瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)專題-單自由度系統(tǒng)自由振動(dòng)ANSYS分析
2017-04-26 by:CAE仿真在線 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)
瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析(亦稱時(shí)間歷程分析)是用于確定承受任意的隨時(shí)間變化載荷結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的一種方法。可以用瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析確定結(jié)構(gòu)在穩(wěn)態(tài)載荷、瞬態(tài)載荷和簡(jiǎn)諧載荷的隨意組合作用下的隨時(shí)間變化的位移、應(yīng)變、應(yīng)力及力。載荷和時(shí)間的相關(guān)性使得慣性力和阻尼作用比較重要。如果慣性力和阻尼作用不重要,就可以用靜力學(xué)分析代替瞬態(tài)分析。
瞬態(tài)動(dòng)力分析用在以下的設(shè)計(jì)中:
-
承受各種沖擊載荷的結(jié)構(gòu),如:汽車(chē)中的門(mén)和緩沖器、建筑框架以及懸掛系統(tǒng)等。
-
承受各種隨時(shí)間變化載荷的結(jié)構(gòu),如:橋梁、地面移動(dòng)裝置以及其它機(jī)器部件。
-
承受撞擊和顛簸的家庭和辦公設(shè)備,如:便攜式電話、筆記本電腦和真空吸塵器等。
下面將展現(xiàn)最簡(jiǎn)單的單自由度系統(tǒng)的自由振動(dòng)的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)ANSYS分析,重點(diǎn)在于掌握瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)的分析方法,特別是時(shí)間離散中時(shí)間步長(zhǎng)的選取、初始條件的施加(本題為初位移)、時(shí)間歷程后處理等。進(jìn)行模態(tài)分析計(jì)算固有頻率,其目的是為了時(shí)間步長(zhǎng)的選取,時(shí)間步長(zhǎng)一般取固有周期的1/40~1/20,采用此方法確定復(fù)雜模型的時(shí)間步長(zhǎng)非常有用。
一、問(wèn)題描述
一個(gè)單自由度系統(tǒng)的自由振動(dòng),質(zhì)量m= 0.5 kg,剛度k=5 kN/m,初始向下受拉力,使彈簧伸長(zhǎng)0.2m,然后突然釋放,計(jì)算位移隨時(shí)間歷程響應(yīng)情況。
阻尼比取4種:
阻尼比1:ξ=0.0(無(wú)阻尼);
阻尼比2:ξ=0.02(欠阻尼);
阻尼比3:ξ=1.0(臨界阻尼);
阻尼比4:ξ=2.0(過(guò)阻尼)。
問(wèn)題分析:
單自由度系統(tǒng)采用COMBIN40建模,實(shí)常數(shù)中輸入剛度k,阻尼系數(shù)c和質(zhì)量m。采用Newmark直接積分法,時(shí)間步長(zhǎng)取固有周期1/30,約為0.002s。
阻尼比1:ξ=0(無(wú)阻尼)時(shí),阻尼系數(shù)c=0;
阻尼比2:ξ=0.02(欠阻尼)時(shí),阻尼系數(shù)c=2;
阻尼比3:ξ=1.0(臨界阻尼)時(shí),阻尼系數(shù)c=100;
阻尼比4:ξ=2.0(過(guò)阻尼)時(shí),阻尼系數(shù)c=200。
計(jì)算結(jié)果:ANSYS計(jì)算得出的固有頻率為15.915Hz,不同阻尼比條件下得出的位移隨時(shí)間變化曲線見(jiàn)下圖。
二、GUI步驟
(一)建立模型
1.進(jìn)入ANSYS
程序→ ANSYS 15.0→ ANSYS Product Launcher→ 改變working directory到指定文件夾→ 在job name輸入:file。
2.設(shè)置計(jì)算類型
Main Menu> Preferences→選擇Structural→ OK。
3.定義單元屬性
(1)定義單元類型
Main Menu> Preprocessor>Element Type> Add/Edit/Delete→ Add→ 選擇COMBIN40單元,即在左列表框中選擇Combination,在右列表框中選擇Combination 40→ OK。
(2)單元選項(xiàng)設(shè)置:選中COMBIN40單元→ Option→ 在K3中選擇UY;在K4中選擇Closegap only;在K6中選擇Mass at node J→ OK→ Close。
4.定義實(shí)常數(shù)
