ANSYS-谐响应分析
ANSYS谐响应分析
ANSYS谐响应分析ANSYS谐响应分析是一种常见的工程分析方法，适用于对结构、机械和电子系统的动态响应进行预测和优化。
在这种分析中，系统的响应将被建模为正弦或余弦函数的和，称为谐波。
通过分析系统在不同频率下的响应，可以确定系统的固有频率、振动模态和动态性能。
1.准备模型：首先，需要准备模型并进行几何建模。
这包括选择材料属性、定义边界条件和加载条件。
在谐响应分析中，通常使用静力加载来模拟系统振动的激励。
2.确定固有频率：在进行谐响应分析之前，需要确定系统的固有频率。
这可以通过进行模态分析来完成。
模态分析是一种分析方法，用于确定系统的固有频率和振型。
通过查看模态分析的结果，可以确定系统的响应频率范围。
3.设置谐振状态：在进行谐响应分析之前，需要明确要分析的振动频率范围。
这可以通过选择分析频率范围并设置振动荷载的频率来完成。
在ANSYS中，可以选择一个或多个分析频率，并设置载荷的相位和振幅。
4. 进行求解：在所有输入条件都设置好之后，可以开始运行谐响应分析。
在ANSYS中，可以使用ANSYS Mechanical或ANSYS Workbench等模块来进行求解。
系统的振动响应将在选择的频率范围内进行计算和分析。
5.结果分析：完成求解后，可以查看并分析计算结果。
ANSYS提供了丰富的后处理工具，用于可视化和分析分析结果。
可以查看系统的位移、速度、加速度和应力等响应结果，并通过其他参数来优化系统的设计。
谐响应分析在工程设计中具有重要的应用价值。
通过分析和优化系统的谐响应性能，可以改善结构的稳定性和可靠性。
例如，在建筑结构设计中，可以通过谐响应分析来确定楼层的固有频率和响应模态，从而减少振动和噪声的问题。
在机械系统设计中，可以通过谐响应分析来确定机械部件的振动模态，从而优化机械系统的可靠性和工作效率。
总之，ANSYS谐响应分析是一种重要的工程分析方法，可以用来预测和优化结构、机械和电子系统的动态响应。
谐响应分析可以通过ANSYS软件进行，通过明确振动频率范围和谐振状态，进行求解和结果分析，可以得到系统在不同频率下的振动响应和优化方案。
ANSYS Workbench 17·0有限元分析：第7章-谐响应分析
第7章 谐响应分析
谐响应分析主要用来确定线性结构在承受持续的周期载荷时的周期性响应（谐响应）谐响应分析能够预测结构的持续动力学特性，从而验证其设计能否成功地克服共振、疲劳及其他受迫振动引起的有害效果。
通过本章的学习，即可掌握在★ 了解谐响应分析。
7.1 谐响应分析概述
谐响应分析（Harmonic Response Analysis ）是用于确定线性结构在承受一个或多个随时间按正弦（简谐）规律变化的载荷时稳态响应的一种技术。
分析的目的是计算出结构在几种频率下的响应并得到一些响应值（通常是位移）对应频率的曲线。
从这些曲线上可以找到“峰值”响应，并进一步考察频率对应的应力。
谐响应分析技术只计算结构的稳态受迫振动。
发生在激励开始时的瞬态振动不在谐响应分析中考虑。
谐响应分析是一种线性分析。
任何非线性特性，如塑性和接触（间隙）单元，即使被定义了也将被忽略，但在分析中可以包含非对称系统矩阵，如分析流体——结构相互作用问题。
谐响应分析同样也可以分析有预应力的结构，如小提琴的弦（假定简谐应力比预加的拉伸应力小得多）。
对于谐响应分析，其运动方程为：
[][][](){}{}(){}{}()21212
M i C K i F i F ωωφφ−+++=+ 这里假设刚度矩阵[]K 、质量矩阵[]M 是定值，要求材料是线性的、使用小位移理论（不包括非线性）、阻尼为[]C 、简谐载荷为[]F 。
谐响应分析的输入条件包括：
已知幅值和频率的简谐载荷（力、压力和强迫位移）。
简谐载荷可以是具有相同频率的多种载荷，力和位移可以相同或者不相同，但是压力分布
载荷和体载荷只能指定零相位角。
ANSYSWorkbench正弦响应分析之详细版
ANSYSWorkbench正弦响应分析之详细版这是 ANSYS 工程实战第 42 篇文章问题描述：正弦分析选用的项目模块为谐响应分析（Harmonic Response），这里对谐响应分析的关键知识点和正弦分析具体分析步骤和方法进行了详细介绍。
1. 谐响应分析理论介绍1.1 谐响应分析的定义谐响应分析是用于确定线性结构在承受一个或多个随时间按正弦（简谐）规律变化的载荷时稳态响应的一种技术。
