盛水容器的湿模态分析(ANSYS Workbench 14.5)

基于ANSYS Workbench下曲轴的模态分析

引言在现代汽车发动机中,曲轴是最重要转动部件之一。

它不仅连接连杆等部件，也承受着复杂，交变的冲击载荷。

现代汽车的快速发展，对发动机的振动和控制噪声要求越来越高[1]。

通过经典的力学设计方法，很难适应现代发动机曲轴的性能要求。

本文对某款四缸发动机中曲轴进行建模，再利用ANSYS WorkBench 软件对曲轴进行模态分析。

以下为曲轴的参数：一、曲轴的模态分析(一)三维模型的建立与简化利用UG 软件高效的建模，对四缸发动机的曲轴进行三维造型。

完成曲轴的实体造型之后，通过ANSYS Workbench 与三维软件的接口，输出STP 实体文件的格式，导入到ANSYS Workbench 下。

曲轴的结构相对来说比较复杂，存在很多工艺孔，工艺角，安装定位孔和油道。

如果在进行有限元模型建立的时候，考虑这些细微之处，则会使得有限元模型的网格非常的粗糙，导致计算精度的降低。

在这里对曲轴进行合理的几何处理是完全有必要的。

所以对曲轴中的工艺孔，工艺角及油道，进行几何清理。

利用UG 软件的同步建模命令中删除面命令对曲轴的实体模型进行几何清理。

如图所示1曲轴简化后的三维模型[2]。

(二)曲轴网格的处理在UG 软件当中进行了特征清理之后，导出曲轴格式为STP203的格式。

利用ANSYS Workbench 中提供的几何接口，导入UG 输出的STP 格式下的曲轴。

综合考虑在有限元软件中，六面体网格的质量，计算精度和计算结果的正确性是远大于四面体网格。

所以在ANSYS Workbench ，采用六面体网格进行研究。

如图2所示曲轴的有限元模型。

收稿日期:2018-02-15基金项目:安徽省自然科学基金重点项目《网络化制造的服务描述及服务查询技术研究》(KJ2016A541)。

作者简介:胡斌(1989-),男,江苏镇江人,滁州职业技术学院教师,硕士研究生,从事机械CAD/CAE 与信息集成研究。

基于ANSYS Workbench 下曲轴的模态分析胡斌，疏剑，贾会星，龚厚仙（滁州职业技术学院，安徽滁州239000）摘要:曲轴的振动，对发动机的噪声有着显著的影响。

ANSYS WORKBENCH 11.0模态分析

ANSYS WORKBENCH 11.0培训教程（DS）第五章模态分析概述•在本章节主要介绍如何在Design Simulation中进行模态分析. 在Design Simulation中, 进行一个模态分析类似于一个线性分析.–假定用户已经对第四章的线性静态结构分析有了一定的学习了解.•本节内容如下:–模态分析流程–预应力模态分析流程•本节所介绍的这些性能通常能适用于ANSYS DesignSpace Entra licenses及更高的lisenses.–在本节讨论的一些选项可能需要更多的高级lisenses, 需要时会相应的标示出来.–谐响应和非线性静态结构分析在本节将不进行讨论.模态分析基础•对于一个模态分析, 固有圆周频率ωi 和振型φi 都能从矩阵方程式里得到:在某些假设条件下的结果与分析相关:–[K] 和[M] 是常量:•假设为线弹性材料特性•使用小挠度理论, 不包含非线性特性•[C] 不存在, 因此不包含阻尼•{F} 不存在, 因此假设结构没有激励•根据物理方程, 结构可能不受约束(rigid-body modes present) ，或者部分/完全的被约束住•记住这些在Design Simulation 中进行模态分析的假设是非常重要的.[][](){}02=−ii M K φωA. 模态分析过程•模态分析过程和一个线性静态结构分析过程非常相似, 因此这里不再详细的介绍每一操作步骤. 下面这些步骤里面，黄色斜体字体部分是模态分析所特有的.–建模–设定材料属性–定义接触对(假如存在)–划分网格(可选择)–施加载荷(假如存在的话)–需要使用Frequency Finder 结果–设置Frequency Finder 选项–求解–查看结果…几何模型和质量点•类似于线性静态分析, 任何一种能被Design Simulation支持的几何模型都有可以使用：–实体、面体和线体•对于线体，只有振型和位移结果是可见的。

