ansys谐响应分析

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Ansys 动力学谐响应分析

M3-5
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
M3-6
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]矩阵和 {u}矩阵是简谐的，频率为 w:
•
F Fmaxe e u umaxei eiw t
观看结果 - POST1
观看整个结构的结果 • 进入POST1，且列出结果综述表，确定临界频率的载荷步和子步序号；
典型命令: /POST1 SET,LIST
M3-33
谐响应分析-步骤
观看结果 - POST1（接上页）
• 使用 HRCPLX 命令读入在期望频率和相角时的结果： – HRCPLX, LOADSTEP, SUBSTEP, PHASE, ... – 例如： HRCPLX,2,4,85.7 绘制变形图，应力等值线图和其它期望的结果。典型命令:
M3-36
M3-24
谐响应分析-步骤
施加谐波载荷并求解（接上页）
阶梯载荷对线性变化载荷： • 采用若干子步，可以逐渐地施加载荷（线性变化载荷），或者在第一个子步立刻施加载荷（阶梯载荷）； • 谐波载荷通常是阶梯加载，因为载荷值代表的是最大振幅。
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谐响应分析-步骤
施加谐波载荷并求解（接上页）
• • 在施加谐波载荷后，下一步就是开始求解通常采用一个载荷步，但是可以采用若干子步，且每个子步具有不同的频率范围
HRCPLX,…
PLDISP,2 PLNSOL,… FINISH
•
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谐响应分析步骤
建立模型选择分析类型和选项施加谐波载荷和求解观看结果

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 19.0基础入门与工程实践第9章谐响应分析

9.2 谐响应分析求解方法
• 谐响应分析通常有三种求解方法，分别为完整法（Full）、缩减矩阵法（Reduced）以及模态叠加法（Mode Superposition），这3种方法有各自的特点和优势，在使用中可以依据不同的分析工况来选择，在WB 19.0中主要采用完整法和模态叠加法进行计算，下面针对两种方法逐一介绍。
• 9.3.1 问题描述 • 9.3.2 几何建模 • 9.3.3 材料属性设置 • 9.3.4 网格划分 • 9.3.5 边界及谐波载荷设置 • 9.3.6 求解设置 • 9.3.7 模型求解 • 9.3.8 结果后处理
9.4 谐响应分析实例——电器控制柜谐响应分析
• 电气控制柜内部安装了各类继电器及相关电气设备，在运转过程中会对电气柜产生一定的振动激励。本例将通过谐响应分析对电器柜的动态特性进行研究，为读者学习掌握谐响应分析方法提供指导。
第九章
谐响应分析
9.1 谐响应分析简介
• 谐响应分析是分析一个结构在简谐载荷作用下的结构响应技术。与模态分析有所不同，模态分析是分析结构固有的动态特性，只有质量、弹性模量、泊松比等材料参数对结构有影响，而与结构所受的外部载荷并不相关；但是谐响应分析则不然，它关注结构在外部载荷作用下的动态响应，是与结构所受的外部载荷相关的。
• 谐响应分析主要用于设计旋转机械设备的支座、固定装置以及受到涡流影响的结构，比如涡轮叶片、飞机机翼等。
• 在进行分析时，谐响应分析需要用户输入已知大小和频率的简谐载荷，该载荷可以是力、压力、位移等；输出的结果是响应对频率的曲线。谐响应分析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。
9.2.1 完整法
• 完整法是最基本的求解方法，它采用完整的系统矩阵计算谐响应，矩阵可以是对称的，也可以是非对称的。使用完整法求解最为简单，不需要为了求解选择模态和主自由度，但是完整法求解效率较低，并且无法处理存在预应力的问题。

Ansys第15例谐响应分析实例和凸轮从动件运动分析

ω
1 k 1 10000 = = 15.9Hz 2π m 2π 1
F0 k (1 − λ2 )2 + (2ξλ)2
sin(ωt − φ)
ωn
频率比,
k m
ωn
系统的固有频率，ωn =
c 2 mk
=
10000 1
= 100rad/s
ζ ——阻尼比，ζ =
=
63 2 1×10000
= 0.315
2ζλ 1−λ 2
个完整的正弦载荷需要确定三个参数，即幅值（Amplitude，载荷最大值）、相位角 (Phase angle) ，载荷落后或超前参考时间的角度）、载荷频率范围（ Forcing Frequency Range），或者实部、虚部和载荷频率范围。具体分析步骤如下：指定分析类型：Main Menu→Solution→Analysis Type→New Analysis，选择 Harmonic。指定分析选项：Main Menu→Solution→Analysis Type→Analysis Options，选择求解方法。施加约束: Displacement 施加载荷：Main Menu →Solution→Define Loads→Apply→Structural， Main Menu → Solution → Define Loads → Apply → Structural →
图 15-3 单元类型对话框
图 15-4 单元类型库对话框 15.3.3 定文实常数
拾取菜单 Main Menu→Preprocessor→Real Constants→Add/Edit/Delete,弹出如图 15-5 所示的对话框，单击“Add„”按钮，弹出如图 l5-6 所示的对话框，在列表中选择“Type1 MASS21” ，单击“OK”按钮，弹出如图 15-7 所示的对话框，在“MASSX”文本框中输入 1，单击"OK”按钮，返回到如图 15-5 所示的对话框，

