基于ANSYS的车用六自由运动模拟器的模态分析
基于ANSYS-Workbench的模块化绞车有限元模态分析
基于ANSYS-Workbench的模块化绞车有限元模态分析于强【摘要】Based on the real size of marine seismic modular winch,the three-dimensional modal in Solidworks was con-structed,then the modal was imported to the finite element software ANSYS Workbench.After defining material and mesh,researchers carried out modal analysis of the modular winch.The results showed:the former six natural frequency was focused on 10~40,Hz,and the maximal deformation appeared in the top cross beam and the rim of wheel hub.The paper provides a reliable theoretical basis for the design and has a directional guidance significance to the optimization ofthe structure of the modular winch.%针对海洋地震拖缆模块化绞车，基于Solidworks完成绞车框架及卷筒三维实体模型的建立，并将模型导入有限元分析软件 ANSYY-Workbench，在完成对绞车材料的定义并划分网格后对其进行模态分析。
通过计算得出模块化绞车的前六阶固有频率集中在10～40,Hz，绞车滚筒与其液压马达的工作不会与其产生共振，通过对其振型的分析得出振动形变较大区域为框架顶端横梁部分及绞车轮毂边缘，计算结果为绞车的设计提供了可靠的理论依据，且对结构的优化提出了方向性建议。
《2024年新型六自由度运动模拟器的性能分析与设计》范文
《新型六自由度运动模拟器的性能分析与设计》篇一一、引言六自由度运动模拟器，以其精确模拟多种复杂动态环境的能力，正逐渐在航空航天、汽车驾驶模拟、虚拟现实、医疗康复等领域展现出广泛的应用前景。
本文将着重对新型六自由度运动模拟器的性能进行分析，并对其设计方法进行详细探讨。
二、新型六自由度运动模拟器性能分析（一）运动性能新型六自由度运动模拟器可以实现平动、转动和复杂运动的模拟，包括前后左右移动、俯仰、翻滚和偏航等。
通过精确的传感器和控制系统，运动模拟器能够准确反映动态环境的真实状态，提高模拟的真实性和可靠性。
（二）动力学性能该模拟器在动力学性能方面具有出色的表现。
其精确的动力学模型能够模拟出复杂的动态过程，为科学研究提供真实可靠的实验数据。
此外，该模拟器还具有高响应速度和低误差率的特点，能够快速响应外部环境的改变，保证模拟的实时性。
（三）环境适应性新型六自由度运动模拟器具有较好的环境适应性。
其结构设计灵活，可根据不同的应用场景进行定制化设计。
同时，该模拟器还具有较高的耐久性和稳定性，能够在各种复杂环境下长时间稳定运行。
三、新型六自由度运动模拟器的设计（一）硬件设计硬件设计是新型六自由度运动模拟器的关键部分。
设计过程中，需要选择合适的电机、传感器和控制模块等部件。
其中，电机是驱动运动模拟器进行各种运动的核心部件，传感器则用于实时监测运动状态，控制模块则负责协调各部件的工作。
此外，还需考虑硬件的布局和结构，以保证其稳定性和可靠性。
（二）软件设计软件设计是实现新型六自由度运动模拟器各项功能的关键。
在软件设计中，需要建立精确的动力学模型，以反映动态环境的真实状态。
此外，还需设计合理的控制算法和界面交互程序，以实现模拟器的精确控制和人机交互。
在编程过程中，应采用模块化设计思想，以提高代码的可读性和可维护性。
（三）系统集成与测试系统集成与测试是新型六自由度运动模拟器设计的最后一步。
在系统集成过程中，需要将硬件和软件各部分进行整合，确保其协同工作。
ANSYS模态分析教程及实例讲解
ANSYS模态分析教程及实例讲解ANSYS是一款常用的有限元分析软件，可以用于执行结构分析、热分析、流体分析等多种工程分析。
模态分析是其中的一项重要功能，用于计算和分析结构的固有振动特性，包括固有频率、振型和振动模态，可以帮助工程师了解和优化结构的动态响应。