基于ANSYS Workbench的驱动桥壳模态分析

作者简介：源，福建龙岩人，谢男，工程师、讲师，主要研究方向：机械设计及制造。
１２
无阻尼自由振动方程计算结构的固有特性，由式
（）得：１可
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ｚ：＝；
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… 嚣矗
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ｚ．瞳 ∞
［｛（）＋｜｛（）＝ｔ）［】￡｝ＯＫ其对应的特征方程为：（一［）｝Ｏ［＝
汽车的安全性和可靠性具有重要的意义。【２－】＿
２冲焊桥壳的有限元分析模型
图１桥壳有限元分析模型
３模态分析理论
冲焊桥壳是一个复杂的焊接结构，实际模型在
的基础上建立正确的有限元模型。是正确进行有限元分析的前提条件。因此在建立冲焊桥壳有限元模型时，既要如实反映桥壳实际结构的重要力学特性，又要尽量采用较少的单元和简单的单元形态。
刚度矩阵；Ｐｆｌ｛（）为激振力向量；菇ｆ｝｛￡）｛（）、（）、
度和模态，为桥壳的结构设计提出可行的措施。由于驱动桥壳的结构形状极为复杂。而有限元软件的几何建模功能相当有限，以方便地对其建难模。因此，本文采用Ｓｌｗｒｓｏｄｏｋ对桥壳进行三维建ｉ模，然后通过ＡＳＳＷｏｋｅｃ入接１读入实ＮＹｒｂｎｈ输：３
车桥是车辆重要的承载件和传力件。它起支撑车辆荷重、动力传导到驱动轮上的作用。车辆将是
上各种复杂力的集合点。传统的结构设计多是基于静力分析的结果。照相应的强度理论进行的。但按

AnsysWorkbench界面命令说明

Ansys Workbench界面命令说明1、 ANSYS15 Workbench界面相关分析系统和组件说明【Analysis Systems】分析系统【Component Systems】组件系统【CustomSystems】自定义系统【Design Exploration】设计优化分析类型说明Electric (ANSYS) ANSYS电场分析Explicit Dynamics (ANSYS) ANSYS显式动力学分析Fluid Flow (CFX) CFX流体分析Fluid Flow (Fluent) FLUENT流体分析Hamonic Response (ANSYS) ANSYS谐响应分析Linear Buckling (ANSYS) ANSYS线性屈曲Magnetostatic (ANSYS) ANSYS静磁场分析Modal (ANSYS) ANSYS模态分析Random Vibration (ANSYS) ANSYS随机振动分析Response Spectrum (ANSYS) ANSYS响应谱分析Shape Optimization (ANSYS) ANSYS形状优化分析Static Structural (ANSYS) ANSYS结构静力分析Steady-State Thermal (ANSYS) ANSYS稳态热分析Thermal-Electric (ANSYS) ANSYS热电耦合分析Transient Structural(ANSYS) ANSYS结构瞬态分析Transient Structural(MBD) MBD 多体结构动力分析Transient Thermal(ANSYS) ANSYS瞬态热分析组件类型说明AUTODYN AUTODYN非线性显式动力分析BladeGen 涡轮机械叶片设计工具CFX CFX高端流体分析工具Engineering Data 工程数据工具Explicit Dynamic（LS-DYNA） LS-DYNA 显式动力分析Finite Element Modeler FEM有限元模型工具FLUNET FLUNET 流体分析Geometry 几何建模工具Mechanical APDL 机械APDL命令Mechanical Model 机械分析模型Mesh 网格划分工具Results 结果后处理工具TurboGrid 涡轮叶栅通道网格生成工具Vista TF 叶片二维性能评估工具2、主菜单【File】文件操作【View】窗口显示【Tools】提供工具【Units】单位制【Help】帮助信息3、基本工具条【New】新建文件【Open】打开文件【Save】保存文件【Save As】另存为文件【Import】导入模型【Compact Mode】紧凑视图模式【Shade Exterior and Edges】轮廓线显示【Wireframe】线框显示【Ruler】显示标尺【Legend】显示图例【Triad】显示坐标图示【Expand All】展开结构树【Collapse Environments】折叠结构树【Collapse Models】折叠结构树中的Models项【Named Selections】命名工具条【Unit Conversion】单位转换工具【Messages：Messages】信息窗口【Simulation Wizard】向导【Graphics Annotations】注释【Section Planes】截面信息窗口【Reset Layout】重新安排界面4、建模【Geometry】几何模型【New Geometry】新建几何模型【Details View】详细信息窗口【Graphics】图形窗口：显示当前模型状态【Extrude】拉伸【Revolve】旋转【Sweep】扫掠【Skin/Loft】蒙皮【Thin/Surface】抽壳: 【Thin】创建薄壁实体【Surface】创建简化壳【Face to Remove】删除面：所选面将从体中删除。

