1、动力学 培训手册,实例分析补充资料,November 30, 1998,W-2,Dynamics - Release 5.5 (001174),目 录,介绍性实例 Tacoma吊桥抖振破坏 W-3 模态分析实例 带孔平板 W-11 模态分析实例 受预应力的圆盘 W-19 模态分析实例 圆锥斜角齿轮 W-23 谐分析 两端固支的梁 W-27 瞬态分析 物块在弹性梁上的反弹 W-31 响应谱分析 工作台 W-36,介绍性实例,Tacoma吊桥抖振破坏,November 30, 1998,W-4,Dynamics - Release 5.5 (001174),介绍性实例 Tacoma吊桥抖振破坏,目
2、的： 了解典型动力学分析的基本步骤； Tacoma Narrows 吊桥，又称为Calloping Gertie, 因其在1940年令人惊奇的倒塌而著名， 在这个实例中，将桥的模型进行分析，并计算它的固有频率和振型。 然后将通过谐分析来摸拟导致桥倒塌的暴风以及漩涡脱落情况。,November 30, 1998,W-5,Dynamics - Release 5.5 (001174),介绍性实例 Tacoma吊桥抖振破坏(接上页）,分析步骤指导： 1. 进入指导教师指定的ANSYS工作目录2. 从gallop.inp文件读入数据开始：Utility Menu File Read Input fro
3、m 这将会建立一个桥的模型 下一步是进行模态分析,November 30, 1998,W-6,Dynamics - Release 5.5 (001174),介绍性实例 Tacoma吊桥抖振破坏(接上页）,3. 进入求解器将分析类型改为模态分析 Solution New Analysis 选择模态 4. 设下列分析选项： Solution Analysis Options.选择 Block Lanczos 法提取10阶模态扩展10阶模态包括预应力效应选项-选OK下一个对话框接受缺省值 5. 求解 Solution -Solve- Current LS 6. 图示前几阶振型 General Po
4、stproc Next Set General Postproc Plot Results Deformed Shape,November 30, 1998,W-7,Dynamics - Release 5.5 (001174),介绍性实例 Tacoma吊桥抖振破坏(接上页）,7. 进入求解器并选择谐分析 Solution New Analysis 8. 设置下列分析选项 ：Solution Analysis Options.振型叠加求解方法其余各项取缺省值（包扩后面的话框） 9. 设置频率和子步选项 ： Solution Time/Frequenc Freq and Substeps.谐振动
5、频率范围 = 0 to 0.4字步数 = 40阶梯式边界条件 10. 设置常常尼比 = 0.01 Solution Time/Frequenc Damping 11. 为模态叠加施加载荷矢量，比例因子设定为100（关闭警告窗口 Solution Apply Load Vector For Mode Super 12. 求解,November 30, 1998,W-8,Dynamics - Release 5.5 (001174),介绍性实例 Tacoma吊桥抖振破坏(接上页）,13. 进入POST26（时间历程后处理器），并选定结果文件TimeHist Postpro Settings Fil
6、e允许变量数目 = 10含有数据的文件 = gallop.rfrq 14. 建立一个标量参数来表示中心节点: ncen = node(0,0,0). 15. 定义一个含有中心节点UZ位移的变量：a. TimeHist Postpro Define Variables Add Nodal DOF Result OKb. 选择任意一个节点，并在选择对话框中按OK(注意：在下一个对话框中要将这个节点号变为 ncen !)c. 参考变量号 = 2d. 节点号 = ncene. 标签名 (用户定义的标签) = umidf. 选择自由度解，在UZ方向的平移,November 30, 1998,W-9,Dy
7、namics - Release 5.5 (001174),介绍性实例 Tacoma吊桥抖振破坏(接上页）,16. 绘制2号变量的曲线图 TimeHist Postpro Graph Variables 在顶部空格内填入217. 退出ANSYS，或者如果时间允许的话，接着进行第18步,November 30, 1998,W-10,Dynamics - Release 5.5 (001174),介绍性实例 Tacoma吊桥抖振破坏(接上页）,任选: 继续下列各步骤，以查看再0.07HZ频率时的变形和应力18. (仍在 POST26中) 从文件 gallop_more. Inp 读输入数据 19.
