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[结构分析] 循环对称结构的模态分析简介

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发表于 2005-7-2 20:25 | 显示全部楼层 |阅读模式

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循环对称结构的模态分析主要用在如齿轮,涡轮,叶轮等的具有循环对称结构物体的模态分析。它通过模拟结构的一个扇区,通过分析这个扇区,从而扩展到整个模型。
它的步骤主要有6个。
1,建立基本扇区模型,也就是只建1/n的模型,一个齿活一个叶片的模型。
2,确定循环对称面(可以自动确定,也可以手动选择)。
3,施加边界条件。
4,制定分析类型和分析选项。
5,通过cycop命令指定循环求解选项,并用solve求解。
6,通过/cyexpand将振型扩展到全部360度范围,观察整个结果。
由于选择的谐波指数的关系,固有频率在排列上会有一些凌乱。以前的ansys版本把谐波指数这个概念叫做节径,现在的都叫做谐波指数了。
按照整体结构分析,系统会把频率按照从小到大排列。而用谐波指数这样计算出来的频率,他在排列的时候是按照谐波指数的增加而排列的,因此,相对应的固有频率有大有小,不规则(但是数值一样,就是排列不同)。解决的办法是,你把这个结果提取出来,自己把它按照从小到大排列一下就可以了。
另外求解这个过程有一些注意的地方。
a在建立基本扇区的时候要在柱坐标系,你把csys置1就可以,
b另外,扇区角选择能被360整除的。
c选择循环对称面时选择节点,好像其他特征不行(原因别人和我讲了,忘了)。
ac比较重要,b稍微注意一下就好。然后就是求解方面了。
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发表于 2006-6-4 21:54 | 显示全部楼层
csys的选区跟循环对称结构的中心轴线所在位置有关。当旋转中心为 x轴时,csys应为6;。
发表于 2006-6-5 14:30 | 显示全部楼层
用轴对称单元计算振动模态,不是所有的轴对称单元都能用的,可以参考 ANSYS 帮助中的以下内容:

Axisymmetric Elements with Nonaxisymmetric Loads - 说明又哪些轴对称单元可以进行非轴对称分析及如何进行;

Mode 命令 - 定义用轴对称单元进行非轴对称分析时的轴向谐波数

shell61 - 用于进行非轴对称分析的轴对称简谐壳体单元 (实际上是一个线单元)

VM151 - 一个简支圆盘非轴对称振动的算例,使用 shell61进行计算。


关于 VM151:

其中提供了一个简支圆盘非轴对称振动的算例,使用 shell61进行计算。

圆盘厚度.05, 半径3,弹性模量 30e6, 泊松比 0.3, 密度 0.00073

此例我也算了一下,并使用 shell93 实际算了一个圆盘的例子,两种模型的计算结果列出如下:

按 shell61 计算的频率结果:

轴对称解 (前三阶) 267.67, 1611.5, 4018.9

1个谐波的解 (前三阶) 753.74, 2628.1, 5568.1

2个谐波的解 (前三阶) 1388.9, 3800.2, 7273.5

3个谐波的解 (前三阶) 2166.3, 5122.9, 9131.8

4个谐波的解 (前三阶) 3081.2, 6592.1

5个谐波的解 (前三阶) 4129.7, 8204.3

排列以后,前 6 阶频率为:

267.67, 753.74, 1388.9, 1611.5, 2166.3, 2628.1


按 shell93 计算,前10 阶频率为:

267.60, 752.66, 752.66, 1385.0, 1385.0, 1610.2, 2158.9, 2158.9, 2624.2, 2624.2

二者比较,去掉重复的频率后,显然基本一致。

由此可见,用轴对称单元计算振动模态是完全可以的,只是需要掌握有关的技巧。

不过,我不太主张用轴对称单元计算振动模态,原因是对于非轴对称振动频率,全面的振型显示不出来,不知是否有更好的办法显示。


VM151的命令流如下:


