yīng)的解析解、邊界條件和ANSYS解見下圖所示,單位Hz。

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四、GUI步驟

1.進(jìn)入ANSYS

程序→ ANSYS → ANSYS Product Launcher → 改變working directory到指定文件夾 → 在jobname輸入:file→ Run。

2.定義單元屬性

(1)定義單元類型:

①指定BEAM188單元:MainMenu >Preprocessor >Element Type >Add/Edit/Delete →Add →在左列表框中選擇Beam,在右列表框中選擇2 node 188 →OK。

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②設(shè)置單元選項(xiàng):Options→Element behavior K3:CubicForm(三次形函數(shù)) →OK。默認(rèn)情況下Element behavior是一次形函數(shù),為了提高計(jì)算精度和減少單元個(gè)數(shù),改成三次形函數(shù)。

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(2)定義截面:MainMenu >Preprocessor >Sections >Beam >Common Sections →ID:1,在Sub-Type下拉框選擇指定的矩形截面圖形,B:1.2e-3,H:39e-3,NB:0,NH:0→Meshview →OK。Nb和Nh是橫截面的份數(shù),截面默認(rèn)分2份。

(3)設(shè)置材料屬性

①?gòu)椥阅Ａ亢筒此杀?MainMenu > Preprocessor > Material Props > Material Models → Structural→Linear →Elastic → Isotropic → EX:2e11,PRXY:0.3→ OK。

②密度:MainMenu > Preprocessor > Material Props > Material Models → Structural →Density →DENS:7800→ OK。

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3.建立幾何模型

(1)生成關(guān)鍵點(diǎn):Main Menu>Preprocessor >Modeling >Create >Keypoints >In Active CS →依次輸入關(guān)鍵點(diǎn)的編號(hào)和坐標(biāo):1 (0,0,0),2 (0,500e-3,0)→OK。

(2)創(chuàng)建直線:Main Menu >Preprocessor>Modeling >Create >Lines >Lines >Straight Line →拾取關(guān)鍵點(diǎn)K1和K2→OK。

4.劃分網(wǎng)格

(1)設(shè)置線的單元屬性:MainMenu >Preprocessor >Meshing >Mesh Tool →在Element Attributes下方選擇Lines Set→ 拾取線1→OK →選擇MAT:1,TYPE:1,SECT:1→OK。單元類型編號(hào)、截面編號(hào)和材料編號(hào)只有一種,可默認(rèn),不需要指定,此步驟可省略。

(2)設(shè)置單元尺寸:MainMenu >Preprocessor >Meshing >Mesh Tool →在Size Controls下方選擇Global Set →SIZE:10e-3→OK。每10mm劃分一個(gè)單元。

(3)劃分梁?jiǎn)卧?MainMenu >Preprocessor >Meshing >Mesh Tool →Mesh:Lines→ Mesh → Pick All。

5.施加邊界條件

(1)施加約束:MainMenu >Solution >Define Loads >Apply >Structural >Displacement >On Keypoints →拾取關(guān)鍵點(diǎn)K1 → OK → Lab2:ALL→ OK。以一端固定一端自由為例。

(2)求解前保存模型:UtilityMenu > Files > Save as → 輸入file1.db→ OK。

6.模態(tài)分析求解

(1)指定分析類型為模態(tài)分析:MainMenu >Solution >Analysis Type >New Analysis → Modal → OK。重要步驟!

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(2)設(shè)置模態(tài)分析選項(xiàng):MainMenu >Solution >Analysis Type >Analysis Options → Mode extraction method:Block Lanczos(模態(tài)提取方法,默認(rèn));No. of modes to extract(模態(tài)提取階次):6;NMODE No. of modes to expand(模態(tài)擴(kuò)展階次):6→OK。重要步驟!想看前幾階就輸入前幾階。