第12章 模態(tài)分析21

1、第12章 模態(tài)分析12.1 模態(tài)分析概述 模態(tài)分析是ANSYS中分析結構自然頻率和模態(tài)形狀的方法；它假設：結構剛度矩陣和質量矩陣不發(fā)生改變；除非指定使用阻尼特征求解方法，否則不考慮阻尼效應；結構中沒有隨時間變化的載荷。在無阻尼系統(tǒng)中，結構振動方程如下 （12-1）式中，為質量矩陣；為剛度矩陣；為節(jié)點加速度向量；節(jié)點位移向量。其中剛度矩陣可以包括預應力效應帶來的附加剛度。對線性系統(tǒng)而言，自由振動滿足下面方程 （12-2）式中，為第i階模態(tài)形狀的特征向量； 第i階自然振動頻率；時間。 將（12-2）代入方程（12-1），得到 （12-3） 從式（12-3）中得到結構的振動特征方程為 （12-4）

2、通過式（12-4）可以求出第i階自然振動頻率，進而代入（12-3）可以求出第i階模態(tài)形狀的特征向量。將對質量矩陣進行歸一化處理，使用命令MODOPT,OFF，可以得到 （12-5） 如果，向自身做歸一化處理，使用命令MODOPT ,ON，那么中最大的向量坐標將歸一化為1.0。 如果使用縮減模態(tài)提取方法，使用MODOPT,REDUC，第i階模態(tài)形狀的特征向量可以通過使用MXPAND命令進行擴展。12.2模態(tài)分析過程ANSYS的模態(tài)分析是線性分析的一種，對于任何非線性特性，如塑性和接觸（間隙）單元，在模態(tài)分析中將被忽略。模態(tài)分析過程由4個主要步驟組成，即前處理、加載與求解、擴展模態(tài)，以及查看結果和

3、后處理。12.2.1前處理建模是指建立分析的有限元數學模型，包括建立幾何模型和劃分網格，模態(tài)分析的建模過程與一般的建模過程并沒有實質性的區(qū)別，具體建模可以參見第三章。但根據模態(tài)分析的特點，需要注意以下幾點：² 定義材料特性時，必須考慮質量的問題。如果最終得到的模型中沒有任何質量， 那么質量矩陣將為，而無法求解系統(tǒng)的固有頻率。² 模態(tài)分析只考慮材料的線性行為。材料可以為線性各向同性、正交各向異性、溫度無關和溫度有關等類型，必須定義材料的楊氏模量和質量相關屬性。對于可能 定義的非線性特性，ANSYS在求解時都將忽略。模態(tài)分析只考慮網格單元的線性行為，對于非線性的單元類型將會被視

4、為線性單元處理，例如在結構中定義了接觸單元，在分析中將計算接觸單元初始狀態(tài)的剛度矩陣，而將此剛度矩陣應用到分析的其他任何時候。對于預應力分析，模態(tài)分析將接觸單元的剛度矩陣取為靜態(tài)預應力分析結束時的剛度矩陣。如果定義特殊的阻尼單元類型（如COMBIN14, COMBIN37等），必須按單元的要求定義需要的實常數。12.2.2加載與求解在這個步驟中要定義分析類型和分析選項，施加載荷，指定加載階段選項，并進行固頻率的有限元求解。應在求解前設置模態(tài)擴展選項，或在得到初始解后，對模態(tài)進行擴展以供查看。1設置分析類型首先進入求解器，并使用ANTYPE命令或GUI交互的方式，定義求解類型為模態(tài)分析。具體操作

5、方法如下。 命令方式：ANTXPE, 2GUI方式：選擇Main Menu > Solution > Analysis Type > New Analysis命令，彈出New Analysis對話框，在對話框中選中Modal，單擊OK按鈕確認。2設置分析選項 包括使用MODOPT命令設置模態(tài)提取方法和模態(tài)提取數量、使用MXPAND設置模態(tài)擴展階次、使用LUMPM設置質量矩陣生成方式、使用PSTRES命令設置預應力效應、使用OUTRES命令設置結果寫出選項。對于特殊的分析需求，還可以使用RESVEC命令計算殘余向量。下面具體介紹部分操作步驟。 （1）設置模態(tài)提取方法和模態(tài)提取數