以下是一份ANSYS模态分析教程及实例讲解，包含了基本步骤和常用命令，帮助读者快速上手模态分析。
1.创建模型：首先需要创建模型，在ANSYS界面中构建出待分析的结构模型，包括几何形状、材料属性和边界条件等。
可以使用ANSYS的建模工具，也可以导入外部CAD模型。
2.网格划分：在模型创建完毕后，需要进行网格划分，将结构划分为小的单元，使用ANSYS的网格划分功能生成有限元网格。
网格划分的细腻程度会影响分析结果的准确性和计算时间，需要根据分析需要进行合理选择。
3.设置材料属性：在模型和网格创建完毕后，需要设置材料属性，包括弹性模量、密度和材料类型等。
可以通过ANSYS的材料库选择已有的材料属性，也可以自定义材料属性。
4.定义边界条件：在模型、网格和材料属性设置完毕后，需要定义结构的边界条件，包括约束和加载条件。
约束条件是指结构受限的自由度，例如固定支撑或限制位移；加载条件是指施加到结构上的载荷，例如重力或外部力。
5.运行模态分析：完成前面几个步骤后，就可以执行模态分析了。
在ANSYS中，可以使用MODAL命令来进行模态分析。
MODAL命令需要指定求解器和控制选项，例如求解的模态数量、频率范围和收敛准则等。
6.分析结果：模态分析完成后，ANSYS会输出结构的振动特性，包括固有频率、振型和振动模态。
可以使用POST命令查看和分析分析结果，例如绘制振动模态或振动模态的频率响应。
下面是一个实际的案例，将使用ANSYS执行模态分析并分析分析结果。
案例：矩形板的模态分析1.创建模型：在ANSYS界面中创建一个矩形板结构模型，包括矩形板的几何形状和材料属性等。
ANSYS-模态分析 介绍
模态分析总论
• 运动学基本方程: }+ [C]{u }+ [K ]{u} = {F(t )} [M ]{ u • 假定自由振动并忽略阻尼:
}+ [K ]{u} = {0} [M ]{ u
2
Training Manual
DYNAMICS 11.0
• 假定谐波形式响应 (u = U sin( ωt ) )
其它分析选项
• 集中质量矩阵：
– –
Training Manual
DYNAMICS 11.0
主要用于细长梁或薄壳，或者波传播问题； 对 PowerDynamics 法，自动选择集中质量矩阵。 用于计算具有预应力结构的模态（以后讨论）。 阻尼仅在选用阻尼模态提取法时使用； 可以使用阻尼比α阻尼和β阻尼； 对BEAM4 和 PIPE16 单元，允许使用陀螺阻尼。
Training Manual
第二章 模态分析
模态分析总论
Training Manual
DYNAMICS 11.0
• 模态分析用来确定结构的振动特性的一种技术:
– 固有频率 – 振型 – 模态参与因子（结构振型在给定方向的参与程度)
• 是其他动力学分析的起点和基础.
模态分析总论
• 模态分析工程应用
DYNAMICS 11.0
子空间法
Training Manual
DYNAMICS 11.0
• 子空间法 ：比较适合于提取类似中型到大型 模型的较少的振型 （<40）
– 需要相对较少的内存； – 实体单元和壳单元应当具有较好的单元形状，要对 任何关于单元形状的警告信息予以注意； – 在具有刚体振型时可能会出现收敛问题； – 建议在具有约束方程时不要用此方法。
基于ANSYS WORKBENCH的六自由度工业机器人摆动臂静力学分析与模态分析
收稿日期：2018-03-27基金项目：山西机电职业技术学院院级课题《基于ANSYS 的六自由度工业机器人研究》的阶段性成果（JKY-18006）作者简介：陈继文（1990 -），男，河南登封人，助教，硕士研究生，研究方向为机器人应用、超细水雾对瓦斯煤尘 爆炸的影响等。
基于ANSYS WORKBENCH 的六自由度工业机器人摆动臂静力学分析与模态分析Static analysis and modal analysis of robot swing arm of six degrees industrial robot based on ANSYS WORKBENCH陈继文CHEN Ji-wen（山西机电职业技术学院，长治 046011）摘 要：工业机器人的刚度和强度直接影响到机器人的精度和寿命，针对六自由度工业机器人摆动臂的静力学特性和结构动力学特性，提出使用Pro/E简化模型，利用ANSYS WORKBENCH有限元分析方法，得到静力学仿真结果和模态分析结果，分析结果对避免应力集中和共振具有一定的指导意义。
关键词：工业机器人；摆动臂；静力学分析；模态分析中图分类号：TP242.2 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2018)10-0056-040 引言六自由度机器人运动灵活，在码垛、搬运、焊接、装配、喷涂等场合有着广泛的应用。