8、 进入 POST1, 读入第一载荷步的第7子步的结果，并画出变形图及应力等值线图。对虚部重复以上操作 20. 退出ANSYS.,实部,虚部,模态分析实例,带 孔 平 板,November 30, 1998,W-12,Dynamics - Release 5.5 (001174),模态分析实例 带孔平板,描述:确定图示带孔平板:前10阶固有频率。 假设平板在圆孔处有径向约束。平板由铝制成，材料性质如下：- 杨氏模量 = 10 x 106 psi - 密度 = 2.4 x 10-4 lb-sec2/in4 - 泊松比 = 0.27,November 30, 1998,W-13,Dynamics -
9、 Release 5.5 (001174),模态分析实例 带孔平板(接上页),分析步骤指导： 1. 清空数据库，读入plate.inp文件,以生成一个几何模型及网格 Utility Menu: File Clear & Start New 按 OK, 然后选择 Yes Utility Menu: File Read Input from 选择 plate.inp 2. 定义材料性质 Preprocessor Material Props Isotropic 对材料号1按OK键，并输入: 杨氏模量 = 10e6 密度 = 2.4e-4 泊松比 (次要的) = .27 3. 选择模态分析 Solu
10、tion New Analysis 选择模态，按OK,November 30, 1998,W-14,Dynamics - Release 5.5 (001174),模态分析实例 带孔平板(接上页),4. 设置分析选项 Solution Analysis Options 选择 Block Lanczos 方法 提取10阶模态 扩展10阶模态 计算单元结果选项 按OK 对下一个对话框接受缺省值 5. 在孔上加径向约束 Utility Menu: Plot Lines Solution -Loads- Apply -Symmetry BC- On Lines + 选择孔的周边线并按 OK 6. 开始
11、求解 Solution -Solve- Current LS 在/stat窗口中检查求解信息，然后按 OK键,November 30, 1998,W-15,Dynamics - Release 5.5 (001174),模态分析实例 带孔平板(接上页),7. 查看结果，从对频率列表开始 General Postproc Results Summary 8. 绘制第一阶振型 General Postproc -Read Results- First Set General Postproc Plot Results Deformed Shape 选择 “变形和不变形边框” ，按 OK 键 9.
12、显示第二阶振型并绘制成动画 General Postproc -Read Results- Next Set Utility Menu: Plot Replot Utility Menu: PlotCtrls Animate Mode Shape 帧数= 10 时间间隔 = 0.05 10. 对后继的各模态重复上述步骤,模态分析实例,机 翼 模 型,November 30, 1998,W-17,Dynamics - Release 5.5 (001174),模态分析实例 机 翼 模 型,描述:确定所示机翼模型的前5阶固有频率: 杨氏模量 = 38000 psi 密度 = 1.033 x 10-
13、3 slugs/in3 = 1.033E-3/12 lb-sec2/in4,November 30, 1998,W-18,Dynamics - Release 5.5 (001174),模态分析实例 机 翼 模 型(接上页),分析步骤指南： 1. 清空数据库读入文件wing.inp,以建立机翼几何模型及网格 2. 定义材料性质。注意使用英制in-lb-sec单位 3. 施加边界条件 提示: 选择在面上施加位移，选定z=0的区域，固定其全部自由度. 4. 采用 Block Lanczos 法提取并扩展前阶5阶固有率频. 5. 查看所有这些阶的振型,模态分析实例,受预应力的圆盘,November
14、30, 1998,W-20,Dynamics - Release 5.5 (001174),模态分析实例 受预应力的圆盘,描述:确定所示有孔铝盘的前10阶固有频率和振型: 杨氏模量 = 10 x 106 psi 密度 = 2.3 x 10-4 lb-sec2/in4 泊松比 = 0.27,November 30, 1998,W-21,Dynamics - Release 5.5 (001174),模态分析实例 受预应力的圆盘,分析步骤指南： 1. 清空数据库，读入disc.inp文件,以生成一个几何模型及网格 2. 施加位移约束: 在中心孔处UZ=0，并有对称边界条件 （对于径向约束而言）提示
15、:将要用到两个菜单：Solution Apply Displacement On Lines + 对UZ的约束Solution Apply Displacement -Symmetry B.C.- On Lines + 对于对称边界条件为了更容易的选择各条线，转换到前视图上，并使用圆拾取方式 3. 施加薄膜压力载荷： -20psi应力作用在盘的外边缘上。提示：仍保持前视图，使用圆圈拾取方式拾取整个盘，然后用圆圈解除拾取方式对除了外边缘以外的所有其它部分解除拾取 4. 激活预应力效应选项（采用分析选项对话框），得到一个静力分析解，并查看结果,November 30, 1998,W-22,Dyna
16、mics - Release 5.5 (001174),模态分析实例 受预应力的圆盘（接上页）,5. 转换成模态分析激活预应力效应选项（再次），使用Block- Lanczos法提取预应力圆盘的前10阶模态 6. 查看各阶振型 7. 如果时间允许的话，再作一个没有预应力的模态分析（将预应力选项关闭），并比较结果。下面所示分别为这两种情况下的第一阶振型。你能猜出哪一个是有预应力的呢?,模态分析实例,圆锥斜角齿轮,November 30, 1998,W-24,Dynamics - Release 5.5 (001174),模态分析实例 圆锥斜角齿轮,描述: 确定所示螺旋圆锥齿轮第二节径的前2阶固有