6、量 命令方式：MODOPT, Method, NMODE, FREQB, FREQE, Cpxmod/PRMODE, Nrmkey, >, Blocksize, Scalekey 參數說明如下。 Method：模態(tài)提取方法，如表12.1所示。 NMODE：需要提取的模態(tài)數量。 FREQB：目標頻段起始搜索頻率。 FREQE：目標頻段終止搜索頻率。 Cpxmod/PRMODE：復數模態(tài)求解選項。 Nrmkey：模態(tài)歸一化選項；默認為OFF，向質量矩陣歸一化；可選為ON，向模態(tài)向量自身歸一化。 BlockSize：分塊方法的模態(tài)向量大小，取值為0-16之間的整數。 Scalekey：聲學結構

7、矩陣放大系數：默認為OFF。 表12-1模態(tài)提取方法符號 方法 描述 LANG 分塊蘭索斯法 適用于大型對稱特征值求解問題，采用的方法是直接消項法 LANPCG 預條件共扼分塊蘭索斯法 采用迭代的方法求解，適用于大型對稱特征值問題 SNODE 超節(jié)點模態(tài)法 可以用來在一次求解中求解大量模態(tài)的方法 REDUC 縮減法 采用縮減系統(tǒng)矩陣的方法計算結果，速度比分塊蘭索斯法更快，但是精度卻在后者之下 UNSYM 非對稱矩陣法 用于系統(tǒng)矩陣為非對稱矩陣的問題，例如流體一結構相同作用 DAMP 阻尼系統(tǒng)方法 用于阻尼不可忽略的分析 QRDAMP 阻尼系統(tǒng)使用QR方法 采用減縮的阻尼陣計算復雜阻尼問題，比D

8、AMP方法有更快的計算速度和更好的計算效率 VT 變分加速方法 使用ANSYS提供的變分加速功能 GUI方式： 1）選擇Main Menu > Solution > Analysis Type > Analysis Options命令，彈出Modal Analysis對話框，如圖12.1所示。 2）在Mode extraction method后選擇模態(tài)提取方法，在No. of modes to extract后面的輸入框中輸入需要提取的模態(tài)數目，單擊OK按鈕確認。單擊OK按鈕后，彈出對話框，如圖12-2所示，可以在對話框中設置更多的模態(tài)分析選項，包括求解的頻率范圍等。 圖1

9、2-1模態(tài)分析選項 圖12-2設置更多的模態(tài)分析選項 模態(tài)分析其他選項如下。 （2）設置模態(tài)擴展階次 命令方式：MXPAND, NMODE,FREQB, FREQE,Elcalc, ,SIGNIF,MSUkey 參數說明如下。 NMODE：擴展的模態(tài)數量。 FREQB：擴展起始頻率。 FREQE：擴展終止頻率。 Elcalc：網格單元計算選項，默認為No不計算，可設為Yes，進行計算。 SIGNIF：擴展模態(tài)重要性閉值，根據向模態(tài)向量歸一化得到的結果，大于這個閾值的模態(tài)才被擴展。 MSUPkey：單元結果寫出選項，默認為No不寫出?？稍O為Yes，進行寫出。 GUI方式： I）選擇Main Me

10、nu > Solution> Analysis Type> Analysis Options命令，彈出Modal Analysis對話框，如圖12-1所示。 2）在Expand mode shapes中設置是否擴展模態(tài)。 3）在No. of modes to expand后面的輸入框中輸入需要擴展的模態(tài)數目· 4）在Calculate elem results后設置是否求解網格單元結果，單擊OK按鈕確認。（3）設置質量矩陣生成方式 命令方式：LUMPM, Key Key：矩陣生成選項，默認為0，使用單元默認的質量矩陣生成方式?？稍O為1，使用質量集中近似生成質量矩陣。

11、 GUI方式： 選擇Main Menu>Solution>Analysis Type> Analysis Options命令，彈出Modal Analysis對話框，如圖12-1所示，在Use lumped mass approx后設置質量矩陣生成方式。 （4）設置預應力效應 命令方式：PSTRES, Key Key：矩陣生成選項，默認為OFF，關閉預應力效應?？稍O為1，打開預應力效應。 GUI方式： 選擇Main Menu> Solution> Analysis Type>Analysis Options命令，彈出Modal Analysis對話框，在In