VM151 (Nonaxisymmetric Vibration of a Circular Plate) Input Listing

  1. /VERIFY,VM151
  2. /PREP7
  3. JPGPRF,500,100,1 ! MACRO TO SET PREFS FOR JPEG PLOTS
  4. /SHOW,JPEG
  5. /TITLE, VM151, NONAXISYMMETRIC VIBRATION OF A CIRCULAR PLATE
  6. C*** FORMULAS FOR NATURAL FREQUENCY AND MODE SHAPE, BLEVINS, PAGE 240
  7. ET,1,SHELL61
  8. R,1,.05 ! THICKNESS OF PLATE
  9. MP,EX,1,30E6
  10. MP,DENS,1,.00073
  11. MP,PRXY,1,0.3
  12. K,1
  13. K,2,3
  14. L,1,2
  15. LESIZE,1,,,9
  16. LMESH,1
  17. M,ALL,UY
  18. NSEL,S,LOC,X,0
  19. D,ALL,UX
  20. NSEL,S,LOC,X,3 ! SELECT NODE AT R=3 AND CONSTRAIN
  21. D,ALL,UX,,,,,UY
  22. NSEL,ALL
  23. D,ALL,UZ ! CONSTRAIN TORSIONAL DOF'S
  24. FINISH
  25. /SOLU
  26. ANTYPE,MODAL ! MODE FREQUENCY ANALYSIS
  27. MXPAND,3 ! EXPAND FIRST 3 MODE SHAPES
  28. MODOPT,REDUC
  29. OUTPR,BASIC,ALL
  30. MODE,0 ! ZERO HARMONIC MODE
  31. SOLVE
  32. FINISH
  33. /POST1
  34. /WINDOW,1,LTOP
  35. SET,1,1
  36. PLDISP,1
  37. /NOERASE
  38. /WINDOW,1,OFF
  39. *GET,F1,MODE,0,FREQ
  40. FINISH
  41. /SOLU
  42. MODE,1 ! FIRST HARMONIC MODE
  43. SOLVE
  44. FINISH
  45. /POST1
  46. /WINDOW,2,RTOP
  47. SET,1,1
  48. PLDISP,1
  49. /WINDOW,2,OFF
  50. *GET,F2,MODE,1,FREQ
  51. FINISH
  52. /SOLU
  53. MODE,2 ! SECOND HARMONIC MODE
  54. SOLVE
  55. FINISH
  56. /POST1
  57. /WINDOW,3,BOT
  58. SET,1,1
  59. PLDISP,1
  60. *GET,F3,MODE,1,FREQ
  61. *STATUS
  62. *DIM,LABEL,CHAR,3,2
  63. *DIM,VALUE,,3,3
  64. LABEL(1,1) = 'F(0,1) ','F(1,1) ','F(1,2) '
  65. LABEL(1,2) = 'Hz ','Hz ','Hz '
  66. *VFILL,VALUE(1,1),DATA,269.96,756.13,1391.3
  67. *VFILL,VALUE(1,2),DATA,F1,F2,F3
  68. *VFILL,VALUE(1,3),DATA,ABS(F1/269.96),ABS(F2/756.13),ABS(F3/1391.3)
  69. /COM
  70. /OUT,vm151,vrt
  71. /COM,------------------- VM151 RESULTS COMPARISON -------------
  72. /COM,
  73. /COM, | TARGET | ANSYS | RATIO
  74. /COM,
  75. *VWRITE,LABEL(1,1),LABEL(1,2),VALUE(1,1),VALUE(1,2),VALUE(1,3)
  76. (1X,A8,A8,' ',F11.2,' ',F11.2,' ',1F6.3)
  77. /COM,----------------------------------------------------------
  78. /OUT
  79. FINISH
  80. *LIST,vm151,vrt

  81. ! 整个圆盘计算的命令流
  82. finish
  83. /clear,start
  84. ! /COM,ANSYS RELEASE 5.7 UP20001208 13:28:34 07/18/2003
  85. /PREP7
  86. !*
  87. !*
  88. ET,1,SHELL93
  89. !*
  90. KEYOPT,1,4,0
  91. KEYOPT,1,5,2
  92. KEYOPT,1,6,0
  93. !*
  94. R,1,0.05,0,0,
  95. !*
  96. MPTEMP,,,,,,,,
  97. MPTEMP,1,0
  98. MPDATA,EX,1,,30e6
  99. MPDATA,PRXY,1,,0.3
  100. MPDATA,DENS,1,,0.00073
  101. !*
  102. CYL4, , ,3
  103. !*
  104. wpro,,90.000000,
  105. ASBW, 1
  106. !*
  107. wpro,,,-90.000000
  108. ! o,,-90.000000,
  109. ! o,,-90.000000,
  110. !*
  111. FLST,2,2,5,ORDE,2
  112. FITEM,2,2
  113. FITEM,2,-3
  114. ASBW,P51X
  115. !*
  116. LESIZE,ALL,0.25, , , ,1, , ,1,
  117. !*
  118. FLST,5,4,5,ORDE,3
  119. FITEM,5,1
  120. FITEM,5,4
  121. FITEM,5,-6
  122. CM,_Y,AREA
  123. ASEL, , , ,P51X
  124. CM,_Y1,AREA
  125. CHKMSH,'AREA'
  126. CMSEL,S,_Y
  127. !*
  128. MSHKEY,1
  129. AMESH,_Y1
  130. MSHKEY,0
  131. !*
  132. CMDELE,_Y
  133. CMDELE,_Y1
  134. CMDELE,_Y2
  135. !*
  136. CSYS,1
  137. !*
  138. NROTAT,all
  139. !*
  140. FLST,2,160,1,ORDE,8
  141. FITEM,2,1
  142. FITEM,2,-41
  143. FITEM,2,962
  144. FITEM,2,-1001
  145. FITEM,2,1882
  146. FITEM,2,-1921
  147. FITEM,2,2802
  148. FITEM,2,-2840
  149. !*
  150. /GO
  151. D,P51X, , , , , ,UX,UY,UZ, , ,
  152. !*
  153. D,all, , , , , ,ROTZ, , , , ,
  154. !*
  155. FINISH
  156. /SOLU
  157. !*
  158. ANTYPE,MODAL ! MODE FREQUENCY ANALYSIS
  159. MODOPT,LANB,10
  160. EQSLV,SPAR
  161. LUMPM,0
  162. PSTRES,0
  163. !*
  164. MODOPT,LANB,10,0,10000, ,OFF, ,2
  165. !*
  166. SOLVE
  167. !*
  168. FINISH
  169. /POST1
  170. !*
  171. SET,LIST
  172. !*
复制代码

发表于 2006-10-10 15:55 | 显示全部楼层
请问一下,对不是轴对称的结构,而只是一般对称结构的对称怎么利用?谢谢!
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