有預(yù)應(yīng)力作用結(jié)構(gòu)的諧響應(yīng)實(shí)例分析

第13章有預(yù)應(yīng)力作用結(jié)構(gòu)的諧響應(yīng)實(shí)例

工程結(jié)構(gòu)分析軟件

第13章有預(yù)應(yīng)力作用結(jié)構(gòu)的諧響應(yīng)實(shí)例諧響應(yīng)分析是用于確定線性結(jié)構(gòu)在承受隨時(shí)間按正弦(簡(jiǎn)諧)規(guī)律變化的載荷時(shí)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的一種技術(shù)。通常進(jìn)行的都是有預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的諧響應(yīng)分析(如小提琴的弦)。因?yàn)檫M(jìn)行有預(yù)應(yīng)力的諧響應(yīng)分析時(shí)的工作包含了進(jìn)行普通諧響應(yīng)分析的過程，而又需要求解結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力的工作。因此，這里選用有預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的諧響應(yīng)分析實(shí)例來講解諧響應(yīng)分析的求解過程，對(duì)于普通諧響應(yīng)分析，去掉求解結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力的部分就行了。有預(yù)應(yīng)力的諧響應(yīng)分析僅可用縮減法和模態(tài)疊加法進(jìn)行。如果進(jìn)行有預(yù)應(yīng)力的縮減法諧響應(yīng)分析，首先需要通過進(jìn)行靜力學(xué)分析計(jì)算結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力，再進(jìn)行有預(yù)應(yīng)力縮減法諧響應(yīng)分析。如果進(jìn)行的模態(tài)疊加法諧響應(yīng)分析中包括預(yù)應(yīng)力效果，應(yīng)當(dāng)首先進(jìn)行有預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析，再進(jìn)行一般的模態(tài)疊加法諧響應(yīng)分析?！?3.1問題描述§13.2建立模型§13.3定義邊界條件、加載并求解§13.4觀察分析結(jié)果§13.5命令流輸入第13章有預(yù)應(yīng)力作用結(jié)構(gòu)的諧響應(yīng)實(shí)例§13.1問題描述本實(shí)例是對(duì)如圖所示的有預(yù)應(yīng)力的吉他弦進(jìn)行諧響應(yīng)分析。形狀均勻的吉他弦直徑為d，長(zhǎng)為l。在施加上拉伸力F1后緊繃在兩個(gè)剛性支點(diǎn)間，用于調(diào)出C音階的E音符。在弦的四分之一長(zhǎng)度處以力F2彈擊此弦，要求計(jì)算弦的一階固有頻率f1，并驗(yàn)證僅當(dāng)彈擊力的頻率為弦的奇數(shù)階固有頻率時(shí)才會(huì)產(chǎn)生諧響應(yīng)。幾何尺寸：l=710mmc=165mmd=0.254mm材料特性：楊氏模量EX=1.9E5Mpa，泊松比PRXY=0.3，密度DENS=7.92E-9t/mm3。載荷為：F1＝84NF2＝1N取彈擊力的頻率范圍為從0到2000Hz，并求解頻率間隔為2000/8＝250Hz的所有解，以便觀察在弦的前幾階固有頻率處的響應(yīng)，并用POST26時(shí)間－歷程后處理器繪制出位移響應(yīng)與頻率的關(guān)系曲線?！?3.2建立模型在ANSYS中，首先我們通過完成如下工作來建立本實(shí)例的有限元模型。在本實(shí)例中需要完成的工作有：指定分析標(biāo)題，定義材料性能，定義單元類型，建立有限元模型等。由于本實(shí)例有限元模型比較簡(jiǎn)單，無需先建立幾何模型再對(duì)其進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分。