基于ANSYS的颤振频域分析方法
基于ANSYS的桥梁全模态颤振频域分析方法
量纲一的风速 U Ë 的函数, Ë U= U/ ( f B ) , 与桥梁截面 的几何形状有关, 颤振导数通常由节段模型风洞试 验得到。
图1 Fig. 1
桥梁断面的气动力
Aerodynamics of Bridge Section
式 ( 2) ~ ( 4) 为桥面单位长度上受到的气动力, 将这些分布荷载转化为作用于单元两节点的集中荷 载。作用于单元 e 两节点的等效自激力可表示为 Fae = Kae X + Cae X
[ 12 - 15] [2 - 11] [ 1]
式中: M 、 C、 K 分别为结构的质量、 刚度和阻尼矩阵; X、 X、 X & 分别为节点的位移、 速度和加速度; Fse 为桥 梁受到的自激气动力。 根据 Scanlan 自激气动力表达式 , 单位长度主 梁上受到的气动升力 L se 、 阻力 D s e 和气动扭矩 M se 可分别表示为竖向位移 h 、 水平位移 p 和扭转位移 A 的函数 , 如图 1 所示 1 2 * h * B A 2 * L se = 2 QU @ 2B( K H 1 U + K H 2 U + K H 3 A +
0 BP BH B A 0 0 0 B P* 2 BH 0 0
* 2 2 * 3 * 3 * 3
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ( 8) ( 7)
图3 Fig. 3 ANSYS 中的颤振分析计 算模型 Flutter Analysis Calculation Model in ANSYS
Full mode Flutter Frequency Domain Analysis Method of Bridge Based on ANSYS
基于ANSYS平台的桥梁时域颤振分析
对 理论 平 板 气 动 导数 进 行 有 理 函数 参 数 拟 合 ， １ 出 了拟合 结 果 。 图 ２为拟 合 曲线 和 理 表 列 论 曲线 的对 照 。从 图 ２可 以看 出 ， 由拟 合有 理 函 数 参数 反算 颤振 导数 和理论 颤振 导数之 间差别 较
时， 同样 ， 略 断面 侧 向振 动 的影 响 ， 竖 向运 动 忽 将 和扭转 运 动对 断面 自激 力 的贡 献 分 开 ， 断 面单 则
位长 度气 动 自激 力可 表示 为 ：
Ｌ ＝Ｌ。 ｔ （ ）＋
１
＝
ｕ ２
（） ｔ
塞
ｆ ４）
ｅＵ 州 卅 ｄ Ｌ ＆
傅 里 叶变换 ， 常 可采用 Ｒ ｇｒ 理 函数 表 达式 。 通 ｏｅ 有
ｆ一 ｒ ｄ … （）
台
以竖 向位 移 引 起 的 升力 脉 冲为 例 ， （ ） 以 写 式 ６可
为：
：
４ｆＬｆ （ｄ＋ ｆ下 。ｈ． 丁７ 。 一ｂ （ｄ 一Ｕ ｄ 丁（ ） ＿ Ｕ ｄ ． 丁丁 ）
随 着桥 梁结 构 跨 径 的 日益 增 加 ， 构 的颤 振 结
模 拟 。本文 采用 第 一种 形 式 ， 先 得 到桥 梁 断 首
面的脉 冲 响应 函数 所 表达 的气 动 自激 力 ， 对 其 再 进行 动 力有 限元求 解 。
稳定 性 能成 为设 计 过 程 中重 要 的控 制 因素 之 一 。
则 Ｚ （ ＋Ａ ） ｔ ｔ
： 如
， ＝ Ｋ （ ＋ｉ；） 如 Ｂ ２埘 ｎ
，ｈ Ｋ （ ＝Ｂ ２ ＋ ） ）
（） ７
（） ８ （） ９