为了保证机械臂运行的可靠性，需要对其进行机械结构分析。
使用实验方法验证机器人结构设计的合理性，成本高，周期长[1]，传统静力学计算方法精度低，过程繁琐。
本文使用Pro/E 软件建立并简化六自由度机器人模型，利用ANSYS 对摆动臂进行静力学分析，得到了摆动臂的应力和应变分布云图，有效的提高了精度，降低了周期，节约了成本。
模态分析可以用来研究结构动力学特性。
本文依据数值模态分析理论，使用有限元分析方法得到了六自由度机器人的六阶模态振动特性，得到了各个部件的固有频率和振型，为机器人结构优化设计和改进提供了理论依据，为设计同类产品提供了借鉴。
基于ANSYS的汽车结构飞行特性仿真分析
基于ANSYS的汽车结构飞行特性仿真分析近年来，仿真技术在工程设计中扮演着越来越重要的角色。
特别是在汽车行业中，仿真技术被广泛应用于汽车结构设计、碰撞仿真等领域。
而其中一款广受工程师欢迎的仿真软件便是ANSYS。
ANSYS是世界上最著名的工程仿真软件之一，它拥有强大的有限元分析功能，可以对机械、电气、气动、流体等多种工程领域进行分析和模拟。
而在汽车行业中，ANSYS的应用主要集中在汽车结构设计及碰撞仿真领域。
在汽车设计中，为确保车辆的安全性和稳定性，需要对仪表盘、前保险杠、车门等多个部位进行飞行特性仿真分析。
该分析需要考虑多个因素，包括车身刚度、弹性、质量分布等。
而ANSYS正是能够满足这些需求的仿真工具。
具体来说，汽车结构飞行特性仿真分析包括振动分析和协同特性分析。
振动分析旨在评估汽车在行驶过程中的振动和噪声水平，从而优化车辆的结构设计。
协同特性分析则旨在预测车辆的稳定性和操控性，在车辆设计中起着至关重要的作用。
ANSYS可以通过模拟不同的工况来进行飞行特性分析。
例如，在进行振动分析时，可以通过设置车辆行驶的路面条件、车速和路况等参数来进行仿真。
而在协同特性分析中，则需要考虑车辆的减震器、转向系统等多个部件对车辆的影响。
除了能够进行车身结构分析以外，ANSYS还可以对整个车辆进行碰撞仿真。
汽车碰撞是一项非常重要的仿真分析，它可以评估车辆在碰撞时的安全性和稳定性。
在碰撞仿真中，ANSYS可以模拟车辆在碰撞前后的状态，并计算出碰撞过程中车辆的位移、速度等参数。
总的来说，基于ANSYS的汽车结构飞行特性仿真分析在汽车设计和制造中起着至关重要的作用。
通过运用该技术，工程师可以有效减少制造过程中的错误和成本，同时也能够提高车辆性能和安全性。
基于ANSYS Workbench六自由度工业机器人动态特征分析
２ ０ １ ４ 年第 ３ 期
３ 试 验 与 研 究；
◇
基于 Ａ ＮＳ ＹＳ Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ六 自由度 工业机器 人动态特 征分析水
董 旭 李志杰 徐 晶明
河 北廊 坊 ０ ６ ５ ０ ０ ０ ； （ １ ． 北华 航天 工业 学 院
在机 械 臂 的振 动 ，所 以提 高机械 臂 的刚度 可 以进 一 步 改善机 器 人动态 性 能 ， 并 且在机 器 人工 作过 程 中 ，
方 向转动 共６ 个 自由度 。
征 。因 为在 机 器人 工 作过 程 中，往 往 受到 各种 动 态 载 荷 的作用 ， 动 态 载荷 严 重 影 响着 机 器人 的 工作 精
度 和 稳 定性 。 提 取机 器 人 动态 特 征 数据 受 到工 程
界的广泛关注 ，机器人动态性能分析包括模态分
以确 定这 些 动态参 数 ， 从而 使得 结构 设计 避免 共振 ，
图 １ 机器人结构 图
并 指导 设计 人 员预测 在各种 载 荷作用 下 结构 的振 动
形 式 。谐 响应 分 析用 于确 定机 器人在 已知频率 和 幅
廊坊市科技支撑计划项 目
编 号 ：２ ０ １ ４ ０ １ １ ０ １ ７
析 、瞬态 分 析 、谐 响应 分析 、谱 分 析和 随机振 动 分
析 等 。模 态 分析 是计 算机器 人 结构振 动特 性 的数值 分析 技 术 ，模态分 析 是基 本的动 力学 分析 ，是谐 响 应 分析 、随机 振动 分 析 、谱 分 析 的起 点 。机器 人 结
构振 动特 性 包括 固有 频率 和振 型 ，通 过模 态 分析可
在 机器 人 腕部 中心 节 点处 沿着 负方 向施加 幅值 为 １ Ｏ Ｎ 的谐 响应力 ，相位 角为 ３ ０ 。 ，同 时限制 底座 六个 自由度 。根据 模态 分析 结果 ，确 定求 解 的