這里可以通過生成節(jié)點(diǎn)和單元的方法，直接建立有限元計(jì)算模型。應(yīng)當(dāng)注意這種建模方法的具體過程，體會(huì)其使用的條件。下面將詳細(xì)講解分析過程。指定分析標(biāo)題并設(shè)置分析范疇定義單元類型定義材料性能和實(shí)常數(shù)生成節(jié)點(diǎn)生成弦單元§13.2建立模型指定分析標(biāo)題并設(shè)置分析范疇下面將指定本實(shí)例的數(shù)據(jù)庫(kù)名為CH13，根據(jù)分析問題的類型指定標(biāo)題為“HarmonicResponseofaGuitarString”。本實(shí)例為有預(yù)應(yīng)力吉他弦的諧響應(yīng)分析，屬于結(jié)構(gòu)分析范疇，為了后面進(jìn)行操作時(shí)的菜單跟分析的問題類型相一致，建議將分析范疇指定為“Structural”。下面進(jìn)行具體的操作過程。1．選取菜單路徑UtilityMenu|File|ChangeJobname，將彈出ChangeJobname(修改文件名)對(duì)話框。在Enternewjobname(輸入新文件名)文本框中輸入文字“CH13”，然后單擊對(duì)話框中的OK按鈕，完成對(duì)本實(shí)例數(shù)據(jù)庫(kù)文件名的修改。2．選取菜單路徑UtilityMenu|File|ChangeTitle，將彈出修改標(biāo)題(ChangeTitle)對(duì)話框。在Enternewtitle(輸入新標(biāo)題)文本框中輸入文字“HarmonicResponseofaGuitarString”，然后單擊對(duì)話框中的OK按鈕，完成對(duì)標(biāo)題名的指定。3．選取菜單路徑UtilityMenu|Plot|Replot，指定的標(biāo)題“HarmonicResponseofaGuitarString”將顯示在圖形顯示窗口的左下角。4．選取菜單路徑MainMenu|Preference，將彈出PreferenceofGUIFiltering(菜單過濾參數(shù)選擇)對(duì)話框，單擊Structural(結(jié)構(gòu))選項(xiàng)使之被選中，以將菜單設(shè)置為與結(jié)構(gòu)分析相關(guān)的選項(xiàng)。單擊OK按鈕，完成分析范疇的指定?！?3.2建立模型定義單元類型本實(shí)例是進(jìn)行有預(yù)應(yīng)力吉他弦的諧分析，所以需要定義能夠模擬吉他弦特性的單元，ANSYS6.1提供的二維連接單元LINK1可以模擬吉他弦的特性，下面將定義需要的單元類型，具體操作如下。1．選取菜單路徑MainMenu|Preprocessor|ElementType|Add/Edit/Delete，將彈出ElementTypes(單元類型定義)對(duì)話框。單擊對(duì)話框中的Add按鈕，將會(huì)彈出LibraryofElementTypes(單元類型庫(kù))對(duì)話框。2．在LibraryofElementTypes對(duì)話框左邊的滾動(dòng)框中單擊“StructuralLink”，選擇結(jié)構(gòu)連接單元類型。接著在右邊的滾動(dòng)框中單擊“2DSpar1”,使其高亮度顯示,選擇2維彈性單元。單擊對(duì)話框中的OK按鈕，關(guān)閉單元類型庫(kù)(LibraryofElementTypes)對(duì)話框。3．在ElementTypes(單元類型定義)對(duì)話框中的已定義單元類型列表框中將會(huì)列出定義的單元類型為：“Type1LINK1。單擊對(duì)話框中的OK按鈕，關(guān)閉ElementTypes(單元類型定義)對(duì)話框，完成單元類型的定義?！?3.2建立模型定義材料性能和實(shí)常數(shù)本實(shí)例中共用了一種材料，其性能參數(shù)在前面已經(jīng)給出。由于進(jìn)行的是有預(yù)應(yīng)力的諧響應(yīng)分析，材料的彈性模量EX，和密度DENS必須定義。因?yàn)?，使用的單元?維結(jié)構(gòu)連接單元，所以還需要定義相應(yīng)的單元實(shí)常數(shù)才能完成對(duì)單元特性的描述。