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模态叠加法谐响应分析

模态叠加法谐响应分析Hypermesh中ET types：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。

Material type：MP；Number of temp：1；在Material Prop：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有三个自由度，即三个平动自由度。

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。

谐响应分析师确定一个结构在已知频率的正弦（简谐）载荷作用下的响应特性的技术。

输入：已知大小和频率的谐载荷（力、压力和强迫位移）或同一频率的多种载荷、力和位移可以是同相或不同相的。

表面载荷和体载荷的相位角度可以指定为零。

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。

模态叠加法（Modal Superpos’n）:从前面的模态分析中得到各模态，再对乘以系数的各模态求和，是三种方法中最快的，但是首先必须进行模态分析。

模态分析：1.Main Menu>Preference>Structural,在Discipline options中点选h-Method。

2.Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis点选Modal3.Main Menu>Solution>Analysis Type>Analysis Options一般选用Block lanczos方法。

ansys-谐响应分析

f
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-谐响应分析

Type of Load Acceleration Load Standard Earth Gravity Load Pressure Load Force Load Bearing Load Moment Load Given Displacement Support Phase Input No No Yes Yes No No Yes Solution Method Full or Mode Superposition Full or Mode Superposition Full or Mode Superposition Full or Mode Superposition Full or Mode Superposition Full or Mode Superposition Full Only
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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问题描述本实例是对如下图所示的有预应力的吉他弦进行谐响应分析。

形状均匀的吉他弦直径为d ，长为l 。

在施加上拉伸力F1后紧绷在两个刚性支点间，用于调出C 音阶的E 音符。

在弦的四分之一长度处以力F2弹击此弦，要求计算弦的一阶固有频率f1，并验证仅当弹击力的频率为弦的奇数阶固有频率时才会产生谐响应。

几何尺寸：l ＝710mm c ＝165mm d ＝0.254mm材料特性：杨氏模量EX ＝1.9E5 Mpa ，泊松比PRXY ＝0.3，密度DENS ＝7.92E-9Tn/mm 3。

载荷为：F1＝84N F2＝1N取弹击力的频率范围为从0到2000Hz ，并求解频率间隔为2000/8＝250Hz 的所有解，以便观察在弦的前几阶固有频率处的响应，并用POST26时间－历程后处理器绘制出位移响应与频率的关系曲线。

一．选取菜单路径Utility Menu | File | Change Jobname ，将弹出Change Jobname (修改文件名)对话框，如图13.2所示。

在Enter new jobname (输入新文件名)文本框中输入文字“CH13”，然后单击对话框中的ok 按钮，完成对本实例数据库文件名的修改。

选取菜单路径Main Menu | Preference ，将弹出Preference of GUI Filtering (菜单过滤参数选择)对话框，单击Structural(结构)选项使之被选中，以将菜单设置为与结构分析相关的选项。

单击按钮，完成分析范畴的指定。

二.定义单元类型1．选取菜单路径Main Menu | Preprocessor | Element Type | Add/Edit/Delete ，将弹出Element Types (单元类型定义)对话框。

单击对话框中的按钮，将会弹出Library of Element Types (单元类型库)对话框2．在图13.4所示的对话框左边的滚动框中单击“Structural Link ”，选择结构连接单元类型。

接着在右边的滚动框中单击“2D Spar 1”,使其高亮度显示,选择2维弹性单元。

单击对话框中的按钮，关闭单元类型库(Library of Element Types)对话框。

3．在Element Types (单元类型定义)对话框中的已定义单元类型列表框中将会列出定义的单元类型为：“Type 1 LINK1”。

单击对话框中的按钮，关闭Element Types (单元类型定义)对话框，完成单元类型的定义。

三．定义材料性能和实常数选取菜单路径Main Menu | Preprocessor | Material Props | Material Models ，2．依次双击Structural ， Linear ，Elastic 和Isotropic ，将弹出1号材料的弹性模量EX 和泊松比PRXY 的定义对话框。