ANSYS模态分析教程及实例讲解解析
ANSYS模态分析教程及实例讲解解析ANSYS是一个广泛应用于工程领域的有限元分析软件，可以用于各种结构的模态分析，包括机械结构、建筑结构、航空航天结构等。
模态分析是通过计算结构的固有频率和振动模态，用于评估结构的动力特性和振动响应。
以下是一个ANSYS模态分析的教程及实例讲解解析。
一、教程：ANSYS模态分析步骤步骤1：建立模型首先，需要使用设计软件绘制或导入一个几何模型。
然后，在ANSYS中选择适当的单元类型和材料属性，并创建适当的网格。
确保模型的几何形状和尺寸准确无误。
步骤2：约束条件在进行模态分析之前，需要定义适当的约束条件。
这些条件包括固定支持的边界条件、约束点的约束类型、约束方向等。
约束条件的选择应该与实际情况相符。
步骤3：施加载荷根据实际情况，在模型上施加适当的载荷。
这些载荷可以是静态载荷、动态载荷或谐振载荷，具体取决于所要分析的问题。
步骤4：设置分析类型在ANSYS中，可以选择多种不同的分析类型，包括静态分析、模态分析、动态响应分析等。
在进行模态分析时，需要选择模态分析类型，并设置相应的参数。
步骤5：运行分析设置好分析类型和参数后，可以运行分析。
ANSYS将计算结构的固有频率和振动模态。
运行时间取决于模型的大小和复杂性。
步骤6：结果分析完成分析后，可以查看和分析计算结果。
ANSYS将生成包括固有频率、振动模态形态、振动模态形状等在内的结果信息。
可以使用不同的后处理技术，如模态形态分析、频谱分析等，对结果进行更详细的分析。
二、实例讲解：ANSYS模态分析以下是一个机械结构的ANSYS模态分析的实例讲解：实例：机械结构的模态分析1.建立模型：使用设计软件绘制机械结构模型，并导入ANSYS。
2.约束条件：根据实际情况，将结构的一些部分设置为固定支持的边界条件。
3.施加载荷：根据实际应用，施加恰当的静态载荷。
4.设置分析类型：在ANSYS中选择模态分析类型，并设置相应的参数，如求解方法、迭代次数等。
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利用有限元方法和振动理论对六自由运动模拟器进行模拟分析。通过对整个系统的固有频率和振型分析,确定了系统的振动特性,进而确定了系统的
薄弱环节。
关键词:六自由度 模态分析 ANSYS
中 图 分 类 号 :TP399
文献标识码:A
文 章 编 号 :1007-9416(2010)11-0049-01
引言
道路模拟试验是目前汽车可靠性试验 的重要方法,该方法通过模拟实际路面的不 平 度 ,再 现 汽 车 的 行 驶 环 境 ,进 而 检 测 汽 车 悬 架 、轮 胎 等 构 件 的 性 能 。六 自 由 度 运 动 模 拟器为道路模拟试验提供了一个良好的平 台,可以应用于汽车悬架和轮胎等汽车构件 的性能检测。
最有效的方法,其基本思想是将结构进行有 限元离散化,用有限的容易分析单元来表示 复杂的工程结构,各个单元间通过有限元节 点连接,根据有限元的基本理论建立有限元 总体平衡方程,然后求解。具体内容包括 : [2-3] (1)前处理。分析对象的有限元网格划分与数 据 生 成 ,建 立 有 限 元 分 析 模 型 。(2)有 限 元 分 析 。针 对 有 限 元 模 型 进 行 有 限 元 分 析 ,有 限 元方程的总体组装,有限元方程的求解以及 获 得 结 果 。(3)后 处 理 。在 建 立 有 限 元 模 型 并 求 解 后 ,并 不 能 将 求 解 结 果 直 观 地 显 示 出 来,必须进行后处理才能显示和输出结果。
将简化和等效后的三维模型导入ANSY S软件后如图2所示。
２ 系统的模态分析
２．１ 模态分析的理论 模态是结构的固有振动特性,每一个模 态 都 有 特 定 的 固 有 频 率 、阻 尼 比 和 振 型 。他 们只与结构的本身的特性有关,与外界因素 无关,所以可以通过研究系统的自由振动可 以对系统进行模态分析[4]。 ２．２ 模态分析结果 整 个 系 统 具 有 6个 自 由 度 ,即 系 统 的 位 姿用6个广义坐标确定。所以考虑前6阶广义 坐 标 就 能 分 析 出 整 个 系 统 的 动 态 特 性 。分 析 得到阵型图结果如图3所示(因篇幅有限只 列出前4阶)。 整机的基频是衡量系统性能的一个重要 参 数 。从 模 态 分 析 结 果 来 看,整 个 系 统 的 前 六阶频率主要集中在30～55Hz。如表1所示。 由上面的计算分析可知:(1)运动部件之 间的部件的连接部件的刚度对固有频率有
工业机器人模态分析[J].机械与电子,20 09,(2):59-62.