具體的操作如下：1．選取菜單路徑MainMenu|Preprocessor|MaterialProps|MaterialModels，將彈出DefineMaterialModelBehavior(材料模型定義)對(duì)話框。2．依次雙擊Structural，Linear，Elastic和Isotropic，將彈出1號(hào)材料的彈性模量EX和泊松比PRXY的定義對(duì)話框。3．在EX文本框中輸入1.9E5，PRXY文本框中輸入0.3。定義材料的彈性模量為1.9E5Mpa，泊松比為0.3。單擊對(duì)話框中的OK按鈕，關(guān)閉對(duì)話框。4．接著雙擊Density，將彈出DensityforMaterialNumber1(1號(hào)材料密度定義)對(duì)話框。5．在DENS文本框中輸入7.92E-9，設(shè)定1號(hào)材料密度為7.92E-9t/mm3。單擊OK按鈕，完成對(duì)材料1的密度定義。§13.2建立模型定義材料性能和實(shí)常數(shù)6．在DefineMaterialModelBehavior(材料模型定義)對(duì)話框中，選取路徑Material|Exit，完成對(duì)材料模型的定義。7．選取菜單途徑MainMenu|Preprocessor|RealConstants，將會(huì)彈出RealConstants(實(shí)常數(shù)定義)對(duì)話框。8．單擊對(duì)話框中的Add按鈕，將彈出ElementTypeforRealConstants(定義實(shí)常數(shù)的單元類型)對(duì)話框。9．在ElementTypeforRealConstants對(duì)話框中的選擇單元類型列表框中，單擊“Type1LINK1”使其高亮度顯示，選擇第一類單元LINK1。然后單擊該對(duì)話框中的OK按鈕，將彈出RealConstantSetNumber1,forLINK1(為L(zhǎng)INK1單元定義實(shí)常數(shù)的)對(duì)話框。10．在對(duì)話框中的Cross-sectionalarea(橫截面積)文本框中輸入5.0671E-2，定義吉他弦的橫截面積為：πd2/4＝5.0671E-2mm2，如圖所示?！?3.2建立模型定義材料性能和實(shí)常數(shù)11．其余參數(shù)保持缺省。單擊OK按鈕，關(guān)閉RealConstantSetNumber1,forLINK1(為L(zhǎng)INK1單元定義實(shí)常數(shù)的)對(duì)話框。完成單元LINK1實(shí)常數(shù)的定義。12．在RealConstants(實(shí)常數(shù)定義)對(duì)話框的列表框中將會(huì)出現(xiàn)定義的實(shí)常數(shù)Set1，單擊Close按鈕，關(guān)閉對(duì)話框。至此，完成了對(duì)建立吉他弦有限元模型需要的單元類型和實(shí)常數(shù)的定義?！?3.2建立模型生成節(jié)點(diǎn)ANSYS提供了直接定義節(jié)點(diǎn)的功能。首先根據(jù)需要設(shè)計(jì)好節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)值，然后根據(jù)定義的節(jié)點(diǎn)生成相應(yīng)的單元。通常當(dāng)有限元模型比較簡(jiǎn)單時(shí)可以利用這種方法來建立有限元模型，通過本實(shí)例的具體操作讀者可以學(xué)習(xí)到相應(yīng)的技巧。下面通過ANSYS6.1提供的直接生成節(jié)點(diǎn)的功能來生成定義吉他弦需要的節(jié)點(diǎn)，具體操作過程如下。1．選取菜單路徑MainMenu|Preprocessor|Modeling|Create|Nodes|InActiveCS，將彈出CreateNodesinActiveCoordinateSystem(在激活坐標(biāo)系中創(chuàng)建節(jié)點(diǎn))對(duì)話框。2．