ANSYS 动力分析 谱分析实例
AnsysWorkbench动力学分析幻灯片
A(i) 描述了系统做第 i 阶主振动时具有的振动形态，称为第 i 阶主振型，或第 i 阶模态。
系统在各个坐标上都将以第 i 阶模态频率 ? 0i 做简谐振动，并且同时通过静平衡位置。
28
? 第三节 模态分析步骤
实例 – 目标: 在这个练习，我们的目标是研究在一定
的约束条件下如图所示的机架的模态，得到其振动特性。
26
? ? ? 2n 0
?
a1
2( n?1) 0
?
?
? an?1
2 0
?
an
?
0
频率方程或特征多项式
解出 n 个值，按升序排列为：
? ? ? 0 ?
2 01
?
2 02
?
?
?
2 0n
? 0i ：第 i 阶固有频率
? 01 ：基频。
仅取决于系统本身的刚度、质量等物理参数。
? ? ? ? ? 将每一个? 0i 代入方程 ([K] ? 02[M ]) x ? 0
x2 ? x1) (x2 ? x1
)
? ? ?
m1?x?1 m2 ?x?2
? (k1 ? ? k2 x1
k2 )x1 ? (k2
? ?
k2 x2 k3 ) x2
?0 ?0
方程组用矩阵表达为：
?m1
? ?
0
0 m2
?? ?? ??
?x?1 ?x?2
? ? ?
?
?k1 ? k2
? ?
?
k2
? k2
k2 ? k3
50
100
150
200
250
300
Acceleration (cm 2 400
ANSYS Example02地震分析算例 (ANSYS)
02地震分析算例(ANSYS)土木工程中除了常见的静力分析以外，动力分析，特别是结构在地震荷载作用下的受力分析，也是土木工程中经常遇到的问题。
结构的地震分析根据现行抗震规范要求，一般分为以下两类：基于结构自振特性的地震反应谱分析和基于特定地震波的地震时程分析。
本算例将以一个4质点的弹簧－质点体系来说明如何使用有限元软件进行地震分析。
更复杂结构的分析其基本过程也与之类似。
关键知识点：(a)模态分析(b)谱分析(c)地震反应谱输入(d)地震时程输入(e)时程动力分析(1)在ANSYS窗口顶部静态菜单，进入Parameters菜单，选择Scalar Parameters选项，在输入窗口中填入DAMPRATIO=0.02，即所有振型的阻尼比为2%(2)ANSYS主菜单Preprocessor->Element type->Add/Edit/Delete，添加Beam 188单元(3)在Element Types窗口中，选择Beam 188单元，选择Options，进入Beam 188的选项窗口，将第7个和第8个选项，Stress/Strain (Sect Points) K7, Stress/Strain (Sect Nods) K8，从None改为Max and Min Only。
即要求Beam 188单元输出积分点和节点上的最大、最小应力和应变(4)在Element Types窗口中，继续添加Mass 21集中质量单元(5)下面输入材料参数，进入ANSYS主菜单Preprocessor->Material Props-> MaterialModels菜单，在Material Model Number 1中添加Structural-> Linear-> Elastic->Isotropic属性，输入材料的弹性模量EX和泊松比PRXY分别为210E9和0.3。
(6)继续给Material Model Number 1添加Density属性，输入密度为7800。
ANSYS动力分析谱分析实例
ANSYS动力分析谱分析实例谱分析是一种常用的动力学分析方法，可以将时间域上的信号转化为频率域上的信号。
在ANSYS中，可以使用各种功能和工具进行谱分析。
接下来，我将为您介绍一个使用ANSYS进行动力学谱分析的实例。
假设我们有一个简单的悬臂梁结构，在悬臂梁的一端施加一个脉冲载荷，并且希望分析结构在这个载荷作用下的振动响应。
首先，在ANSYS中创建一个新的工作文件，并选择适当的分析类型。
对于动力学分析，我们可以选择"Transient Dynamic" (瞬态动力学)分析。
接下来，为悬臂梁结构设置适当的材料属性、几何尺寸和约束条件。
在本例中，我们选择一个简单的材料模型，例如线弹性材料。
我们还需要定义悬臂梁的几何尺寸和任何约束条件，例如固支或自由端。
然后，我们需要定义载荷。
在本例中，我们施加一个脉冲载荷，来模拟突然施加在结构上的外力。
脉冲载荷可以是一个正弦波、高斯函数或斯特朗函数。
在ANSYS中，我们可以使用一个时间函数来定义这个载荷。
现在，我们可以开始进行分析。
在动力学分析中，我们通常需要定义一个时间步长和总计算时间。
时间步长决定了计算的精确性和计算时间，通常需要根据结构的特性进行调整。
计算完成后，我们可以通过结果查看器或报告生成器来查看和分析结果。
对于动力学分析，我们通常关注的是结构的位移、速度和加速度等振动响应。