图１ 六自由度运动模拟器实体模型
图２ 六自由度运动模拟器有限元分析模型
(a)第1阶
(b)第2阶
(c)第3阶
图３ 系统前４阶应力云图
表１ 系统的前六阶固有频率
(d)第4阶
Ｄｉｇｉｔａｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ 数字技术与应用
·应用研究·
数字技术与应用
基于 ANSYS 的车用六自由运动模拟器的模态分析
曹建国 1 李彬 2 (1．北京京仪世纪电子股份有限公司 北京丰台 100079; 2.斯巴鲁汽车(中国)有限公司 北京朝阳 100004)
摘 要:利用三维建模软件PRO/E进行六自由运动模拟器建模及装配,然后导入ANSYS软件中。通过机器人模型简化和等效模拟建立有限元模型,
结语பைடு நூலகம்
有限元分析的不仅依靠模拟单元参数 的 准 确 ,更 重 要 的 是 模 拟 方 式 的 合 理 ,以 及 边界条件的准确模拟;其参数的测定不仅依 靠 理 论 计 算 同 时 也 需 要 进 行 试 验 测 定 。为 了 得到更准确的系统模态特性,对系统进行试 验模态分析,有待进行。
参考文献 [1] 詹 友 刚.编 著 .Pro/E中 文 野 火 版 教 程 —
专 用 模 块 [M].清 华 大 学 出 版 社 ,2004,1. [2] 刘国庆.杨庆东.ANSYS工程应用教程－
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[M].人 民 邮 电 出 版 社 ,2003.8. [4] 田东升,胡明等.基于ANSYS的六自由度
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很 大 的 影 响 。利 用 有 限 元 分 析 时,应 该 从 局 部分析逐步过渡到整个系统的分析。每个部 件的刚度对整个系统固有频率都有影响的, 但是影响更大的因素在于连接关节的刚度 和 约 束 力 的 大 小 。(2)系 统 的 前 2阶 频 率 较 低,其原因在于系统的前2阶频率是衡量伸 缩轴的重要参数,由于构成的伸缩轴驱动系 统的部件较多,从而造成驱动系统的刚度下 降,进 而 降 低 了 固 有 频 率 。(3)六 自 由 度 运 动 模拟器整体结构低阶频率主要集中在30-55 HZ,也 就 是 说 发 生 共 振 的 频 率 主 要 集 中 在 这 个 频 段 上 。从 振 型 来 看,对 六 自 由 度 运 动 模拟器振动特性影响最大的部件为伸缩轴, 而其他部件的影响不是很大。
为了保证此六自由度运动模拟器能够 并 精 确 地 、高 质 量 地 完 成 测 试 任 务,对 六 自 由度运动模拟器进行模态分析,可以为运动 平台进行可靠的测试工作提供了理论依据。
１ 系统有限元模型的建立
１．１ 系统三维模型的建立 利 用 PRO/E[1]分 别 建 立 六 自 由 度 运 动 模 拟器各子结构以及其整体结构的几何模型, 利 用 PRO/E与 ANSYS的 接 口 程 序 ,将 它 们 分别转化成分析几何模型,六自由度运动模 拟器整体有限元实体模型如图1所示,整体 结 构 划 分 为 19个 子 结 构 :动 平 台 、6个 伸 缩 轴 和6个万向节的十字架,6个铰支座。 １．２ 有限元模型的建立 计算机有限元分析方法是进行模态分析