在彈出的對(duì)話框中的Nodenumber(節(jié)點(diǎn)編號(hào))文本框中輸入1，在節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)文本框中輸入X,Y,Z坐標(biāo)分別為0，0，0。3．單擊Apply按鈕，創(chuàng)建第一個(gè)節(jié)點(diǎn)。該對(duì)話框?qū)⒗^續(xù)顯示，然后在對(duì)話框中，Nodenumber(節(jié)點(diǎn)編號(hào))文本框中輸入31，在節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)文本框中輸入X,Y,Z坐標(biāo)分別為710，0，0。單擊對(duì)話框中的OK按鈕，創(chuàng)建31號(hào)節(jié)點(diǎn)并關(guān)閉對(duì)話框。4．選取菜單路徑UtilityMenu|PlotCtrls|Numbering，將彈出PlotNumberingControls(序號(hào)顯示控制)對(duì)話框。§13.2建立模型生成節(jié)點(diǎn)5．單擊對(duì)話框中的Nodenumbers(節(jié)點(diǎn)序號(hào))復(fù)選框，將其設(shè)置為ON。然后單擊OK按鈕，對(duì)新的設(shè)置進(jìn)行確認(rèn)。在圖形輸出窗口中將顯示已創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)序號(hào)：1，31。6．創(chuàng)建中間節(jié)點(diǎn)。選取菜單路徑MainMenu|Preprocessor|Modeling|Create|Node|FillbetweenNds，將彈出拾取對(duì)話框，在ANSYS的圖形窗口中的節(jié)點(diǎn)1和31上都單擊一次，拾取節(jié)點(diǎn)1和31，在每個(gè)節(jié)點(diǎn)周圍將出現(xiàn)一個(gè)小方框。然后，單擊拾取對(duì)話框中的OK按鈕，將彈出CreateNodesBetween2Nodes(在節(jié)點(diǎn)之間創(chuàng)建節(jié)點(diǎn))對(duì)話框，如圖所示。7．在對(duì)話框中的起始和終止節(jié)點(diǎn)號(hào)文本框中，ANSYS程序根據(jù)前面的設(shè)置自動(dòng)定義為：1，31。而Numberofnodestofill(填充節(jié)點(diǎn)數(shù))缺省值為29。單擊對(duì)話框中的OK按鈕，接受缺省值。節(jié)點(diǎn)2～30將出現(xiàn)在圖形窗口中，如圖所示。§13.2建立模型生成弦單元上面根據(jù)本實(shí)例的情況建立了創(chuàng)建有限元模型需要的31個(gè)節(jié)點(diǎn)，下面將利用已創(chuàng)建的節(jié)點(diǎn)來直接生成弦單元。對(duì)于不同類型的有限元單元，其需要的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)不同。而且根據(jù)其特點(diǎn)可以使用不用的方法來建立單元。本實(shí)例使用的是二維結(jié)構(gòu)連接單元類型LINK1，它要求每個(gè)單元由兩個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。又由于建立的節(jié)點(diǎn)位置和編號(hào)都非常有規(guī)律，可以利用ANSYS程序提供的單元拷貝功能非常方便地建立吉他弦的有限元模型，下面為具體操作工程。1．創(chuàng)建第一個(gè)弦單元。選取菜單路徑MainMenu|Preprocessor|Modeling|Create|Elements|AutoNumbered|ThruNodes，將會(huì)彈出節(jié)點(diǎn)拾取對(duì)話框。在ANSYS圖形輸出窗口中，單擊節(jié)點(diǎn)1和2各一次。2．在拾取對(duì)話框中單擊OK按鈕，ANSYS圖形輸出窗口中的節(jié)點(diǎn)1和2之間將出現(xiàn)一條線，它便是創(chuàng)建的第一個(gè)弦單元。3．