12、d prestress effects后設置預應力效應選項。 （5）定義主自由度方向 使用縮減模態(tài)求解法求解模態(tài)分析模態(tài)時，需要定義主自由度（MDOFs )。主自由度是表現動力學行為的重要自由度。一般而言，至少定義提取模態(tài)數量兩倍的主自由度才能滿足分析的需求，而且把預計結構或部件要振動的方向選為主自由度。至于究竟應該定義多少，則需根據需要、相關知識和經驗確定。 下面介紹定義主自由度方向的操作方法。 命令方式：M, NODE, Lab1, MEND, NTNC, Lab2, Lab3, Lab4, Labs, Lab6 參數說明如下： NODE：節(jié)點號。 Lab1：主自由度標識。 NEND, N

13、INC：節(jié)點范圍設置。 Lab2, Lab3, Lab4,. . . , Lab6：更多的主自由度標識。 GUI方式： 選擇Main Menu > Solution > Master DOFs> User Selected> Define命令，彈出實體選取對話框，選取需要定義主自由度的節(jié)點，單擊OK按鈕確認。彈出Define Master DOFs對話框，如圖12-3所示，在對話框中設置主自由度方向，單擊OK按鈕確認。圖12-3設置主自由度方向3加載加載包括設置載荷步選項和施加自由度約束，下面介紹這兩個方法的內容。（1）設置載荷步選項在載荷步選項中，需要設置的阻尼選項，

14、如表12-2所示。 表12-2 設置阻尼選項阻尼選項設置命令GUI路徑質量衰減阻尼比（Alpha(mass) Damping）ALPHADMain Menu > Solution > Load Step Opts > Time/Frequenc > Damping剛度衰減阻尼比（Beta(stiffness) Damping）BETADMain Menu > Solution > Load Step Opts > Time/Frequenc > Damping材料相關阻尼比(Material-Dependent Damping Ratio)MP,

15、BETD,MP,ALPDMain Menus > Preprocessors > Material Props > Material Models > Main Menus Solution > Load Step Opts > Other > Change Mat Props > Material Models網格單元阻尼比R,TBMain Menu> Solution > Load Step Opts> Other> Real Constants>Add/Edit/Delete2）施加自由度約束 對模態(tài)分析而言，

16、能夠施加的載荷為位移為0的自由度約束。如果定義了位移不為0的自由度約束，ANSYS會默認將位移設置為0。對于沒有定義自由度約束的模型，程序會計算剛體的零頻率和其余頻率的模態(tài)。在模態(tài)分析中施加載荷的命令和GUI詳細的方法參見第三章相關內容。 4求解并退出求解器 在求解之前，保存現有模型到一個子命名的數據庫文件中，以便在需要時恢復模型。不使用載荷文件的情況下，使用SOLVE命令求解。 求解的結果包含了結構的固有頻率。結果輸出文件Jobname.OUT和模態(tài)形狀文件Jobname.MODE會自動包含固有頻率。如果采用Dmaped模態(tài)提取方法，求得的特征值和特征向量將是復數解。特征值的虛部代表固有頻率

17、，實部為系統(tǒng)穩(wěn)定性的量度。 退出求解器可使用FINISH命令或者選擇Main Menu > Finish命令，或打開其他求解器均可。12.2.3后處理1讀取基本結果 模態(tài)分析的結果（包括擴展模態(tài)處理的結果）已經寫入結構分析Jobname.rst文件中，這些結果包括固有頻率、擴展的振型和相對應力及力分布等，可以在普通后處理器（/POSTI）中查看模態(tài)分析結果。 結果中的數據由每個子步中的數據組成，每個子步中都包含了一階模態(tài)計算的結果，而每階模態(tài)計算的結果也唯一地保持在一個子步中。例如擴展了8階模態(tài)，結果文件中將有8個子步組成的一個載荷步。查看結果數據的具體操作如下。 （1）讀取結果 命令方