workbench 模态分析实例

13
July 3, 2006 Inventory #002022 WS2-13
模态分析
作业5 – 求解
在每个模型的各项设置都完成后，我们将准备进行求解，逐一检查所有分支条前面的状态符。所有状态符应为以下其一：
– 带电符号（待查） – 绿色钩对号（完成）
Workshop Supplement
ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation
Workshop Supplement
ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation
July 3, 2006 Inventory #002022 WS2-4
ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation ANSYS Workbench - Simulation
模态分析
作业5 – 建立求解
记住:当求解结构问题时,我们要求解多个应力、应变、位移。由于我们希望确定模型的固有频率，往往需要适当数目的求解结果。为了求解固有频率，我们需要使用到工具 “Frequency Finder”.
12. 点击求解的分支条，并点击
12
July 3, 2006 Inventory #002022 WS2-12

Ansys Workbench界面命令说明

Ansys Workbench界面命令说明1、 ANSYS15 Workbench界面相关分析系统和组件说明【Analysis Systems】分析系统【Component Systems】组件系统【CustomSystems】自定义系统【Design Exploration】设计优化分析类型说明Electric (ANSYS) ANSYS电场分析Explicit Dynamics (ANSYS) ANSYS显式动力学分析Fluid Flow (CFX) CFX流体分析Fluid Flow (Fluent) FLUENT流体分析Hamonic Response (ANSYS) ANSYS谐响应分析Linear Buckling (ANSYS) ANSYS线性屈曲Magnetostatic (ANSYS) ANSYS静磁场分析Modal (ANSYS) ANSYS模态分析Random Vibration (ANSYS) ANSYS随机振动分析Response Spectrum (ANSYS) ANSYS响应谱分析Shape Optimization (ANSYS) ANSYS形状优化分析Static Structural (ANSYS) ANSYS结构静力分析Steady-State Thermal (ANSYS) ANSYS稳态热分析Thermal-Electric (ANSYS) ANSYS热电耦合分析Transient Structural(ANSYS) ANSYS结构瞬态分析Transient Structural(MBD) MBD 多体结构动力分析Transient Thermal(ANSYS) ANSYS瞬态热分析组件类型说明AUTODYN AUTODYN非线性显式动力分析BladeGen 涡轮机械叶片设计工具CFX CFX高端流体分析工具Engineering Data 工程数据工具Explicit Dynamic（LS-DYNA） LS-DYNA 显式动力分析Finite Element Modeler FEM有限元模型工具FLUNET FLUNET 流体分析Geometry 几何建模工具Mechanical APDL 机械APDL命令Mechanical Model 机械分析模型Mesh 网格划分工具Results 结果后处理工具TurboGrid 涡轮叶栅通道网格生成工具Vista TF 叶片二维性能评估工具2、主菜单【File】文件操作【View】窗口显示【Tools】提供工具【Units】单位制【Help】帮助信息3、基本工具条【New】新建文件【Open】打开文件【Save】保存文件【Save As】另存为文件【Import】导入模型【Compact Mode】紧凑视图模式【Shade Exterior and Edges】轮廓线显示【Wireframe】线框显示【Ruler】显示标尺【Legend】显示图例【Triad】显示坐标图示【Expand All】展开结构树【Collapse Environments】折叠结构树【Collapse Models】折叠结构树中的Models项【Named Selections】命名工具条【Unit Conversion】单位转换工具【Messages：Messages】信息窗口【Simulation Wizard】向导【Graphics Annotations】注释【Section Planes】截面信息窗口【Reset Layout】重新安排界面4、建模【Geometry】几何模型【New Geometry】新建几何模型【Details View】详细信息窗口【Graphics】图形窗口：显示当前模型状态【Extrude】拉伸【Revolve】旋转【Sweep】扫掠【Skin/Loft】蒙皮【Thin/Surface】抽壳: 【Thin】创建薄壁实体【Surface】创建简化壳【Face to Remove】删除面：所选面将从体中删除。