， ＝ ２ Ａ ＋ ＢＫ （ ３
式 中， － （ ＝Ｍ，； ，） 厂 Ｌ ｘ＝ ｈ 为相应脉 冲 响应 函数 的
基于ANSYS二次开发的大跨度桥梁风致颤振分析
业 带 啦程 带
生与 带 应书
基 于 Ａ Ｓ Ｓ二 次 开 发 的大 跨 度桥 梁 风 致 颤 振 分 析 Ｎ Ｙ
蒂
华旭 刚 陈 政 清
（ 中南太 学土木 建筑 学院 ， 长沙 ４ ０ ７ ） １ ０ ５
Ｅ ｍ ｉ Ｚ Ｃ ｅ＠ｃｒ． ｕ ｎ — ａｌ Ｑ ｈ ｎ ｓ ｅ ： ｕｄｃ前 景 ， ＮＹ 并且 具 有 开 放 的 二 ＇ 上开发 系统 ， 用 方便 使 文 章 首 先 简要 舟 龆 了桥
梁 风 致 颤振 分析 的 多模 态参 与 单 参敷 搜 索 Ｍ— Ｓ法 ． 然后 以 Ｖ ｓａ Ｆ ｒａ ｉ ｌ ｏｔ ｎ为二 １ 发 平 台 ，运 用 Ｍ— ｕ ｒ 上开 Ｓ法 蝻 写 了在 Ａ — Ｎ Ｓ Ｓ申 实现 尢跨 度桥 粱风 致 知 振 分 析 的程 序 和 相 应 的 界 面 菜 单 程序 最后 通 过 虎 门桥 的 算 倒 展 示 了在 Ａ Ｓ Ｓ 中进 行 巅 Ｙ ＮＹ 振分析的整十过程 ， 其计 算 结 果 与 尢跨 度 桥 梁 空 间静 、 力分 析 程 序 Ｎ Ｓ和 风 ｌ试 验 敷 据 基 毒 一 致 ， 明 了计 算 程 序 动 ＡＣ 嗣 说
的 可靠 性 关 键词 太跨 度桥 梁 风 致 颠振 Ａ ｓ Ｓ 二 次 开发 Ｎ Ｙ
文 章编 号 １０ — ３ ｌ （０２ １— ２５ ） 文 献 标 识 码 Ａ ０ ２ ８ ３ 一 ２ ０ ）０ ０ １￣ ３ 中 图分 类号 Ｕ ４ ４ １３
Ｗ ｉ ｄ ｉ ｄ ｃ ｄ Ｆｌ ｔｅ ｍｌ’ｓ ｏ ｎ － ｐ ｎ Ｂｒｄ ｅ Ｂａ ｅ ｎ — ｎ ｕ ｅ ｕ ｔ ｒ Ａｒ ｙ ｉ ｆ Ｌｏ ｇ ｓ ａ ｉ ｇ ｓ ｄ ｓ ｏ ｅ ｏ ｄ Ｄｅ ｅｏ ｍ ｅ ｔ ｏ ｎ Ｓ ｃ ｎ ｖ ｌ ｐ ｎ ｆ ＡＮＳ ＹＳ
基于ANSYS的斜拉桥抖振性能时域分析
基于ANSYS的斜拉桥抖振性能时域分析张四国;张一卓;闫旭【摘要】基于有限元法和随机振动的相关知识,利用ANSYS有限元软件,建立了某拟建斜拉桥的仿真模型,进行了抖振抗风性能分析,得到了斜拉桥主梁和桥塔在顺桥向及横桥向时域风场作用下的振动响应,评价了桥梁的抗风性能,保证了桥梁的安全性、适用性和耐久性.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2016(042)017【总页数】2页(P162-163)【关键词】有限元;斜拉桥;抖振;时域分析【作者】张四国;张一卓;闫旭【作者单位】天津市市政工程设计研究院,天津300051;天津市市政工程设计研究院,天津300051;天津市市政工程设计研究院,天津300051【正文语种】中文【中图分类】U441颤振、驰振、抖振和涡振是桥梁在不定常风场作用下发生振动的四种主要形态，其中抖振是桥梁在大气紊流作用下发生的一种随机的强迫振动，在较低风速下也能发生，虽然幅度有限，不至于造成灾难性后果，但能够增大桥梁结构变形，造成结构疲劳，从而威胁行车舒适性和施工安全，减少桥梁的使用寿命，因此，抖振分析是桥梁设计中的重要环节［1-3］。
对于柔性较强、截面复杂、跨度较大的桥梁，气动稳定性十分复杂，大多需要借助风洞试验精确得到三分力系数，并建立相应的模型进行动力响应分析，以确定桥梁结构的抗风性能是否满足要求，初步设计时，对于简单截面桥梁，可依据相应规范［4］进行简单的数值模拟。