18、式：SET, Lstep, Sbatep , Fact 參數說明如下： Lstep：載荷步選項，默認即可。 Sbstep：載荷子步選項，在模態(tài)分析中為需要查看的模態(tài)階次。 Fact：放大因子，默認為1.0。 GUI方式為：選擇Main Menu>General Postproc> Read Results>By Load Step> Substep命令，彈出Read Results by Load Step Number對話框，如圖12-4所示，在對話框中設置需要讀取數據的對象和命令參數，單擊OK按鈕確認。圖12-4讀取數據結果 （2）列表顯示頻率 命令方式：SET,L

19、IST GUI方式： 選擇Main Menu > General Postproc> List Results命令，彈出信息查看窗口，在信息查看窗口中可以查看各階頻率的信息。一個典型的信息如下：* INDEX OF DATA SEAS ON RESULTS FILE*SET TIME/FREQ LOAD STEP SUBSTEP CUMULATIVE 1 22.973 1 1 12 40.476 1 2 23 710.082 1 3 34 1810.34 1 4 4 2后處理方式查看 （1）查看結構變形圖 使用命令PLDISP或選擇Main Menu > General Po

20、stproc > Plot Results> Deformed Shape命令，然后在彈出的對話框中選擇相應的顯示方式，可以查看不同階次模態(tài)結構變形圖。 （2）列表顯示主自由度命令方式：MLIST, NODE1, NODE2, NINC 其中NODE1, NODE2, NINC：選擇列表顯示主自由度的節(jié)點。 GUI方式： 選擇Main Menu>Solution>Master DOFs> User Selected> List All命令，或選擇Main Menu > Solution> Master DOFs> User Selected

21、> List Picked命令，彈出實體選取對話框，選取相應的節(jié)點，單擊OK按鈕確認，即可在彈出的信息窗口查看主自由度信息。 （3）查看線單元表結果 對于線網格單元，使用ETABLE命令或選擇GUI路徑Main Menu> General Postproroc> Element Table> Define Table，然后按照單元表的操作方式可以查看單元表的結果。 （4）等值線顯示可以使用PLNSOL, PLESOL等命令查看等值線顯示圖形結果，包括相對應力、位移等，詳細的繪制方式參見第七章或ANSYS幫助文件。 （5）列表顯示結果 可以列表的結果數據包括節(jié)點結果、單元

22、結果、反作用力結果等數據，詳細的繪制方式參考第七章或ANSYS幫助文件。12.2.4施加預應力效應 結構的預應力影響其剛度矩陣，因而影響其結構的固有頻率和相應振型。下面簡單介紹基于線性靜力學和非線性大變形靜力學分析施加的預應力，然后進行模態(tài)分析的步驟。 1線性靜力預應力 使用線性預應力模態(tài)分析，可以分析在預應力作用下變形較小、剛度矩陣變化不大的預應力結構的固有頻率和模態(tài)形狀。 基本的分析步驟包括以下3步： （1）建模，并打開預應力效應選項進行求解如果需要查看變形能，則在求解預應力時使用EMATWRITE,YES命令。 （2）在此進入求解器，求取振動模態(tài)分析結果。 （3）擴展模態(tài)并查看結果。 2

23、大變形靜力預應力 使用大變形預應力模態(tài)分析，可以分析在預應力作用下變形較大、剛度矩陣或質量矩陣變化較大的預應力結構的固有頻率和模態(tài)形狀。 基本的分析步驟包括以下8步： （1）建模，并使用預應力載荷求取非線性靜力分析結果，在這個過程中，使用RESCONTROL命令建立重啟動文件。 （2）從需要的時間或載荷步與載荷子步處重新啟動分析。 （3）使用PERTURB命令定義分析類型、材料行為、接觸狀態(tài)和前次分析的載荷值。 （4）使用CNKMOD命令修改接觸狀態(tài)下接觸副的行為。（5）使用SOLVE,ELFORM命令生成新的求解矩陣（6）使用MODOPT和MXPAND命令指定模態(tài)分析選項（7）使用SOLVE