这些结果可以以时间序列图或频谱图的形式呈现。
对于谱分析，我们可以使用ANSYS中的频谱分析工具来进一步分析结果。
通过应用傅里叶变换，可以将时间域上的信号转换为频率域上的信号。
在ANSYS中，我们可以选择不同的频谱方法，如快速傅里叶变换、峰值谱分析和传递函数法。
通过进行谱分析，我们可以获得结构在不同频率下的振动响应信息。
这些信息可以帮助我们了解结构的固有频率、共振情况和模态形态，从而指导结构的设计和优化。
在这个实例中，我们演示了如何使用ANSYS进行动力学谱分析。
通过使用ANSYS的各种功能和工具，工程师可以预测和评估结构的振动响应，并进行结构的动态性能分析和优化。
ANSYS动力分析谱分析实例
A N S Y S动力分析-谱分析实例?? 谱分析实例- 工作台的响应谱分析说明：确定一个工作台在如下加速度谱作用下的位移和应力：操作指南：1. 清除数据库，读入文件table.inp 以创建模型的几何和网格。
2. 模态分析，求解15 个模态，注意选择计算单元结果。
查看前几个模态形状：3. 返回/Solution，选择新分析- 谱分析：设置求解选项，选择单点谱分析，使用所有15 个模态：设置常数阻尼比0.01。
设置激励为X 方向的加速度谱：定义加速度谱：首先定义频率表：然后定义各频率点的谱值(加速度值)：定义阻尼比为0.02，然后输入个频率点的加速度值：使用Show States 可以查看设置结果：选择模态组合方法：使用SRSS 方法进行模态叠加，输出类型为位移。
其中的有效门限值(significance threshold) 使得在模态组合时只包含主要的模态，模态的有效门限值是模态系数与最大模态系数的比值。
要在组合时包含所有模态，使用0 值作为门限值。
点击Solve -> Current LS 进行求解：进入POST1，首先读入 .mcom 文件(File -> Input File From ...)，执行模态组合，然后查看桌子的位移，注意它的组号为9999：显示工作台的Mises 应力：注意：–大多数组合方法包含平方运算，这会导致应力分量正负号的丢失。
因此，从这些无正负号的应力分量导出的等效应力和主应力是非保守和不正确的；–如果对等效应力/ 应变和主应力/ 应变感兴趣，应该在读入jobname.mcom 文件前执行SUMTYPE, PRIN ( General Postprocessor > Load Case > Calc Options > Stress Option …) 命令。
从而会直接计算导出值，得到更为保守的结果。
设置如下，选择Comb Principals：从新读入 .mcom 文件，执行模态组合，然后查看桌子的应力，比前面Comb Conponent 略大一点：5. 如果有兴趣，自己可以分别在Y 和Z 方向施加加速度谱，重复这一分析。
ANSYS谱分析实例
ANSYS谱分析实例1.结构模态分析结构模态分析是指分析结构的振动模态和频率。
在ANSYS中，可以通过建立结构的有限元模型，定义结构的材料和边界条件，进行模态分析。
模态分析可以计算结构的固有频率和模态形态，用于确定结构的自由振动特性。
同时，模态分析还可以用于确定结构在不同激励条件下的响应。
2.地震响应分析地震响应分析是指分析结构在地震荷载下的响应。
在ANSYS中，可以通过定义地震荷载和结构的边界条件，进行地震响应分析。
地震响应分析可以计算结构在不同地震条件下的加速度、速度和位移响应，用于评估结构的地震抗震性能。
3.动力荷载响应分析动力荷载响应分析是指分析结构在动力荷载下的响应。
在ANSYS中，可以通过定义动力荷载和结构的边界条件，进行动力荷载响应分析。
动力荷载响应分析可以计算结构在不同动力荷载条件下的加速度、速度和位移响应，用于评估结构在动态工况下的响应。
4.谐响应分析谐响应分析是指分析结构在谐振激励下的响应。
在ANSYS中，可以通过定义谐振激励的频率和幅值，进行谐响应分析。
谐响应分析可以计算结构在不同谐振频率和幅值下的加速度、速度和位移响应，用于评估结构的谐响应特性。
5.随机振动分析随机振动分析是指分析结构受随机振动荷载作用下的响应。
在ANSYS 中，可以通过定义随机振动荷载的统计特性，进行随机振动分析。
随机振动分析可以计算结构在不同随机振动荷载条件下的平均响应和随机响应谱，用于评估结构在随机振动环境下的可靠性。
以上是几个常见的ANSYS谱分析实例，通过这些实例可以看出，ANSYS谱分析功能非常强大，可以广泛应用于各种工程领域，帮助工程师评估和优化结构的振动和动力学性能。
ANSYS结构动力学分析
substeps (6) 求解 求解当前载荷步。
命令：SOLVE GUI：Main Menu>Solution>Solve>Current Ls (7) 结果后处理和分析 瞬态动力学分析结果保存于结果文件Jobname.RST中。可以用POST1和 POST26观察和分析。其中，POST1用于观察在给定时间整个模型的结果， POST26用于观察模型中指定处(节点、单元等)响应随频率变化的历程分 析结果。