本文即利用ANSYS有限元软件对拟建某斜拉桥的抖振抗风性能进行了数值模拟分析和评价。
空间中任意点的脉动风速时程一般认为是平稳的高斯过程，采用谐波合成法［5，6］可以根据风功率谱密度函数模拟脉动风速时程曲线，本工程所在地桥面处的设计风速取为vd1=53．1 m/s，塔顶处设计风速为vd2=60．6 m/s，时程总长t=819．2 s，时间步长t=0．05 s，截止频率取10 Hz，频率范围等分数N=4 096，则在Matlab中生成的桥面处节点、桥塔顶节点的脉动风速时程曲线见图1。
在ANSYS中实现颤振时程分析的方法
摘 要 ： 出 了一 种 在 ＡＮＳ 提 ＹＳ 中 实现 颤 振 时 程 分 析 的 有 限 元 模 型 和 分 析 方 法 。 该 模 型 采 用 ＭＡＴＲ Ｘ２ Ｉ ７单 元 来模 拟桥 面主 梁受 到 的 自激 力 ， 据 刚度 和 阻尼 等效 的 原 则 ， 导 了该 单 元 的 刚 依 推
ＨＵ Ａ Ｘｕ— ａｎ ， ｇ ｇ ＣＨ ＥＮ Ｚｈｅ ｇ— ｉ 。 ｎ ｑ ｎｇ ，ＺＨＵ Ｚｈｉｗｅ — ｎ
（ １． Ｓｃ ｏｏｌｏｆＣｉ ｌＥｎｇｉ ｅ ｉ ｄ Ａ ｒ ｔ ｃ ｕｒ ｈ ｖｉ ｎｅ ｒｎｇ ａｎ ｃｈｉｅ ｔ ｅ，Ｃｅ ｒ ｌ ｏｕｔ ｎｉ ｅ ｓｔ ｎｔ ａ Ｓ ｈ Ｕ ｖ ｒ ｉｙ．Ｃ ｈ ｎｇｓ ａ ４１ ７５，Ｃｈｉ ａ ｈ ００ ｎａ； ２． Ｓｃ ｏｌ ｆＣｉ ｉ Ｅ ｎ ｎｅ ｒｎｇ，Ｈ ｕｎ ｎｉｅｒ ｉｙ， Ｃｈ ｈｏ ｏ ｖ ｌ ｇｉ ｅ ｉ ａｎ Ｕ ｖ ｓｔ ａｎｇ ｈａ ４１ ｓ ２．Ｃｈｉ ００８ ｎａ）
关键 词 ： 颤振 ； 时程 分析 ； ＡＮＳ ＹＳ 中图 分 类号 ： ４ Ｕ４ １ 文 献标 识码 ： Ａ
Ａ ｐ ｏ ｃ ｆ ｔｍ ｅ ｈｉ ｔ ｒ ｎａ ｓ ｓ ｏ ｌ ｔ ｅ ｎ ＡＮＳＹＳ ｐｒ ａ ｈ ｏ ｉ － ｓ ｏ ｙ ａ ｌ ｉ ｆ ｆ ｔ ｒ ｉ ｙ ｕ
ｔ ｅ ａ ａ ｙ ｉ ， ｎ ｈ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｃ ｏ ｄ ｎ ｅ ｗｉｈ ｆｅ ｕ ｎ ｙ ｄ ｍａ ｎ ａ ａ ｙ ｉ ． ｈ ｎ ｌ ｓｓ ａ ｄ ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｈ ｗｓ ａ ｃ ｒ ａ ｃ ｔ ｒ ｑ ｅ ｃ ｏ ｉ ｎ ｌ ｓｓ Ｋｅ ｒ ｓ ｌ ｔ ｅ ；ｔｍｅ ｈ ｓ ｏ ｙ ａ ａ ｙ ｉ ；ＡＮＳ ｙ ｗｏ ｄ ：ｆｕ ｔ ｒ ｉ — ｉｔ ｒ ｎ ｌ ｓｓ ＹＳ
大跨桥梁风致抖振时域分析及在ansys中的实现
关键词 : 长跨桥 ;抖振分析 ;时域法 ;有限元法
中图分类号 : U441. 3 ;U448. 27
文献标识码 : A
Time2Domain Analysis of Wind2Induced Buffet on Long2Span Bridges and Implementation of Analysis in ANSYS
线性等各种频域法所不能考虑的因素 ,故日益受到 重视 。在时域里进行抖振分析 ,关键是要求出作用 在桥梁上的气动力时域表达式 ,有了气动力后 ,就可 以用一般有限元的分析方法 ,对桥梁作时程分析 ,求 出抖振响应历程 ,然后对响应历程样本进行统计 ,求 出统计量 ,如位移均方根响应等 。文献[ 1 ]提出一种 准定常气动力模型 ,与传统时域抖振分析方法相比 ,