選取菜單路徑MainMenu|Preprocessor|Copy|Elements|TutoNumbered，將會(huì)彈出CopyElemsAuto-Num(單元拷貝拾取)對(duì)話框?！?3.2建立模型生成弦單元4．單擊ANSYS圖形輸出窗口中剛剛生成的單元，將其選中。然后單擊拾取對(duì)話框中的OK按鈕，關(guān)閉拾取對(duì)話框。將會(huì)彈出CopyElements(Automatically-Numbered)(單元拷貝)對(duì)話框，如圖所示。5．在對(duì)話框中的Totalnumberofcopies-includingoriginal(拷貝總數(shù))文本框中輸入30，在Nodenumberincrement(節(jié)點(diǎn)編號(hào)增量)文本框中輸入1。ANSYS程序?qū)?huì)在編號(hào)相鄰的節(jié)點(diǎn)之間依次創(chuàng)建30個(gè)單元(包括原來創(chuàng)建的一個(gè))。6．單擊OK按鈕對(duì)設(shè)置進(jìn)行確認(rèn)，關(guān)閉對(duì)話框。圖形窗口中將會(huì)顯示出完整的由30個(gè)單元組成的弦，如圖所示。7．單擊ANSYSToolbar(工具條)上的SAVE_DB按鈕，保存數(shù)據(jù)庫(kù)文件?！?3.3定義邊界條件、加載并求解本實(shí)例目的是用模態(tài)疊加法對(duì)有預(yù)應(yīng)力的吉他弦進(jìn)行諧響應(yīng)分析。為此，首先需要根據(jù)實(shí)際問題對(duì)有限元模型進(jìn)行加載和定義邊界條件。然后，進(jìn)行有預(yù)應(yīng)力的模態(tài)分析(先進(jìn)行靜力分析，求得預(yù)應(yīng)力；再進(jìn)行包括預(yù)應(yīng)力的模態(tài)分析)。再進(jìn)行一般的模態(tài)疊加法諧響應(yīng)分析。下面進(jìn)行詳細(xì)的描述。定義載荷和邊界條件進(jìn)行靜力分析進(jìn)行模態(tài)分析進(jìn)行諧響應(yīng)分析§13.3定義邊界條件、加載并求解定義載荷和邊界條件對(duì)于吉他弦需要先進(jìn)行靜力分析，在靜力分析時(shí)根據(jù)前面描述的問題知道，吉他弦一端固定，一端受到84N的拉伸力。所以，靜力分析時(shí)的邊條和所受的載荷應(yīng)為：節(jié)點(diǎn)1全部約束，節(jié)點(diǎn)2～31沿X方向自由，Y方向約束，在節(jié)點(diǎn)31上施加沿X正方向的84N的作用力。下面進(jìn)行詳細(xì)描述。1．選取菜單路徑MainMenu|Solution|DefineLoads|Apply|Structural|Displacement|OnNodes，將會(huì)彈出拾取對(duì)話框。在ANSYS圖形輸出窗口中單擊節(jié)點(diǎn)1，然后單擊拾取對(duì)話框中的Apply按鈕。將彈出ApplyU,ROTonNodes(在節(jié)點(diǎn)上施加位移約束)對(duì)話框，如圖所示。2．在對(duì)話框中的DOFStobeconstrained(被約束的自由度)滾動(dòng)框中，在所有自由度“AllDOF”上單擊一次使其高亮度顯示。單擊對(duì)話框中的Apply按鈕，關(guān)閉ApplyU,ROTonNodes(在節(jié)點(diǎn)上施加位移約束)對(duì)話框，完成對(duì)節(jié)點(diǎn)一的約束。拾取對(duì)話框?qū)⒃俅螐棾觥?．在拾取對(duì)話框中，單擊Box單選按鈕，將選取方式設(shè)置為框選?！?3.3定義邊界條件、加載并求解定義載荷和邊界條件4．在圖形輸出窗口中用選擇框?qū)⒐?jié)點(diǎn)2～31選中，然后單擊拾取對(duì)話框中的按OK鈕。將再次彈出ApplyU,ROTonNodes(在節(jié)點(diǎn)上施加位移約束)對(duì)話框。5．在對(duì)話框中的DOFStobeconstrained(被約束的自由度)滾動(dòng)框中，在Y向位移“UY”上單擊一次使其高亮度顯示，然后在所有自由度“AllDOF”上單擊一次消除對(duì)它的選擇。然后單擊OK按鈕，關(guān)閉對(duì)話框。完成對(duì)吉他弦自由度約束的定義。