1.2 谐响应分析的目的谐响应分析的目的是计算出结构在几种频率下的响应并得到一些响应值对频率的曲线（如位移对频率曲线），从这些曲线上可以找到“峰值”响应，并进一步考察频率对应的应力。
1.3 谐响应分析的输入条件谐响应分析的输入条件：相同频率的多种载荷。
1.4 谐响应分析的运算求解方法谐响应分析的运算求解方法包括完全法（Full）和模态叠加法(Mode Superposition)。
完全法是一种最简单的方法，不需要先进行模态分析，但求解更耗时，对于复杂结构，8核并行运算，一般计算时间在3h以上。
模态叠加法是 Workbench 谐响应计算的默认求解方法，从模态分析中叠加模态振型。
采用模态叠加法进行谐响应分析时，首先需要自动进行一次模态分析，虽然首先进行的是模态分析，但谐响应部分的求解仍然比完全法快的多。
一般对于复杂结构，8核并行运算，谐响应部分的计算时间小于0.5h。
2. 用完全法进行正弦分析的分析步骤及设置2.1 插入响应模块完全法进行正弦分析时直接将 Analysis Systems 下的 Harmonic Response 谐响应模块拉到项目管理区中或者直接引用项目管理区中模态分析的模型（Model），如图 1 所示。
图 1 插入响应模块2.2 三维模型导入及处理在 Inventor 软件中对行波管进行建模，经过模型干涉检查合格后，将建立好的模型生成stp 格式，导入到有限元软件ANSYS Workbench 中，行波管模型如图 2 所示，包括底板、包装件、电子枪、收集极和高频等组件。
ANSYS谐响应分析实例-振动电机轴分析
AnsysWorkBench11.0振动电机轴谐响应分析最小网站长：kingstudio最小网Ansys 教程频道为您打造最IN 的教程/1．谐响应分析简介任何持续的周期载荷将在结构系统中产生持续的周期响应（谐响应）。
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）规律变化的载荷时的稳态响应的一种技术。
分析的目的是计算出结构在几种频率下的响应并得到一些响应值（通常是位移）对频率的曲线。
从这些曲线上可以找到“峰值”响应，并进一步观察峰值频率对应的应力。
该技术只计算结构的稳态受迫振动，而不考虑发生在激励开始时的瞬态振动。
（见图1）。
谐响应分析使设计人员能预测结构的持续动力特性，从而使设计人员能够验证其设计能否成功地克服共振、疲劳，及其它受迫振动引起的有害效果。
谐响应分析是一种线性分析。
任何非线性特性，如塑性和接触（间隙）单元，即使定义了也将被忽略。
分析中可以包含非对称系统矩阵，如分析在流体─结构相互作用中问题。
谐响应分析也可以分析有预应力结构，如小提琴的弦（假定简谐应力比预加的拉伸应力小得多）。
谐响应分析的定义与应用介绍：/ArticleContent.asp?ID=7852. 工程背景在长距离振动输送机、概率振动筛等变载荷振动机械中，由于载荷的变化幅度较大，且多为冲击或交变载荷，使得作为动力源与振动源的振动电机寿命大为缩短，其中振动电机阶梯轴的弹塑性变形又会中速振动电机的失效，故研究振动电机轴的谐响应，进而合理设计其尺寸与结构，是角决振动电机在此类场合过早失效的主要途径之一。
现以某型振动电机阶梯轴为分对象，振动电机属于将动帮源与振动源合为一体的电动施转式激振源，在振动电机轴两端分别装有两个偏心块，工作时电机轴还动两偏心块作顺转无能无力产生周期性激振力t sin F F 1ω=，其中为施加载荷，由些电机轴受到偏心块施加的变载荷冲击，极易产生变形和疲劳损坏，更严重者，当激振力的频率与阶梯轴的固有频率相等时，就会发生共振，造成电机严重破坏，故对电机进行谐应力分析很必要。
Ansys模态叠加法谐响应分析
Ansys模态叠加法谐响应分析模态叠加法谐响应分析hypermesh中ettypes：对于solid185单元，需设置单元选项k2=2，即采用增强应变公式方法。
这种方法可消除剪切锁定和体积锁定，虽然计算量较大，但可提高计算精度。
对于solid186单元，设置单元选项k2=1，即采用完全积分方法。
这种方法可消除沙漏模式，但应谨慎用于不可压缩材料（泊松比约为0.5）的模拟，否则可能导致体积锁定。
hypermesh中materials：一般单位采用mm,n,mpa,ton,s。
materialtype：mp；numberoftemp：1；在materialprop：ex杨氏模量，nuxy泊松比，dens密度，在c0栏中输入数值。