作用在主梁上单位展长自激力可以表达为工程应用为验证本文方法的正确性分别采用本文所提出的以单元气动刚度矩阵和单元气动阻尼矩阵形式表示的气动力模型和文献提出的准定常气动力模型分别对崖门桥的成桥状态进行风致抖振时域分析并对比了两个气动力模型计算出来的结果崖门大桥为双塔单索面预应力混凝土斜拉桥桥位处为类地表粗糙度类别主桥长668桥面平均高程为52ubcd10写成矩阵的形式可得单元气动阻尼矩静力三分力系数曲线主梁跨中节点横向竖向和扭转个重要自由度的位移响应时程结果见图本文模拟时间取为200但为了清晰起见只给出前40的结果其他时间点的结果与前40的结果类似
(9)
由式 (9) 可知 ,单位展长作用在主梁的气动力由三部
分组成 :静风力 、抖振力和自激力 , 由于静风力和抖
振力在一般参考文献中都有 , 本文不再给出 。作用
在主梁上单位展长自激力可以表达为 :
Fae ( t) = - C0δ· ( t) - K0δ( t)
一种在ANSYS中实现颤振时程分析的方法
一种在ANSYS中实现颤振时程分析的方法颤振时程分析是结构工程中的重要分析方法，用于研究结构在外部激励下可能出现的颤振现象。
在ANSYS软件中，可以通过以下方法来实现颤振时程分析。
1.定义结构模型：在ANSYS中，首先需要使用几何建模工具创建结构模型。
可以使用ANSYS提供的几何建模工具，也可以使用外部CAD软件导入模型。
在建模过程中，要确保模型的精度和准确性。
2.设置物理属性：在ANSYS中，需要为结构模型定义材料属性和边界条件。
将材料属性分配给结构的各个部分，包括弹性模量、泊松比和密度等。
同时，也需要定义边界条件，例如约束和荷载等。
3.定义颤振激励：颤振时程分析需要定义一个与时间有关的激励。
可以是脉冲、周期性加载或随机加载等。
根据实际情况，选择合适的激励方式，并为其定义参数，例如加载时间、幅度和频率等。
4. 设置分析类型：在ANSYS中，可以选择不同的分析类型来进行颤振时程分析。
其中一种常用的方法是模态超级位置法（Modal Superposition Method）。
这种方法假设结构响应是由若干模态形式的振动叠加而成，通过对结构模态进行线性叠加，得到结构响应。
5.求解：在ANSYS中，通过设置分析类型、加载条件和求解器等参数，进行求解。
求解过程将获得结构的时程响应结果。
该结果包括结构的位移、速度和加速度等。
6.结果分析：在求解完成后，可以使用ANSYS提供的后处理工具来分析结果。
可以绘制结构的位移、速度和加速度随时间变化的曲线。
可以评估颤振时程分析的结果是否满足设计要求，如结构是否出现颤振现象。
总之，在ANSYS中实现颤振时程分析需要依次完成模型定义、物理属性设置、颤振激励定义、分析类型选择、求解和结果分析等步骤。
通过这些步骤，我们可以研究结构在外部激励下的颤振行为，为结构设计和优化提供有价值的信息。
基于ANSYS的共振频率分析及实验研究
基于 ＡＮＳＹＳ 的共振频率分析及实验研究
１９
２ 实验铜杆
截面直 ｄ / １０－３ ｍ ７.９８９
长度 Ｌ / ｍ ０.１８
实验中ꎬ分别用螺旋测微计、电子天平等工具 测量得到细铜杆材料棒基本参数如表 １ 所示ꎮ
表 １ 铜杆模型的参数
质量 ｍ / ｋｇ ０.０７５ ４
杨氏模量 Ｅ / Ｇｐａ １１０