Main Menu> Preprocessor> Real Constants> Add→Type 1→ OK→ Real Constant Set No.:1,彈簧剛度K1:5000,阻尼系數(shù)C:2,質(zhì)量M:0.5→ OK→ Close。
5.建立模型
(1)創(chuàng)建節(jié)點(diǎn):Main Menu > Preprocessor> Create > Nodes> In Active CS→ NODE:1,X,Y,Z:0,0,0→ Apply→ NODE:2,XYZ輸入0,-0.5,0。
(2)創(chuàng)建單元:
①M(fèi)ain Menu> Preprocessor> Create> Elements>Auto Numbered> Thru Nodes→ 輸入節(jié)點(diǎn)1,回車(chē),再輸入節(jié)點(diǎn)2→ OK。第1個(gè)節(jié)點(diǎn)是節(jié)點(diǎn)I,第二個(gè)節(jié)點(diǎn)是節(jié)點(diǎn)J。
②查看單元屬性:Utility Menu> List> Elements>Nodes + Attributes。
6.施加約束
Main Menu> Solution> Define loads> Apply> Structural>Displacement> On Nodes→ 拾取節(jié)點(diǎn)1→ OK→ Lab2:UY→ OK。
7.保存模型
Utility Menu > Files > Save as→ Save Database to輸入mesh.db→ OK。
(二)模態(tài)分析,計(jì)算固有頻率
1.模態(tài)分析求解
(1) 進(jìn)入求解器:Main Menu> Solution。
(1)指定分析類型為模態(tài)分析:Main Menu > Solution >Analysis Type > New Analysis→ Modal→ OK。重要步驟!
(2)設(shè)置模態(tài)分析選項(xiàng):Main Menu > 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):2;NMODE No. of modes to expand(模態(tài)擴(kuò)展階次):2→ OK。
(3)求解:Main Menu > Solution >Solve > Current LS→ File > Close→ Solve Current Load Step→ OK→ Solutionis done→ Close。
2.后處理
列表查看各階固有頻率:Main Menu > GenenralPostproc > Results Summary→ 記錄各階固有頻率,對(duì)應(yīng)的是TIME/FREQ。單自由度只有第1階固有頻率,固有頻率為15.915Hz,固有周期1/15.915=0.0628s。
(三)瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析
1.調(diào)入模型
Utility Menu > Files > Resum from→ 選擇mesh.db→ OK。
2.瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析設(shè)置
(1) 進(jìn)入求解器:Main Menu> Solution。
(2) 設(shè)置分析類型:Main Menu> Solution>Analysis Type> New Analysis→ 選擇Transient→ OK→ 求解方法選擇Full(完全積分法)→ OK。
3.第1載荷步求解設(shè)置
(1) 求解控制設(shè)置:Main Menu> Solution> AnalysisType> Sol’n Controls。
① Basic:時(shí)間控制Time Control中, Time at end of loadstep(載荷步結(jié)束時(shí)間):1e-6;Time increment(時(shí)間增量)中Time step size(時(shí)間步長(zhǎng)):0.002;Frequency(輸出頻率)中選擇Write every Nth substep,where N=1。時(shí)間步長(zhǎng)取固有周期0.0628s/30約為0.002s。
② Transient:Full Transient Option中選擇Transient effects(瞬態(tài)影響),選擇Stepped Loading(階躍加載)。
(2) 設(shè)置初值條件:Main Menu> Solution> DefineLoads> Apply> Initial Condit'n> Define→ 拾取節(jié)點(diǎn)2→ OK→ Lab:UY;VALUE:-0.2→ OK。
(3) 保存求解前文件:Utility Menu> Files>Save as→ 輸入Load.db→ OK。