三维单元每个节点具备三个自由度，即为三个对应状态自由度。
因此约束的时候只需约束dof1，dof2和dof3.ansys：向ansys中导入.cdb文件以后，在菜单栏中plot――elements即可显示三维模型的单元。
谐积极响应分析师确认一个结构在未知频率的正弦（四极）载荷促进作用下的积极响应特性的技术。
输出：未知大小和频率的谐载荷（力、压力和胁迫加速度）或同一频率的多种载荷、力和加速度可以就是同相或相同相的。
表面载荷和体载荷的增益角度可以选定为零。
输出：每一个自由度上的谐位移，通常和施加的载荷不同相，也可以是其他多种导出量例如应力和应变等。
模态共振法（modalsuperpos’n）:从前面的模态分析中获得各模态，再对除以系数的各模态议和，就是三种方法中最快的，但是首先必须展开模态分析。
模态分析：1.mainmenu>preference>structural,在disciplineoptions中点选h-method。
2.mainmenu>solution>analysistype>newanalysis点选modal3.mainmenu>solution>analysistype>analysisoptions通常采用blocklanczos方法。
ansys-谐响应分析
实部
F1max
•
可以使用APDL语言计算，但要确保角度单位 为度（缺省为弧度）。
M3-21
谐响应分析-步骤
施加谐波载荷并求解命令（接上页）
*AFUN,DEG FK,… F,… SFA,… SFL,… SFE,… SF,…
M3-22
谐响应分析-步骤
施加谐波载荷并求解（接上页）
M3-23
谐响应分析-步骤
• •
M3-10
谐响应分析-术语和概念
求解方法
求解简谐运动方程的三种方法： • 完整法
– 为缺省方法，是最容易的方法； – 使用完整的结构矩阵，且允许非对称矩阵（例如：声学矩阵）。
•
缩减法*
– 使用缩减矩阵，比完整法更快； – 需要选择主自由度，据主自由度得到近似的 [M]矩阵和[C]矩阵。
•
模态叠加法**
施加谐波载荷并求解 • 所有施加的载荷以规定的频率（或频率 范围）简谐地变化 • “载荷”包括： – 位移约束-零或非零的 – 作用力 – 压强 • 注意： 如果要施加重力和热载荷，它 们也被当作简谐变化的载荷来考虑！
典型命令:
DK,… ! 或 D或DSYM
DA,... DL,…
M3-19
谐响应分析-步骤
M3-27
谐响应分析-步骤
观看结果 - POST26
位移-频率关系曲线 • 首先定义 POST26 变量 – 节点和单元数据表 – 用大于等于二的数据识别 – 变量1包含各频率，并是预先定义了的
M3-28
谐响应分析-步骤
观看结果 - POST26（接上页）
• 定义变量（接上页） – 挑选可能发生最大变形的节点，然后选择自由度的方向； – 定义变量的列表被更新。
ANSYS培训教程：谐响应分析
ANSYS培训教程：谐响应分析任何持续的周期载荷将在结构系统中产生持续的周期响应(谐响应)。
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。
分析的目的是计算出结构在几种频率下的响应并得到一些响应值(通常是位移)对频率的曲线。
从这些曲线上可以找到“峰值”响应，并进一步观察峰值频率对应的应力。
该技术只计算结构的稳态受迫振动，而不考虑发生在激励开始时的瞬态振动 (见图10.1)。
谐响应分析使设计人员能预测结构的持续动力特性，从而使设计人员能够验证其设计能否成功地克服共振、疲劳，及其它受迫振动引起地有害效果。
谐响应分析是一种线性分析。
任何非线性特性，如塑性和接触(间隙)单元，即使定义了也将被忽略。
分析中可以包含非对称系统矩阵，如分析在流体——结构相互作用中问题。
谐响应分析可以分析有预应力结构，如小提琴的弦谐响应分析的求解方法ANSYS中提供了三种谐响应分析的方法：Full (完全法)、Reduced (缩减法)、Mode Superpos’n (模态叠加法)。
下面将对三种方法的优缺点作一介绍。
1．完全法完全法是三种方法种最易使用的方法。
它采用完整的系统矩阵计算谐响应(没有矩阵缩减)。
矩阵可以是对称的或非对称的。
完全法的优点是：容易使用，因为不必关心如何选取主自由度或振型；使用完整矩阵，因此不涉及质量矩阵的近似；允许有非对称矩阵，这种矩阵在声学或轴承问题中很典型；用单一处理过程计算出所有的位移和应力。