AnsysWorkbench自由模态及预应力模态计算

AnsysWorkbench⾃由模态及预应⼒模态计算Ansys Workbench ⾃由模态及预应⼒模态计算模态计算是研究结构振动特性必不可少的，即分析结构的固有频率和振型，同时也是进⾏其他动⼒学分析的，如瞬态动⼒学分析、谐响应分析和谱分析必不可少的。

结构固有频率只取决于系统本⾝的刚度和质量的⽐值，简单的单⾃由度弹簧质量系统的固有频率可表⽰为：m2 12 K==ππωi i f ---i ω为系统圆周频率---K 为系统刚度 ---M 为系统质量所以⼀般模态计算只需计算⽆阻尼固有频率即可，当需要谐响应分析联合计算考虑振动值时，需考虑阻尼的影响，下⾯利⽤Ansys Workbench 有限元计算软件求解结构⾃由模态和有预应⼒模态。

⼀、结构⾃由模态计算1、打开软件，进⼊Ansys Workbench 操作平台，下图⽰，选中左侧Modal 模块，双击或者⿏标左键按住拖动⾄右侧空⽩处2、双击Engineering Date,编辑材料，如下图所⽰点击左上⾓Engineering Date Sources出现材料库⽂件夹，选择其中⼀种（此处选择General Materials），下⾯出现该材料库中包含材料名称，点击后⾯按钮，此时材料即可使⽤（此处选择Aluminum Alloy）再次点击Engineering Date Sources即可退回下图，点左上⾓Engineering Date关闭按钮3、CAD导⼊或者直接建⽴模型，此处直接导⼊solidworks建⽴好的模型右键Geometry---Browse弹出选择对话框，选择你所需的模型（若Ansys worbench软件没有与CAD软件关联，可先将模型转化成中间格式）4、双击Geometry，进⼊界⾯选中Import1，右键⽣成模型，或者直接按F5⽣成检查⽣成模型，如⽆问题关闭该模块5、退出⾄操作平台后，双击Modal，进⼊设置界⾯点击Geometry下part1，在下⽅出现的Details of part1中的Material---Assignment,选择前⾯增加的材料Aluminum Alloy划分⽹格，如下图所⽰，mesh—insert—sizing选择右侧模型，点击Apply，设置Element Size为3右键选择mesh，⽣成⽹格（generate Mesh）6、选择模型树中Analysis Settings—options--Max modes to Find改成30（设置所求模态阶数为30，可根据需求设置），其余保持默认7、右键solution—solve，进⾏求解8、⾃由模态求解完成，点击solution，右侧出现所求30阶模态频率（三维模型有6个⾃由度，且都没有约束，所以前6阶⼏乎为0，可不考虑）9、查看某阶频率振型，选中该阶频率，右键单击，选中create Mode shape Results左侧模型树下出现Total Deformation—Evaluate All Results意义，若想计算真实振动位移值，需进⾏其他动⼒学分析，如谐响应分析）⼆、预应⼒模态计算条件：杯⼦上沿增加⼀个0.1Mpa压⼒，底部固定，计算其模态1、在模态分析之前，增加⼀个结构静⼒学计算模块Static Structual,导⼊模型和材料与前⾯⼀致2、将静⼒学计算结果导⼊模态分析模块中，如下图⽰右键Static Structual下Solution—Transfer Date New---Modal3、建⽴了⼀个与Static Structual关联的模态计算模块，双击Static Structual模块下的Model 进⼊载荷及边界条件的设置4、材料和⽹格划分与前⾯讲述的⼀致，设置完成。