(4) 求解:Main Menu> Solution>Solve> Current LS→ File> Close→ Solve Current Load Step→ OK→ Solution isdone→ Close。
4.第2載荷步求解設(shè)置
(1) 求解控制設(shè)置
Main Menu> Solution> Analysis Type> Sol’nControls→ Basic:時(shí)間控制Time Control中,Time at end of loadstep:4.5*0.0628。
(2) 求解:Main Menu> Solution>Solve> Current LS→ File> Close→ Solve Current Load Step→ OK→ Solution isdone→ Close。
5.時(shí)間歷程后處理
(1) 進(jìn)入時(shí)間歷程后處理器:Main Menu> TimeHistPostpro。
(2) 定義位移隨時(shí)間變化變量:Main Menu> TimeHist Postpro> VariableViewer→ 選擇紅色方框中的按鈕→ DOF Solution→ Y-Component of displacement→ OK→ 輸入節(jié)點(diǎn)2→ OK。
(3)顯示位移隨時(shí)間變化曲線:Main Menu> TimeHistPostpro> Variable Viewer→ 選中UY_2→ 選擇紅色方框中的按鈕。
(4)列表顯示位移隨時(shí)間變化數(shù)據(jù):Main Menu> TimeHistPostpro> Variable Viewer→ 選中UY_2→ 選擇紅色方框中的按鈕。
三、ADPL步驟
k1=5e3 !剛度
m1=0.5 !質(zhì)量
pi=acos(-1)
fre1=(1/(2*pi))*(k1/m1)**0.5 !固有頻率,Hz
T1=1/fre1 !固有周期,s
Dt= T1/30
kesi=0.02 !阻尼比或相對(duì)阻尼系數(shù)0/0.02
c1=2* Kesi*( m1*k1)**0.5 !阻尼系數(shù)
/PREP7 !進(jìn)入前處理器
ET,1,COMBIN40 !單元類型
KEYOPT,1,3,2 !單元的自由度UY
KEYOPT,1,4,1 !關(guān)閉間隙
KEYOPT,1,6,2 !質(zhì)量在J節(jié)點(diǎn)
R,1,k1,c1,m1 !彈簧剛度、阻尼系數(shù)和質(zhì)量
N,1,0,0,0 !創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)1
N,2,0,-0.5,0 !創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)2
E,1,2 !創(chuàng)建單元
D,1,UY !施加約束
FINISH !退出前處理器
SAVE,mesh,db, !保存模型
/SOLU !進(jìn)入求解器
ANTYPE,2 !模態(tài)分析
MODOPT,LANB,2 !提取前2階
MXPAND,2, , ,0 !擴(kuò)展前2階
SOLVE !求解
FINISH !退出求解器
/POST1 !通用后處理
SET,LIST !列固有頻率結(jié)果
RESUME, mesh,db, !讀入模型
/SOLU !進(jìn)入求解器
ANTYPE,TRANS !瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析
TRNOPT,FULL !完全積分法
TIME,1E-6 !第1載荷步
DELTIM, T1/30 !積分時(shí)間步長(zhǎng)
OUTRES,ALL,1 !輸出每步結(jié)果
KBC,1 !階躍加載
IC,2,UY,-0.2 !初始條件
SOLVE !求解
TIME,4.5*T1 !第2載荷步
SOLVE !求解
FINISH !退出求解器
/POST26 !進(jìn)入時(shí)間歷程處理器
FILE,,RST !調(diào)入結(jié)果文件
NSOL,2,2,U,Y,1UY !節(jié)點(diǎn)2的Y向位移
NPRINT,1 !每1個(gè)點(diǎn)打印1次
PRVAR,2 !畫(huà)圖顯示曲線
/XRANGE,0,4.5* T1 !X軸范圍
PLVAR,2 !畫(huà)圖顯示曲線
相關(guān)標(biāo)簽搜索:瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)專題-單自由度系統(tǒng)自由振動(dòng)ANSYS分析 Ansys有限元培訓(xùn) Ansys workbench培訓(xùn) ansys視頻教程 ansys workbench教程 ansys APDL經(jīng)典教程 ansys資料下載 ansys技術(shù)咨詢 ansys基礎(chǔ)知識(shí) ansys代做 Fluent、CFX流體分析 HFSS電磁分析 Abaqus培訓(xùn)