24、命令進行特征值求解。（8）處理Jobname.RSTP文件中的結果，并查看。12.3 帶集中質量結構扭振分析12.3.1 問題描述 問題描述：將扭轉彈簧簡化為梁模型，每隔6O施加一個質量點，求解振動頻率和觀察結構的扭振模態(tài)。 具體分析過程如下。12.3.2前處理 1.設置工作項目目錄和工作項目名稱。 設置工作項目目錄和工作項目名稱，確保進行的工作不會覆蓋別的分析工作。操作步驟為，打開ANSYS Mechanical APDL Product Launcher，在程序對話框中設置工作目錄名稱和工作項目名，單擊Run按鈕運行ANSYS主程序。 2進入前處理器，定義單元類型、材料特性、截面參數等特性

25、參數。 （1）定義單元。選擇Main Menu> Preprocessor> Element Type> Add/Edit/Delete命令，彈出Element Types對話框，如圖12-7（a）所示。 （2）在Element Types對話框中單擊Add按鈕，彈出Library of Element Types對話框。（3）在對話框的雙列列表中的左欄選擇Beam，右欄中選擇2 node 188，如圖12-7（b）所示，單擊Apply按鈕確認。 （a）添加定義項 （b）定義單元類型 圖12-7定義單元（4）在Library of Element Types對話框的雙列列表中

26、的左欄選擇Structure Mass，右欄中選擇3D mass 21，單擊OK按鈕確認，關閉Element Types對話框。（5）定義材料特性：選擇Main Menu> Preprocessor> Material Props> Material Models命令，彈出Define Material Model Behavior對話框。（6）在對話框右欄中選擇Structural>Linear>Elastic>Isotropic命令，如圖12-8（a）所示，彈出Linear Isotropic Material Properties對話框。（7）在對話框

27、中設置EX為2.08E+005， PRXY為0.3，如圖12-8（b）所示，單擊OK按鈕確認。 （a）選擇材料特性 （b）設置材料特性 圖12-8定義材料特性（8）在Define Material Model Behavior對話框右欄中選擇Structural>Linear>Density，如圖12-9 （a）所示，彈出Density對話框。（9）在對話框中設置DENS為7.8E-6，如圖12-9 （a）所示，單擊OK按鈕確認，并關閉Define Material Model Behavior對話框。 （a）選擇材料特性 （b）設置材料特性 圖12-9定義材料特性（10）定義截面

28、參數。選擇Main Menu> Preprocessor>Sections>Beam> Common Sections命令，彈出Beam Tool對話框，在Beam Tool對話框中設置ID為1, Sub-Type為實體圓，R為100e-6，N為12，T為2，單擊OK按鈕確認。（11）定義實常數。Main Menu> Preprocessor> Real Constants> Add/Edit/Delete，添加mass21，參數設置MASSX、MASSY及MASSZ為0.0001。3. 直接建立有限元模型。 （1）更改當前坐標系。選擇Utility

29、Menu> WorkPlane> Change Active CS to> Global Cylindrical命令，激活圓柱坐標系。 （2）創(chuàng)建節(jié)點1。選擇Main Menu> Preprocessor> Modeling> Create> Nodes> In Active CS命令，在彈出的Create Nodes in Active Coordinate System對話框中設置節(jié)點號為1， X坐標為10，其余默認，如圖12-10所示，單擊OK按鈕確認，創(chuàng)建節(jié)點1。圖12-10創(chuàng)建節(jié)點1（3）沿螺旋線復制到其他360個節(jié)點。選擇Main M

30、enu> Preprocessor> Modeling > Copy>Nodes>Copy命令，彈出Copy nodes對話框，在對話框中設置如圖12-11（a）所示的命令參數，單擊OK按鈕確認。創(chuàng)建節(jié)點模型，如圖12-11（b）所示。 （a）復制命令設置 （b）節(jié)點模型圖12-11 沿螺旋線復制到其他360個節(jié)點 （4）設置單元屬性。選擇Main Menu> Preprocessor> Modeling> Create> Elements>Elem Attributes命令，彈出Element Attributes對話框，在對話框中

31、設置命令參數，如圖12-12（a）所示，單擊OK按鈕確認。 （5）創(chuàng)建梁單元1。選擇Main Menu> Preprocessor> Modeling> Create Elements> Auto Numbered> Thru Nodes命令，彈出實體選取對話框，選取節(jié)點1和節(jié)點2，單擊OK按鈕確認。（6）復制梁單元。選擇Main Menu> Preprocessor> Modeling> Copy> Elements> Auto Numbered命令，彈出實體選取對話框，選取單元1，單擊OK按鈕確認，彈出Copy Elements對