泊松比 ０.３４
密度 ρ / ｋｇ / ｍ３ ８ ３５６
根 据 表 １ 中 参 数ꎬ 将 ＫｎＬ ＝ ４. ７３０ꎬ ７. ８５３ꎬ １０.９９６( ｎ ＝ １ꎬ２ꎬ３) 代入式(３) 进行计算ꎬ可获得前 三阶 共 振 频 率 分 别 为: ７９２. ４３ Ｈｚ、 ２ １８４. ３２ Ｈｚ、 ４ ２８２.６６ Ｈｚꎮ 整个实验装置如图 １ 所示:材料棒 采用激振换能器、拾振换能器支撑ꎬ利用信号发生 器产生正弦波信号加载到激振换能器产生机械振 动ꎬ拾振换能器取出振动信号显示于数字示波器ꎻ 当施加信号频率与固有频率相等时ꎬ则示波器显 示幅度拉伸到最大的共振信号ꎮ 根据上面理论计 算的结果ꎬ对激振换能器施加可调正弦信号ꎬ在计 算出的频率附近寻找ꎬ并精确判断出共振状态ꎬ读 出信号频率ꎬ可得到前三阶对应共振频率的实验
第 ３１ 卷 第 ２ 期 ２０１８ 年 ４ 月
大学物理实验
ＰＨＹＳＩＣＡＬ ＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴ ＯＦ ＣＯＬＬＥＧＥ
文章编号:１００７￣２９３４( ２０１８) ０２￣００１８￣０４
Ｖｏｌ.３１ Ｎｏ.２ Ａｐｒ.２０１８
基于 ＡＮＳＹＳ 的共振频率分析及实验研究
张语晗ꎬ王世鹏ꎬ鲁 妮ꎬ王雨思ꎬ李书光ꎬ王 龙∗
( 中国石油大学ꎬ山东 青岛 ２６６５８０)
摘
要: 由共振法测量杨氏模量的实验思想ꎬ采用有限元分析软件 ＡＮＳＹＳ１４.０ 对铜质细长棒进行
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基于ANSYS的颤振频域分析方法
颤振是指物体或系统由于外部激励而产生的由自身刚度与阻尼引起的共振现象。
颤振频域分析方法基于ANSYS的有限元分析技术，旨在分析和解决颤振问题。
颤振频域分析方法主要分为两个步骤：模态分析和频域响应分析。
1.模态分析：
模态分析用于确定结构的固有频率和模态形态。
在ANSYS中，可以通过模态分析计算得到结构的固有频率和固有振型。
在模态分析中，结构会被线性化处理，即假设结构的响应是线性的，结构的刚度和质量被视为常值。
模态分析结果可以帮助我们确定系统的固有频率，以及潜在的颤振模态。
2.频域响应分析：
频域响应分析是基于模态分析的结果，计算结构在不同频率下的响应特性。
在ANSYS中，可以使用频域响应分析方法来计算结构的动力响应，例如位移、速度和加速度。
常用的方法包括有限元法和传递矩阵法。
在颤振频域分析中，最重要的是确定结构的固有频率和阻尼比。
固有频率可以通过模态分析获得，而阻尼比的确定则需要进一步的分析。
阻尼比影响结构的共振现象，太小的阻尼比会导致结构共振，而太大的阻尼比则会减小结构的灵敏度。
在ANSYS中，可以通过多种方法来确定阻尼比，例如模态阻尼比法、能量法和频域响应法。
模态阻尼比法利用结构的模态参数来估计阻尼比，
能量法是通过分析结构的能量损耗来确定阻尼比，而频域响应法是通过模态超前函数和超后函数的比值来计算阻尼比。
颤振频域分析方法的结果包括结构的频谱响应和共振频率。
频谱响应表示了结构在不同频率下的振动幅度，共振频率则表示结构的特征频率，即结构最易发生共振的频率。
总之，颤振频域分析方法是基于ANSYS的一种用于分析和解决颤振问题的工程方法。
通过模态分析和频域响应分析，可以确定结构的固有频率和响应特性，进而评估结构的颤振风险，从而采取相应的措施进行改进和优化。