在圖形輸出窗口中將顯示在節(jié)點(diǎn)上所加的所有位移約束，如圖所示。6．選取菜單路徑MainMenu|Solution|DefineLoads|Apply|Structural|Force/Moment|OnNodes，將會(huì)彈出拾取對(duì)話框。在圖形輸出窗口中，單擊節(jié)點(diǎn)31。然后，單擊拾取對(duì)話框中的OK按鈕，將彈出ApplyF/MonNodes(在節(jié)點(diǎn)上施加力/力矩載荷)對(duì)話框，如圖所示。§13.3定義邊界條件、加載并求解定義載荷和邊界條件7．在對(duì)話框中的directionofforce/moment(力/力矩的方向)滾動(dòng)框中的“FX”上單擊一次，選定它。8．在realpartofforce/moment(力/力矩大小)文本框中輸入84，定義施加載荷值為84N。單擊對(duì)話框中的OK按鈕，關(guān)閉對(duì)話框，完成對(duì)吉他弦所受的拉伸力的定義。圖形窗口中將會(huì)顯示所加的力載荷，如圖所示。9．單擊ANSYS工具條上的SAVE_DB按鈕，對(duì)已完成的操作進(jìn)行存盤。至此，完成了靜力分析時(shí)吉他弦的所有位移和力載荷的定義?！?3.3定義邊界條件、加載并求解進(jìn)行靜力分析對(duì)于靜力分析，其邊界條件和載荷在前面已經(jīng)施加，只需設(shè)置其分析選項(xiàng)，打開預(yù)應(yīng)力開關(guān)。在求解時(shí)對(duì)由拉伸力產(chǎn)生的吉他弦的應(yīng)力結(jié)果存入結(jié)果文件中，以便后面進(jìn)行模態(tài)分析時(shí)使用，具體的操作過程如下。1．單擊菜單MainMenuMainMenu|Solution|NewAnalysis，將會(huì)彈出NewAnalysis(新分析)窗口。2．在彈出的NewAnalysis窗口中，選擇Static選項(xiàng)，然后單擊OK按鈕，以選擇靜力分析。3．選取菜單路徑MainMenu|Solution|UnabridgedMenu,使MainMenuMainMenu|Solution|AnalysisOptions菜單顯示出來。4．選取菜單路徑MainMenu|Solution|AnalysisOptions，打開StaticorSteady-StateAnalysis(結(jié)構(gòu)靜力分析選項(xiàng))對(duì)話框。5．在Stressstiffnessorprestress(應(yīng)力剛度或預(yù)應(yīng)力)下拉框中選擇“PrestressON”，打開預(yù)應(yīng)力選項(xiàng)，如圖所示。6．其它分析選擇保持缺省設(shè)置，各選項(xiàng)的具體的說明可參考靜力分析介紹。單擊OK按鈕，完成對(duì)靜力分析選項(xiàng)的設(shè)置?！?3.3定義邊界條件、加載并求解進(jìn)行靜力分析7．選擇菜單路徑MainMenu|Solution|CurrentLS，將彈出/STATUSCommand(求解命令狀態(tài))輸出窗口和SolveCurrentLoadStep(求解當(dāng)前載荷步)對(duì)話框。8．檢查求解命令狀態(tài)輸出窗口中列出的命令情況，如果符合分析要求，單擊求解當(dāng)前載荷步對(duì)話框中的OK按鈕，進(jìn)行輪盤在離心力作用下的考慮預(yù)應(yīng)力影響的靜力分析求解。如果有不符合要求的地方，則回到相應(yīng)菜單對(duì)其進(jìn)行修改。9．根據(jù)求解問題所劃分單元和節(jié)點(diǎn)的多少，ANSYS將會(huì)花一定的時(shí)間對(duì)問題進(jìn)行求解。當(dāng)求解完時(shí)，ANSYS將彈出求解完成提示對(duì)話框，單擊Close按鈕，結(jié)束吉他弦的結(jié)構(gòu)靜力分析。在完成靜力分析之后，最好先對(duì)結(jié)構(gòu)靜力分析結(jié)果進(jìn)行后處理，觀察其分析結(jié)果。