32、話框，在對話框中設置命令參數，如圖12-12 （b）所示，單擊OK按鈕確認。 （a）設置單元屬性 （b）復制梁單元 圖12-12創(chuàng)建梁單元模型（7）設置單元屬性。選擇Main Menu> Preprocessor> Modeling> Create> Elements> Elem Attributes命令，彈出Element Attributes對話框，在對話框中設置TYPE為2 MASS21，單擊OK按鈕確認。（8）創(chuàng)建質量單元361。選擇Main Menu> Preprocessor> Modeling> Create > Elemen

33、ts > Auto Numbered> Thru Nodes命令，彈出實體選取對話框，選取節(jié)點1，單擊OK按鈕確認。（9）復制質量單元。選擇Main Menu> Preprocessor> Modeling> Copy> Elements> Auto Numbered命令，彈出實體選取對話框，選取單元361，單擊OK按鈕確認，彈出Copy Elements對話框，在對話框中設置命令參數，如圖12-12 （b）所示，單擊OK按鈕確認。12.3.3加載與求解施加載荷并求解。（1）定義分析類型為模態(tài)分析。選擇Main Menu> Solution>

34、; Analysis Type> New Analysis命令，彈出New Analysis對話框，在對話框中選中Modal單選按鈕，如圖12-13（a）所示，單擊OK按鈕確認。（2）選擇求解方法為直接消去法。選擇Main Menu> Solution> Analysis Type> Analysis Options命令，彈出Modal Analysis對話框，在對話框中按圖12-13（b）所示設置命令參數，單擊OK按鈕確認。（3）彈出Block Lanczos Method對話框，如圖12-13（c）所示，單擊OK按鈕確認。（a）定義分析類型為模態(tài)分析（b）選擇求解方

35、法為直接消去法 （c）設置直接消去法參數 圖12-13定義模態(tài)分析選項 （4）約束所有節(jié)點Z向自由度：選擇Main Menu> Solution> Define Loads> Apply >Structural > Displacement> On Nodes命令，彈出實體選取對話框，單擊Pick All按鈕，彈出Apply U, ROT on Nodes對話框，在對話框中選中UZ，單擊OK按鈕確認。 （5）約束節(jié)點1的X向自由度。選擇Main Menu> Solution> Define Loads> Apply > Structu

36、ral > Displacement > On Nodes命令，彈出實體選取對話框，選取節(jié)點1，單擊OK按鈕確認，彈出Apply U, ROT on Nodes對話框，在對話框中選中ALL DOF，單擊OK按鈕確認。 （6）選擇Main Menu- Solution> Solve> Current LS命令，彈出提示對話框和狀態(tài)查看窗口，仔細查看狀態(tài)窗口中的信息，確認無誤后，單擊OK按鈕確認。12.3.4后處理 （1）列表查看固有頻率。選擇Main Menu> General Postproc> Results Summary命令，彈出信息查看窗口，如圖12

37、-14（a）所示。（2）讀取子步1結果。選擇Main Menu> General Postproc> Read Results> By Load Step命令，彈出Read Results by Load Step Number對話框，在對話框中設置如圖12-14（b）所示的命令參數，單擊OK按鈕確認。 （a）列表查看固有頻率 （b）讀取子步1結果 圖12-14讀取結果 （3）繪制合位移向量圖。選擇Main Menu> General Postproc> Plot Results> Vector Plot> Predefined命令，彈出Vector

38、Plot of Predefined Vectors對話框，在雙列列表中分別選擇DOF solution和Translation U項，如圖12-15所示，單擊OK按鈕確認。繪制的圖形如圖12-16 （a）所示。圖12-15繪制向量圖選項（4）根據命令修改參數，重復（2）（3），繪制所有求解頻率下的向量圖；得到的繪圖結果如圖12-16所示。 （a）第1階振型 （b）第2階振型 （c）第3階振型 （d）第4階振型 （e）第5階振型 （e）第6階振型 圖12-16不同固有頻率對應的振型模態(tài)12.3.5 命令流命令流：/PREP7 !進入前處理器ET,1,BEAM188 !定義梁單元ET,2,MAS