在EX 文本框中输入1.9E5，PRXY 文本框中输入0.3。

定义材料的弹性模量为1.9E5Mpa ，泊松比为0.3。

单击对话框中的ok 按钮，关闭对话框。

接着双击Density ，在DENS 文本框中输入7.92E-9，设定1号材料密度为7.92E-9Tn/mm 3。

单击ok 按钮，完成对材料1的密度定义。

在Define Material Model Behavior (材料模型定义)对话框中，选取路径Material | Exit ，完成对材料模型的定义。

选取菜单途径Main Menu | Preprocessor | Real Constants ，将会弹出Real Constants (实常数定义)对话框。

单击对话框中的按钮，将弹出Element Type for Real Constants (定义实常数的单元类型)对话框。

单击“Type 1 LINK1”使其高亮度显示，选择第一类单元LINK1。

然后单击该对话框中的按钮，在对话框中的Cross-sectional area (横截面积)文本框中输入5.0671E-2，定义吉他弦的横截面积为：42d π＝5.0671E-2mm 2。

其余参数保持缺省。

单击ok 按钮，关闭Real Constant Set Number 1,for LINK1 (为LINK1单元定义实常数的) 对话框。

完成单元LINK1实常数的定义。

在Real Constants (实常数定义)对话框的列表框中将会出现定义的实常数Set 1，单击ok 按钮，关闭对话框。

在ANSYS 图形输出窗口中单击节点1，然后单击拾取对话框中的按钮。

2．在对话框中的DOFS to be constrained (被约束的自由度)滚动框中，在所有自由度“All DOF ”上单击一次使其高亮度显示。

单击对话框中的apply 按钮，关闭Apply U, ROT on Nodes (在节点上施加位移约束)对话框，完成对节点一的约束。

拾取对话框将再次弹出。

3．在拾取对话框中，单击Box 单选按钮，将选取方式设置为框选。

4．在图形输出窗口中用选择框将节点2～31选中，然后单击拾取对话框中的ok按钮。

5．在对话框中的DOFS to be constrained (被约束的自由度)滚动框中，在Y向位移“UY”上单击一次使其高亮度显示，然后在所有自由度“All DOF”上单击一次消除对它的选择。

然后单击ok按钮，关闭对话框。

在图形输出窗口中，单击节点31。

然后，单击拾取对话框中的ok按钮。

7．在对话框中的direction of force/moment (力/力矩的方向)滚动框中的“FX”上单击一次，选定它。

8．在real part of force/moment (力/力矩大小)文本框中输入84，定义施加载荷值为84N。

单击对话框中的按钮，关闭对话框。

六．静力分析1．单击菜单Main Menu Main Menu | Solution | New Analysis，选择Static选项，然后单击ok 2. 选取菜单路径Main Menu | Solution | Analysis Options，在Stress stiffness or prestress (应力刚度或预应力)下拉框中选择Prestress ON，打开预应力选项。

点ok3. 选择菜单路径Main Menu | Solution | Current LS，求解。

将Incl prestress effects (预应力效应)设置为“YES”。

点ok，再点ok。

3．去掉2-30节点上的约束4.求解。

然后，单击DOF printout format (自由度输出格式)下拉框中的“Amplitud+phase”选项，将结果输出设置为按照幅值和相位的形式输出，点ok3．在Mode Sup Harmonic Analysis (模态叠加法谐响应分析)对话框中的Maximum mode number (最大模态数)文本框中输入6，点ok4.去掉节点31上的拉伸力5.在节点8处施加力选取菜单路径Main Menu | Solution | Load Step Opts | Time/Frequenc | Freq and Substps，在对话框中的Harmonic freq range (谐响应频率范围)文本框中分别输入0，2000。

在Number of substeps (子步数)文本框中输入250。

指定谐响应分析的频率范围为0～2000Hz，子步数为250。

单击对话框中的Stepped单选按钮，单击ok按钮，选取菜单路径Main Menu | Solution | Load Step Opts | Output Ctrls | Solu Printout单击对话框中的“None”单选按钮，将Print frequency (打印频率)设置为不打印任何子步结果。

对话框中的其余选项保持缺省，单击按钮关闭对话框。

单击Solve Current Load Step (求解当前载荷步)对话框中的按钮，进行吉他弦的模态叠加法谐响应分析求解。

当求解完成时，ANSYS将弹出Solution is done! (求解完成提示)对话框，单击对话框中的ok按钮，完成吉他弦的模态叠加法谐响应分析。

选取菜单路径Main Menu | Finish，完成模态分析求解过程，关闭Solution菜单。

九．观察实验结果1．选取菜单路径Main Menu | General Postproc | Results Summary，程序将会列出吉他弦的所有求解的固有频率值，如图13.49所示。