17、频率，假设是完全自由条件（即无位移约束），齿轮材料性质如下: 杨氏模量 = 2.9 x 107 psi 密度 = 7.32 x 10-4 lb-sec2/in4 泊松比 = 0.32此实例是公司特许的,November 30, 1998,W-25,Dynamics - Release 5.5 (001174),模态分析实例 圆锥斜角齿轮(接上页),分析步骤指南： 1. 清空数据库，读入bevel.inp文件，建立齿轮的基本扇区 2. 确定一个循环对称的平面作为RIGHT节点组元 3. 将这些数据库存盘，然后产生这个基本扇区的复制品 Preprocessor Cyclic Sector.,Nov
18、ember 30, 1998,W-26,Dynamics - Release 5.5 (001174),模态分析实例 圆锥斜角齿轮(接上页),4. 定义带有下述选项的模态分析 选 Block Lanczos 方法 在频率范围内10010000提取二阶模态 约束方程处理用精确拉格朗日法 5. 用宏命令 CYCSOL 对节径范围22，具有53个扇区的问题求解 6. 扩展扇区至所有53个扇区，并查看其第一振型 Utility Menu PlotCtrls Style Edge Options.,谐分析实例,两端固支梁,November 30, 1998,W-28,Dynamics - Release
19、 5.5 (001174),谐分析实例 两端固支梁,描述:一钢制梁上装有两个螺旋机器，以3001800rpm的速度旋转，施加的最大力为70lb。试确定该梁的谐响应。梁长10英尺，两端固支，两旋转机器分别放置在梁的距两个端点为L/3的地方。假设阻尼比为2%,November 30, 1998,W-29,Dynamics - Release 5.5 (001174),谐分析实例 两端固支梁(接上页),分析步骤指南： 1. 清空数据库，读入beam.inp文件，以建立一个梁的模型 2. 指定谐分析（采用完全方法）和阻尼 3. 将梁两端固定，分别在梁上的40inch和80-inch处作用两个同相的简谐
20、力 4. 在530HZ，即(3001800rpm) 范围内指定25个解注意： 采用分步加载法 5. 得到谐响应解,November 30, 1998,W-30,Dynamics - Release 5.5 (001174),谐分析实例 两端固支梁(接上页),6. 对施加力的两个节点画出位移对频率的关系曲线 7. 查看在临界频率和相角时梁的变形 8. 如果时间允许的话，进行当两个力的相位差为180时的分析,瞬态分析实例,物块在弹性梁上的反弹,November 30, 1998,W-32,Dynamics - Release 5.5 (001174),瞬态分析实例 物块在弹性梁上的反弹,描述:一个
21、6*6*1-inch尺寸的物块从100inch高处落到一长100inch的梁上。求当此物块在梁上反弹时的运动图。假设碰撞的间隙接触刚度为2000lb/in。梁两端完全固支，唯一的载荷为重力加速度，其大小为6in/sec2,物块与梁由相同的材料制成: 杨氏模量 = 1,000,000 psi 密度 = 0.001 lb-sec2/in4 泊松比 = 0.3,November 30, 1998,W-33,Dynamics - Release 5.5 (001174),瞬态分析实例 物块在弹性梁上的反弹(接上页),分析步骤指南： 1. 清空数据库，读入bounce.inp文件，以建立其模型 2. 定
22、义瞬态分析（完全法），大变形效应设定为ON,阻尼设定为 .0003183. 3. 固定梁的两个端点的所有自由度 4. 用 APDL 计算积分时间步长 (ITS): kgap = 2000 - 间隙接触刚度 mgap = 6*6*0.001 = 0.036 - 物块质量 pi = acos(-1) fgap = sqrt(kgap/mgap)/(2*pi) - 间隙频率 its = 1/(fgap*30) -计算积分时间步长,November 30, 1998,W-34,Dynamics - Release 5.5 (001174),瞬态分析实例 物块在弹性梁上的反弹(接上页),5. Solve
23、 using two load steps.采用两个载荷步求解载荷步1 (对非零初加速度): 静力解 (时间积分效应设定为off) 取2个子步，采用小的时间间隔 (0.001) 固定物块并分步给它施加一个大小为 386 in/sec2的加速度载荷步2 (时间为 3.0时结束): 瞬态求解 (时间积分效应设定为on) 自动时间步进，起始的积分时间步长（ITS） = 0.02, 最小的 ITS = its (从第四步开始) ，最大的 ITS = 0.02 释放物块 要求输出所有子步的所有结果到结果文件,November 30, 1998,W-35,Dynamics - Release 5.5 (0
24、01174),瞬态分析实例 物块在弹性梁上的反弹(接上页),6. 查看结果: 图示梁的中点及物块的UY位移与时间的关系 图示约束之一处的FY反力与时间的关系 将随时间过去的结果制成动画 注意：为了保存制作动画所需的全部画面，也许要减小图形窗口的尺寸,响应谱分析实例,工作台,November 30, 1998,W-37,Dynamics - Release 5.5 (001174),响应谱分析实例 工作台,描述:确定在下图所示加速度频谱作用下工作台中的位移和应力,Acceleration,Frequency,20,80,200,300,217,217,79.5,150.2,November 30, 1998,W-38,Dynamics - Release 5.5 (001174),响应谱分析实例 工作台(接上页),分析步骤指南： 1. 清空数据库，读入table.inp文件，以建立几何模型和网格 2. 求得模态解（15个模态）并查看它的前几阶模态。注意：一定要要求单元应力计算结果 3. 对于施加在整体坐标X方向上的加速度频谱进行频谱分析 4. 查看每个载荷步的变形和工作台上部的应力 5. 如果时间允许的话，将此加速度频谱分别施加在Y方向和Z方向,重复上述分析。,