并對(duì)結(jié)果進(jìn)行一定的分析判斷，確定分析正確之后再進(jìn)行后面的模態(tài)分析?！?3.3定義邊界條件、加載并求解進(jìn)行模態(tài)分析對(duì)于本實(shí)例所講的問題，由于模態(tài)分析時(shí)位移約束條件和所加載荷不同于進(jìn)行靜力分析時(shí)，因此進(jìn)行模態(tài)分析時(shí)需要對(duì)原來定義的邊界條件進(jìn)行修改。其中吉他弦中間節(jié)點(diǎn)上的橫向位移約束要去掉，而所加力載荷在模態(tài)分析時(shí)將被忽略，因此這里不再理會(huì)。另外，因?yàn)椴魂P(guān)心吉他弦的模態(tài)振型，所以在求解模態(tài)分析時(shí)不需要進(jìn)行模態(tài)擴(kuò)展。為此，在進(jìn)行模態(tài)分析時(shí)需要做三件事：指定分析類型和選項(xiàng)，修改邊界條件，進(jìn)行求解。下面進(jìn)行詳細(xì)操作過程的描述。指定分析選項(xiàng)修改位移邊條件進(jìn)行求解§13.3定義邊界條件、加載并求解進(jìn)行模態(tài)分析_指定分析選項(xiàng)對(duì)于考慮預(yù)應(yīng)力影響的模態(tài)分析，除了象普通的模態(tài)分析一樣指定模態(tài)求解方法、提取的模態(tài)數(shù)以及要擴(kuò)展的模態(tài)數(shù)之外，還需要打開預(yù)應(yīng)力分析選項(xiàng)。下面對(duì)模態(tài)求解方法、提取的模態(tài)數(shù)以及預(yù)應(yīng)力選項(xiàng)進(jìn)行設(shè)置。1．選取菜單路徑MainMenu|Solution|AnalysisType|NewAnalysis，將彈出Warning(警告)對(duì)話框(見圖13.28)和NewAnalysis(新分析)對(duì)話框。2．單擊Warning(警告)對(duì)話框中的Close按鈕，關(guān)閉警告對(duì)話框。3．在對(duì)話框中單擊Modal單選按鈕，指定分析類型為Modal(模態(tài)分析)。然后，單擊對(duì)話框中的OK按鈕，完成分析類型的設(shè)置。4．選取菜單路徑MainMenu|Solution|AnalysisType|AnalysisOptions，將彈出ModalAnalysis(模態(tài)分析選項(xiàng))對(duì)話框，如圖所示。5．在對(duì)話框中，指定Modeextractionmethod(模態(tài)提取方法)為BlockLanczos(分塊蘭索斯法)，并指定No.ofmodesextract(提取模態(tài)的階數(shù))為6?！?3.3定義邊界條件、加載并求解進(jìn)行模態(tài)分析_指定分析選項(xiàng)6．將Incl

prestresseffects(預(yù)應(yīng)力效應(yīng))設(shè)置為“YES”，這樣在進(jìn)行模態(tài)分析時(shí)ANSYS程序?qū)?huì)把前面靜力分析中求解得到的拉伸力產(chǎn)生的應(yīng)力對(duì)剛度的影響考慮進(jìn)去。7．其余選項(xiàng)保持缺省，單擊對(duì)話框中的OK按鈕，關(guān)閉對(duì)話框。將會(huì)彈出BlockLanczosMethod(蘭索斯法模態(tài)分析選項(xiàng))對(duì)話框。8．由于前面指定了模態(tài)提取數(shù)為6，這里就不需在對(duì)其頻率范圍進(jìn)行限制，ANSYS程序會(huì)自動(dòng)在整個(gè)頻率范圍內(nèi)進(jìn)行搜索。保持程序的缺省設(shè)置，單擊OK按鈕，完成對(duì)分析選項(xiàng)的設(shè)置?！?3.3定義邊界條件、加載并求解進(jìn)行模態(tài)分析_修改位移邊條件在進(jìn)行靜力分析時(shí)對(duì)吉他弦的中間節(jié)點(diǎn)的橫向位移所加的約束，是為了在其拉伸過程中對(duì)其進(jìn)行約束。但在模態(tài)分析時(shí)這些約束將不再需要，它們會(huì)限制弦的橫向振動(dòng)。為此，需要將節(jié)點(diǎn)2～30上所加的Y方向約束刪除。力載荷在模態(tài)分析時(shí)自動(dòng)忽略，這里不再理會(huì)。下面講解具體的操作過程。1．