day5 Workbench DS模态分析及屈曲分析

ANSYS BASIC TRAINING
模态分析基础
• 对于一个模态分析, 固有圆周频率 ωi 和振型 φi 都能从矩阵方程式对于一个模态分析, 里得到: 里得到:
([K ] − ω [M ]){φ } = 0
2 i i
在某些假设条件下的结果与分析相关: 在某些假设条件下的结果与分析相关: – [K] 和 [M] 是常量: 是常量: • 假设为线弹性材料特性 • 使用小挠度理论, 不包含非线性特性使用小挠度理论, • [C] 不存在, 因此不包含阻尼不存在, • {F} 不存在, 因此假设结构没有激励不存在, • 根据物理方程 , 结构可能不受约束(rigid-body modes 结构可能不受约束(rigid (rigid或者部分/ present) ，或者部分/完全的被约束住 • 记住这些在Design Simulation中进行模态分析的假设是非常重要的. 记住这些在Design Simulation中进行模态分析的假设是非常重要的中进行模态分析的假设是非常重要的.
ANSYS BASIC TRAINING
预应力模态分析
• 在某些情况下，进行模态分析时，需要考虑预应力效果. 在某些情况下，进行模态分析时，需要考虑预应力效果. – 在一个静态载荷(static) 的作用下, 结构的应力状态可能影响到在一个静态载荷(static) 的作用下, 它的固有频率. 这一点是非常重要的，它的固有频率. 这一点是非常重要的，尤其是对于那些在某一个或两个尺度上很薄的结构. 或两个尺度上很薄的结构. – 现在，考虑一个吉它弦被调节的情况 – 当轴向载荷增加(拉紧)的现在，当轴向载荷增加(拉紧) 时候, 横向频率也随之相应的增加. 这是一个应力硬化的例子. 时候, 横向频率也随之相应的增加. 这是一个应力硬化的例子.

Ansys Workbench自由模态及预应力模态计算

Ansys Workbench 自由模态及预应力模态计算模态计算是研究结构振动特性必不可少的，即分析结构的固有频率和振型，同时也是进行其他动力学分析的，如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析必不可少的。

结构固有频率只取决于系统本身的刚度和质量的比值，简单的单自由度弹簧质量系统的固有频率可表示为：m2 12 K==ππωi i f ---i ω为系统圆周频率---K 为系统刚度 ---M 为系统质量所以一般模态计算只需计算无阻尼固有频率即可，当需要谐响应分析联合计算考虑振动值时，需考虑阻尼的影响，下面利用Ansys Workbench 有限元计算软件求解结构自由模态和有预应力模态。