完全法允许定义各种类型的载荷：节点力、外加的(非零)位移、单元载荷(压力和温度)。
允许在实体模型上定义载荷。
完全法的一个缺点是预应力选项不可用。
另一个缺点是当采用Frontal方程求解器时这种方法通常比其它方法都开销大。
但在采用JCG求解器或ICCG求解器时，完全法的效率很高。
2．缩减法缩减法通过采用主自由度和缩减矩阵来压缩问题的规模。
主自由度处的位移被计算出来后，解可以被扩展到初始的完整DOF集上。
Ansys-谐响应分析
Training Manual
ANSYS Workbench - DesignModeler
f max f min DW 2 n
• DS将从 WDW.开始，求解n个频率
In the example above, with a frequency range of 0 – 10,000 Hz at 10 intervals, this means that Design Simulation will solve for 10 excitation frequencies of 1000, 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 7000, 8000, 9000, and 10000 Hz.
谐响应分析基础
• 例如，考虑如右图所示的两力共同作 用在同一结构上的工况
– 两力都有受到同一频率W激励。但 是.,”Force 2”滞后于“Force 1”45度 的相位差，“Force 2”的相位角y度。 – 以上的叙述可通过复数标记的方法表 示。因此，可写成:
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► 输出：
3
谐响应分析
第一节：定义和目的（接上页）
谐响应分析用于设计： ► 旋转设备（如压缩机、发动机、泵、涡轮机 械等）的支座、固定装置和部件； ► 受涡流（流体的漩涡运动）影响的结构，例 如涡轮叶片、飞机机翼、桥和塔等。
► 缩减法*
使用缩减矩阵，比完整法更快； 需要选择主自由度，据主自由度得到近似的 [M]矩阵和[C] 矩阵。
► 模态叠加法**
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谐响应分析-术语和概念
求解方法（接上页）
完整法
相对求解时间 相对的使用容易程度 允许元素载荷（例如压强）吗？ 允许非零位移载荷吗？ 允许模态阻尼吗？ 能处理预应力吗？ 能进行“Restart“吗？ 允许非对称矩阵吗？ 需要为了求解而选择模态吗？ 需要选择主自由度吗？ 慢 最容易 允许 允许 不允许 不能 能 允许 不需要 不需要
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谐响应分析-步骤
选择分析类型和选项（接上页）
分析选项 ► 求解方法 - 完整法、缩减 法和模态叠加法。缺省为 完整法； ► 自由度输出格式 - 主要用 于批处理方式中； ► 集中质量矩阵。
推荐用于如果结构的一个方 向的尺寸远小于另两个方向 的尺寸的情况中。例如：细 长梁与薄壳。 典型命令: HROPT,...
F2max f
实部
虚部
F1max
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谐响应分析-步骤
施加谐波载荷并求解（接上页）
振幅和相角（接上页） ► ANSYS 不能直接输入振幅 和相角，而是规定实部和 虚部分量； ► 例如，施加两个简谐力 F1 和 F2 ，其相角相差 f:
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谐响应分析-术语和概念
运动方程
► 通用运动方程： C u K u F M u
F Fmaxe e (F1 iF2 )e ► [F]矩阵和 {u} 矩阵是简谐的，频率为 w: i iw t iw t u umaxe e (u1 iu2 )e
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建模命令(接上页)
/PREP7 ET,... MP,EX,... MP,DENS,…
! 建立几何模型 …
谐响应分析-步骤
! 划分网格 ...