39、S21 ! 定義質點單元KEYOPT,2,3,2 !定義質量單元類型選項3,為無旋轉慣量MP,EX,1,208E3 !定義楊氏模數MP,PRXY,1,0.3 !定義泊松比MP,DENS,1,7.8E-6 !定義密度SECTYPE,1,BEAM,CSOLID,0 !定義截面1SECDATA,1.5,12,2 !截面參數R,1,100E-6 !定義單元實常數CSYS,1 !激活圓柱坐標系N,1,10 !創(chuàng)建節(jié)點1NGEN,361,1,1,1/6,6,0 !沿螺旋線復制到其他360個節(jié)點TYPE,1 !選擇單元類型1SECNUM,1 !選擇截面號E,1,2 !使用節(jié)點1、2建立梁單元1EGEN,36

40、0,1,1,1/6,6,0 ! 將梁單元復制到其他相鄰節(jié)點上TYPE,2 !選擇單元類型REAL,1 !選擇實常數號1E,1 !使用節(jié)點1建立質量單元EGEN,360,1,1,1/6,6,0 ! 將梁單元復制到其他相鄰節(jié)點上FINISH !退出前處理/POST1 !進入通用后處理器SET,LIST !列表查看固有頻率SET,1,1 !讀取子步1結果PLVECT,U,VECT,ELEM,ON,0 !繪制合位移向量圖SET,1,2 !讀取子步2結果PLVECT,U,VECT,ELEM,ON,0 !繪制合位移向量圖SET,1,3 !讀取子步3結果PLVECT,U,VECT,ELEM,ON,0 !繪制

41、合位移向量圖SET,1,4 !讀取子步4結果PLVECT,U,VECT,ELEM,ON,0 !繪制合位移向量圖SET,1,5 !讀取子步5結果PLVECT,U,VECT,ELEM,ON,0 !繪制合位移向量圖SET,1,6 !讀取子步6結果PLVECT,U,VECT,ELEM,ON,0 !繪制合位移向量圖FINISH 12.4音叉固有頻率分析12.4.1問題描述與分析問題描述：分析音叉固有頻率，相關尺寸和材料等參數，請參考命令行，求取各階模態(tài)。 問題分析：對音叉建立三維幾何模型，使用掃掠劃分的方式對U形音叉進行劃分，在施載過程中，固定音叉的一半表面作為參考面。 具體分析過程如下。 10.4.2

42、前處理1. 設置工作項目目錄和工作項目名稱 設置工作項目目錄和工作項目名稱，確保進行的工作不會筱蓋別的分析工作。操作步 驟為，打開ANSYS Mechanical APDL Product Launcher，在程序對話框中設置工作目錄名稱 和工作項目名，單擊Run按鈕運行ANSYS主程序。2. 進入前處理器，定義單元類型、材料特性、截面參數等特性參數。（1）定義單元。選擇Main Menu > Preprocessor >Element Type >Add/Edit/Delete命令，彈出Element Types對話框，如圖12-17（a）所示。（2）在Element Ty

43、pes對話框中單擊Add按鈕，彈出Library of Element Types對話框。（3）在Library of Element Types對話框的雙列列表中的左欄選擇Shell，右欄中選擇3D 4node 181，如圖12-17 （b）所示，單擊Apply按鈕確認。 （a）添加定義項 （b）定義單元類型 圖12-17定義單元 （4）在Library of Element Types對話框的雙列列表中的左欄選擇Solid，右欄中選擇Brick 8 node 185，單擊OK按鈕確認，關閉Element Types對話框。 （5）定義材料特性。選擇Main Menu> Preproc

44、essor>Material Props> Material Models命令，彈出Define Material Model Behavior對話框。 （6）在對話框右欄中選擇 Structural> Linear> Elastic > Isotropic命令，如圖12-18（a）所示，彈出Linear Isotropic Material Properties對話框。（7）在對話框中設置EX為2.08E+005, PRXY為0.3，如圖12-18（b）所示，單擊OK按鈕確認。 （a）選擇材料特性 （b）設置材料特性 圖12-18定義材料特性 （8）在對話框右欄