Kx F
(11)
如果惯性力或阻尼力足够大到必须加以考虑时，那么系统 的受力平衡方程式必须写成：
MxCxKx F (1 2)
动力效应什么时侯需考虑在力平衡方程式中？什么时侯动力效应才称为 “足够大”？
一个最保险的方法是：时刻不忽略动力效应；或者是静力分析及动力分 析各做一次，当两次分析的结果差异在可接受范围时(结果差异5%以内)， 即表示动力效应是可以忽略的，反之则是不可忽略的。
3 结构模态分析(Modal Analysis)
当外力是0时，方程式1-2即为代表模态分析的控制方程式：
MxCxKx 0 (13)
从数学的观点来看，式1-3是一个特征值问题(eigenvalue problem)，其特征值代表结构的自然振动频率(natural frequencies)和模态阻尼(Modal damping)，而每一个特征值相 对的特征向量(eigenvector)代表振动形状(vibration shapes)。所 以模态分析的结果是自然振动频率、模态阻尼和对应的振动 形状。
4 结构谐响应分析(Harmonic Response Analysis)
ANSYS动力学分析教程
ANSYS动力学分析教程在实际工程结构的设计工作中，动力学设计和分析是必不可少的一部分。
几乎现代的所有工程结构都面临着动力问题。
在航空航天、船舶、汽车等行业，动力学问题更加突出，在这些行业中将会接触大量的旋转结构例如：轴、轮盘等等结构。
这些结构一般来说在整个机械中占有及其重要的地位，它们的损坏大部分都是由于共振引起较大振动应力而引起的。
同时由于处于旋转状态，它们所受外界激振力比较复杂，更要求对这些关键部件进行完整的动力设计和分析。
通常动力分析的工作主要有系统的动力特性分析(即求解结构的固有频率和振型)，和系统在受到一定载荷时的动力响应分析两部分构成。
根据系统的特性可分为线性动力分析和非线性动力分析两类。
根据载荷随时间变化的关系可以分为稳态动力分析和瞬态动力分析。
谐响应分析是用于确定线性结构在承受随时间按正弦(简谐)规律变化的载荷时稳态响应的一种技术。
可以用瞬态动力学分析确定结构在静载荷，瞬态载荷，和简谐载荷的随意组合作用下的随时间变化的位移，应变，应力及力。
而谱分析主要用于确定结构对随机载荷或随时间变化载荷的动力响应情况。
可以很方便地进行各类动力分析问题：模态分析、谐响应分析、瞬态动力分析和谱分析。
动力学分析分类动力学分析根据载荷形式的不同和所有求解的内容的不同我们可以将其分为：模态分析、谐响应分析、瞬态动力分析和谱分析。
下面将逐个给予介绍。
模态分析模态分析在动力学分析过程中是必不可少的一个步骤。
在谐响应分析、瞬态动力分析动分析过程中均要求先进行模态分析才能进行其他步骤。
模态分析的定义模态分析用于确定设计机构或机器部件的振动特性(固有频率和振型)，即结构的固有频率和振型，它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数。
同时，也可以作为其他动力学分析问题的起点，例如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析。
其中模态分析也是进行谱分析或模态叠加法谱响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程。
ANSYS的模态分析可以对有预应力的结构进行模态分析和循环对称结构模态分析。
ANSYS动力学分析指南――谱分析
ANSYS动力学分析指南——谱分析§4.1谱分析的定义谱分析是一种将模态分析的结果与一个已知的谱联系起来计算模型的位移和应力的分析技术。
谱分析替代时间－历程分析，主要用于确定结构对随机载荷或随时间变化载荷(如地震、风载、海洋波浪、喷气发动机推力、火箭发动机振动等等)的动力响应情况。
§4.2什么是谱谱是谱值与频率的关系曲线，它反映了时间－历程载荷的强度和频率信息。
ANSYS的谱分析有三种类型：·响应谱分析Ø单点响应谱（Single-point Response Spectrum，SPRS）Ø多点响应谱（Multi-point Response Spectrum，MPRS）·动力设计分析方法（Dynamic Design Analysis Method，DDAM）·功率谱密度（Power Spectral Density，PSD）在ANSYS/Professional产品中只提供单点响应谱方法。
§4.2.1响应谱分析一个响应谱代表单自由度系统对一个时间－历程载荷函数的响应，它是一个响应与频率的关系曲线，其中响应可以是位移、速度、加速度、力等。
响应谱又分为如下两种形式：§4.2.1.1单点响应谱在模型的一个点集上定义一条(或一族)响应谱曲线，例如在所有支撑处，图4-1（a）所示。
ANSYS/LinearPlus program中只能进行单点响应谱分析。