一、结构自由模态计算1、打开软件，进入Ansys Workbench 操作平台，下图示，选中左侧Modal 模块，双击或者鼠标左键按住拖动至右侧空白处2、双击Engineering Date,编辑材料，如下图所示点击左上角Engineering Date Sources出现材料库文件夹，选择其中一种（此处选择General Materials），下面出现该材料库中包含材料名称，点击后面按钮，此时材料即可使用（此处选择Aluminum Alloy）再次点击Engineering Date Sources即可退回下图，点左上角Engineering Date关闭按钮3、CAD导入或者直接建立模型，此处直接导入solidworks建立好的模型右键Geometry---Browse弹出选择对话框，选择你所需的模型（若Ansys worbench软件没有与CAD软件关联，可先将模型转化成中间格式）4、双击Geometry，进入界面选中Import1，右键生成模型，或者直接按F5生成检查生成模型，如无问题关闭该模块5、退出至操作平台后，双击Modal，进入设置界面点击Geometry下part1，在下方出现的Details of part1中的Material---Assignment,选择前面增加的材料Aluminum Alloy划分网格，如下图所示，mesh—insert—sizing选择右侧模型，点击Apply，设置Element Size为3右键选择mesh，生成网格（generate Mesh）6、选择模型树中Analysis Settings—options--Max modes to Find改成30（设置所求模态阶数为30，可根据需求设置），其余保持默认7、右键solution—solve，进行求解8、自由模态求解完成，点击solution，右侧出现所求30阶模态频率（三维模型有6个自由度，且都没有约束，所以前6阶几乎为0，可不考虑）9、查看某阶频率振型，选中该阶频率，右键单击，选中create Mode shape Results左侧模型树下出现Total Deformation—Evaluate All Results点击下方Play按钮，可播放振型动画，点击，可保存动画。

基于Ansys Workbench的激波轮模态分析

第34卷第3期机电卢品开发与创新Vol.34,No.3 2021 年 5 月Development & Innovation of Machinery & Electrical Products May.,2021文章编号：1002-6673 (2021) 03-113-03基于Ansys Workbench的激波轮模态分析俞俊海(合肥市波林新材料股份有限公司，安徽合肥230088)摘要：激波轮作为摆线活齿减速器的重要传动部件，在运转过程中，激波轮的稳定性直接决定摆线活齿减速器的平稳性和噪音，故需要分析激波轮的固有频率和振型。

绘制激波轮模型，输入Ansys W o r k b e n c h对激波轮进行相关模态分析。

通过仿真分析后，得到激波轮前十阶振型和频率。

激波轮的临界转速远大于激波轮的最高转速，故对激波轮进行减重来降低激波轮的重量和成本。

对激波轮进行模态分析，为后期激波轮的设计仿真奠定了理论基础。

关键词：激波轮；模态分析；固有频率；Ansys W o r k b e n c h中图分类号：T H132 文献标识码：A d〇i:10.3969/j.issn.1002-6673.2021.03.038Modal Analysis of Shock Wheel Based on Ansys WorkbenchY U Jun-Hai(Hefei Bolin Advanced Materials C o.，Ltd.，Hefei Anhui 230088,China)Abstract:Shock wheel a s an important drive component of cycloid movable tooth reducer，in operation，the consistency of shock wheel affect the noise and smoothness.So must analyze the inherentCfrequency and mod e of shock wheel.Drawing the m ode of shock wheel，conduct modal analysis of shock wheel in Ansys workbench.After simulation analysis，get the ten modes and frequency of shock wheel.The c r i t i c a l speed i s m u c h greater than the m a x i m u m speed of the shock wheel，so w o need to lighten the shock wheel to reduce the cost.The modal analysis lays a basics for simulation design of shock wheel.Keywords：Shock wheel%Modal analysis%Inherent frequency%Ansys Workbench0引言随着智慧工厂、智能物流、智能家居等相关智能制造行业的快速发展，急需一款高度集成化的大扭矩、体积小的减速装置。