45、中選擇Structural>Linear> Density命令，如圖12-19（a）所示，彈出Density對話框。（9）在對話框中設置DENS為7.8E-6，如圖12-19 （b）所示，單擊OK按鈕確認，并關閉Define Material Model Behavior對話框。 （a）選擇材料特性 （b）設置材料特性 圖12-19定義材料特性3. 建立幾何模型。 （1）建立長方體1。選擇Main Menu> Preprocessor> Modeling> Create> Volumes > Block >By 2 Corners&Z命令

46、，彈出空間選取對話框，在對話框中依次設置命令參數（10,0,3,50,6 ），如圖12-20 （a）所示，單擊Apply按鈕確認。 （2）建立長方體2。繼續(xù)在對話框中次設置命令參數（-10,0,-3,50,6），單擊OK按鈕確認。（3）建立連接環(huán)體。選擇Main Menu> Preprocessor> Modeling> Create> Volumes>Cylinder> Partial Cylinder命令，彈出空間選取對話框，在對話框中依次設置命令參數（0,0,10,180,13,360,6 ），如圖12-20 （b）所示，單擊OK按鈕確認。 （a）建立

47、長方體1 （b）建立連接環(huán)體 （c）建立的幾何模型圖12-20建立幾何模型（4）設置布爾操作選項。選擇Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans> Settings命令，彈出Boolean Operation Settings對話框，將KEEP保存原圖元選項設置為No，如圖12-21所示，單擊OK按鈕確認。圖12-21布爾選項設置 （5）將所有的體合并。選擇Main Menu > Preprocessor > Modeling> Operate> Booleans> Add>

48、 Volumes命令，彈出實體選取對話框，單擊Pick All按鈕。4. 劃分網格并退出前處理器。 （6）設置全局劃分密度。選擇Main Menu> Preprocessor>Meshing>Size Cntrls>ManualSize> Global>Size命令，彈出Global Element Sizes對話框，在對話框中設置SIZE劃分尺寸為1.5，單擊OK按鈕確認。 （7）設置映射網格劃分方式。選擇Main Menu> Preprocessor> Meshing> Mesher Opts命令，彈出Mesher Options對話框

49、，在對話框中設置MSHKEY命令參數為Mapped，單擊OK按鈕確認。 （8）彈出Set Element Shape對話框，在對話框中設置2D Shape key為Quad四邊形劃分方式，單擊OK按鈕確認。 （9）劃分網格。選擇Main Menu> Preprocessor> Meshing >Mesh> Areas> Mapped>3 or 4 sided命令，彈出實體選取對話框，選取需要劃分的一個音叉的端面，單擊OK按鈕確認，劃分網格。 （10）設置掃掠體選項。選擇Main Menu> Preprocessor> Meshing> Me

50、sh> Volume Sweep> Sweep Opts命令，彈出Sweep Options對話框，將對話框中的第一項選中，如圖12-22所示，設置為掃掠網格后清除面單元。（11）劃分體。選擇Main Menu> Preprocessor> Meshing>Mesh> Volume Sweep>Sweep命令，彈出實體選取對話框，選中掃掠目標體，單擊OK按鈕確認，掃掠生成體的網格，如圖12-23所示。 圖12-22設置掃掠體選項 圖12-23劃分后的音叉12.4.3加載與求解 進行求解設置、施加載荷并求解。 （1）定義分析類型為模態(tài)分析。選擇Main

51、Menu> Solution> Analysis Type> New Analysis命令，彈出New Analysis對話框，在對話框中選中Modal單選按鈕，如圖12-13（a）所示，單擊OK按鈕確認。 （2）選擇求解方法為直接消去法。選擇Main Menu> Solution> Analysis Type> Analysis Options命令，彈出Modal Analysis對話框，如圖12-13（b）所示設置命令參數，單擊OK按鈕確認。 （3）設置頻率求解范圍。彈出Block Lanczos Method對話框，設置求解范圍為010000，如圖12-24所示，單擊OK按鈕確認。圖12-24設置頻率求解范圍 （4）選擇Utility Menu> Select> Entities命令，彈出Select Entities對話框，設置選取的實體為Nodes節(jié)點，選取方式為By Location，選取操作為From Full從全集中選取。 （5）選取長方體1上表面的點。在Select Entities對話