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谐响应分析-步骤
选择分析类型和选项
建模
选择分析类型和选项 ► 输入求解器，选择谐响 应分析； 典型命令 : ► 主要分析选项是求解方 /SOLU 法-在后面讨论； ANTYPE,HARMIC,NEW ► 规定阻尼-在后面讨论。
缩减法
较快 较容易 不允许 允许 不允许 能 能 不允许 不需要 需要
模态叠加法
最快 难 允许 (一个载荷向量) 不允许 允许 能 不能 不允许 需要 需要 (如果选用缩减法)
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谐响应分析
第三节：步骤
四个主要步骤： ► 建模 ► 选择分析类型和选项 ► 施加谐波载荷并求解 ► 观看结果
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谐响应分析-步骤
具有阻尼 施加载荷是复数载荷（例如：虚部为非零的载荷）
► 复位移滞后一个相位角（相对于某一个基准
而言） ► 可以用实部和虚部或振幅和相角的形式来查看
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谐响应分析-术语和概念
求解方法
求解简谐运动方程的三种方法： ► 完整法
为缺省方法，是最容易的方法； 使用完整的结构矩阵，且允许非对称矩阵（例如：声学矩 阵）。
Fmax = I = = F1 = F2 = umax= f = u1 u2
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谐响应分析-术语和概念
谐波载荷的本性
► 在已知频率下正弦变化；
► 相角允许不同相的多个载
荷同时作用， 缺省值为零； ► 施加的全部载荷都假设是 简谐的，包括温度和重力。
虚部
实部
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谐响应分析-术语和概念
复位移
► 在下列情况下计算出的位移将是复数
i iw t iw t
(w M iwC K )(u1 iu2) (F1 iF2)
2
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谐响应分析-术语和概念
运动方程(接上页)
载荷幅值 -1 载荷函数的相位角 实部, Fmaxcos 虚部, Fmaxsin 位移幅值 载荷函数的相位角 = 实部, umaxcosf = 虚部, umaxsinf
建模
模型 ► 只能用于线性单元和材料，忽略各种非线性； ► 记住要输入密度； ► 注意： 如果ALPX（热膨胀系数）和T均不为 零，就有可能不经意地包含了简谐热载荷。为 了避免这种事情发生，请将ALPX设置为零. 如 果参考温度 [TREF]与均匀节点温度 [TUNIF] 不一致, 那么T为非零值； ► 请参阅第一章中的建模需要考虑的问题。
4
谐响应分析
Hale Waihona Puke 第一节：定义和目的（接上页）
为什么要作谐响应分析？ ► 确保一个给定的结构能经受住不同频率的各种 正弦载荷（例如：以不同速度运行的发动机）； ► 探测共振响应，并在必要时避免其发生（例如： 借助于阻尼器来避免共振）。
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谐响应分析
第二节：术语和概念
包含的主题： ► 运动方程 ► 谐波载荷的本性 ► 复位移 ► 求解方法
HROUT,…
LUMPM,...
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谐响应分析-步骤
选择分析类型和选项（接上页）
阻尼 典型命令: ► 从-阻尼、-阻尼和阻尼率中选取 ALPHAD,… ► 阻尼率最常用 BETAD,…
DMPRAT,...
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谐响应分析-步骤
施加谐波载荷并求解
建模 选择分析类型和选项
典型命令:
施加谐波载荷并求解 ► 所有施加的载荷以规定 的频率（或频率范围） 简谐地变化 ► “载荷”包括：
第三章 谐响应分析
第三章：谐响应分析
第一节：谐响应分析的定义和目的 第二节：关于谐响应分析的基本术语和概念 第三节：谐响应分析在ANSYS中的应用 第四节：谐响应分析的实例练习
2
谐响应分析
第一节：定义和目的
什么是谐响应分析？ ► 确定一个结构在已知频率的正弦（简谐） 载荷作用下结构响应的技术。 ► 输入：
位移约束-零或非零的 作用力
DK,… ! 或 D或DSYM DA,... DL,…
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谐响应分析-步骤
施加谐波载荷并求解（接上页）
规定谐波载荷时要包括： ► 振幅和相角 ► 频率 ► 阶梯载荷对线性变化载荷的说 明
振幅和相角 ► 载荷值（大小）代表振幅 Fmax ► 相角 f 是在两个或两个以上谐 波载荷间的相位差，单一载荷