§4.2.1.2多点响应谱在模型的不同点集上定义不同的响应谱曲线，图4-1（b）所示。
图4-1单点响应谱和多点响应谱§4.2.2动力设计分析方法该法是一种用于分析船用装备抗振性的技术，它所使用的谱是从美国海军研究实验室报告(NRL－1396)中一系列经验公式和振动设计表得来的。
§4.2.3功率谱密度功率谱密度谱是一种概率统计方法，是对随机变量均方值的量度。
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ANSYS 动力分析- 谱分析实例
谱分析实例- 工作台得响应谱分析
说明:
确定一个工作台在如下加速度谱作用下得位移与应力:
操作指南:
1、清除数据库,读入文件table、inp 以创建模型得几何与网格。
2、模态分析,求解15 个模态,注意选择计算单元结果。
查瞧前几个模态形状:
3、返回/Solution,选择新分析- 谱分析:
设置求解选项,选择单点谱分析,使用所有15 个模态:
设置常数阻尼比0、01。
设置激励为X 方向得加速度谱:
定义加速度谱: 首先定义频率表:
然后定义各频率点得谱值(加速度值):定义阻尼比为0、02,然后输入个频率点得加速度值:
使用Show States 可以查瞧设置结果:
选择模态组合方法:使用SRSS 方法进行模态叠加,输出类型为位移。
其中得有效门限值(significance threshold) 使得在模态组合时只包含主要得模态,模态得有效门限值就是模态系数与最大模态系数得比值。
要在组合时包含所有模态,使用0 值作为门限值。
hKXMr。
点击Solve -> Current LS 进行求解:
进入POST1,首先读入、m 文件(File -> Input 、、、),执行模态组合,然后查瞧桌子得位移,注意它得组号为9999:bcNju。
显示工作台得Mises 应力:
注意:
–大多数组合方法包含平方运算,这会导致应力分量正负号得丢失。
因此,从这些无正负号得应力分量导出得等效应力与主应力就是非保守与不正确得; bqAJj。
–如果对等效应力/ 应变与主应力/ 应变感兴趣,应该在读入jobname、m 文件前执行SUMTYPE, PRIN ( General Postprocessor > Load Case > Calc Options > Stress Option …) 命令。
从而会直接计算导出值,得到更为保守得结果。
Wi1w2。
设置如下,选择b Principals:
从新读入、m 文件,执行模态组合,然后查瞧桌子得应力,比前面b Conponent 略大一点:FWaA8。
5、如果有兴趣,自己可以分别在Y 与Z 方向施加加速度谱,重复这一分析。
附录输入文件table、inp
finish
/clear
/udoc,1,date,off
plete=0 ! 如果将此句改为plete = 1,将会执行完整得分析,否则只就是生成模型JNypO。
/prep7
/title,TABLE DYNAMIC ANALYSIS
! Model generation
et,1,63
et,2,4
r,1,、75 ! Shell thickness
r,2,2、589,3、151,3、151,3,3 ! Beam properties
mp,ex,1,3e7
mp,prxy,1,0、3
mp,dens,1,7、3e-4
mp,ex,2,1e7
mp,prxy,2,0、3
mp,dens,2,2、6e-4
k,1
k,2,60
k,3,60,,30
k,5,,36
k,6,60,36
k,7,60,36,30
k,8,,36,30
l,1,5 ! Legs
l,2,6
l,3,7
l,4,8
l,5,6,6 ! Edge bracing
l,6,7,4
l,7,8,6
l,8,5,4
a,5,6,7,8 ! Table top type,2 ! Mesh the legs real,2
mat,2
esize,,4
lmesh,all
type,1
real,1
mat,1
amesh,1 ! Mesh table top /view,,3,2,6
nsel,,loc,y,0
d,all,all
nsel,all
/pbc,u,,1
eplot
*if,plete,eq,1,then
/solu
antype,modal
modopt,lanb,15
mxpand,15,,,yes
solve
finish
/solu
antype,spectrum
spopt,sprs,,yes
dmprat,、01
svtype,2
sed,1,0,0
freq,20,80,200,300
sv,,150、2,217,217,79、5
srss ! Mode bination method solve
/post1
/inp,,m
pldisp,2
plns,s,1
finish
*endif
膅莈螂羀莁芄螁肃膄。