選取菜單路徑MainMenu|Solution|DefineLoads|Delete|Structural|Displacement|OnNodes，將會(huì)彈出DeleteNodeConstraints(刪除節(jié)點(diǎn)約束)拾取對(duì)話框。2．單擊拾取菜單中的Box單選按鈕，選用拾取方式為框選。然后，在ANSYS圖形輸出窗口中用拾取框選中節(jié)點(diǎn)2～30，選中的節(jié)點(diǎn)上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)小方框。3．單擊拾取對(duì)話框中的OK按鈕，將彈出DeleteNodeConstraints(刪除節(jié)點(diǎn)約束)對(duì)話框，如圖所示。4．在對(duì)話框中的DOFstobedeleted(刪除自由度)下拉框中選中并單擊“UY”，然后單擊OK按鈕關(guān)閉對(duì)話框，ANSYS程序?qū)?huì)刪除加在節(jié)點(diǎn)2～30上的Y方向的約束，結(jié)果如圖所示?！?3.3定義邊界條件、加載并求解進(jìn)行模態(tài)分析_進(jìn)行求解完成了有預(yù)應(yīng)力的模態(tài)分析選項(xiàng)設(shè)置和邊條的修改之后，就可以進(jìn)行吉他弦的模態(tài)求解，具體操作過程如下。1．選擇菜單路徑MainMenu|Solution|CurrentLS，將彈出/STATUSCommand(求解命令狀態(tài))輸出窗口和SolveCurrentLoadStep(求解當(dāng)前載荷步)對(duì)話框.2．檢查求解命令狀態(tài)輸出窗口中列出的命令情況，如果符合分析要求，單擊SolveCurrentLoadStep(求解當(dāng)前載荷步)對(duì)話框中的OK按鈕，進(jìn)行有預(yù)應(yīng)力的吉他弦的模態(tài)分析求解。如果有不符合要求的地方，則回到相應(yīng)菜單對(duì)其進(jìn)行修改。3．根據(jù)求解問題所劃分單元和節(jié)點(diǎn)的多少，ANSYS將會(huì)花一定的時(shí)間對(duì)問題進(jìn)行求解。當(dāng)求解完時(shí)，ANSYS將彈出求解完成提示對(duì)話框，單擊對(duì)話框中的Close按鈕，結(jié)束有預(yù)應(yīng)力的吉他弦的模態(tài)分析?！?3.3定義邊界條件、加載并求解進(jìn)行諧響應(yīng)分析對(duì)于本實(shí)例所講的問題，由于諧響應(yīng)分析所加力載荷不同于前面在靜力分析時(shí)所加的，因此進(jìn)行諧響應(yīng)分析時(shí)需要對(duì)原來定義的力載荷進(jìn)行修改。諧響應(yīng)分析時(shí)的力載荷為在節(jié)點(diǎn)8處的橫向載荷，且沒有了靜力分析時(shí)所加的節(jié)點(diǎn)31上的拉伸作用力。為此，在進(jìn)行模態(tài)分析時(shí)需要做三件事：指定分析類型和選項(xiàng)，修改載荷條件，進(jìn)行諧響應(yīng)求解。下面進(jìn)行詳細(xì)操作過程的描述。指定分析選項(xiàng)修改力載荷定義載荷步選項(xiàng)進(jìn)行求解§13.3定義邊界條件、加載并求解進(jìn)行諧響應(yīng)分析_指定分析選項(xiàng)諧響應(yīng)分析中需要指定分析的方法。本實(shí)例將采用模態(tài)疊加法來進(jìn)行分析，為此還需要指定最大模態(tài)數(shù)。另外，還需要對(duì)結(jié)果輸出形式進(jìn)行設(shè)置，以便程序?qū)⑿枰那蠼饨Y(jié)果寫到結(jié)果文件中。下面對(duì)進(jìn)行模態(tài)疊加法諧響應(yīng)分析需要的各類選項(xiàng)進(jìn)行設(shè)置。1．選取菜單MainMenu|Solution|AnalysisType|NewAnalysis，將彈出Warning(警告對(duì)話框)和NewAnalysis(新分析)對(duì)話框。2．單擊Warning(警告)對(duì)話框中的Close按鈕，關(guān)閉警告對(duì)話框。3．在NewAnalysis對(duì)話框中單擊Harmonic單選按鈕，指定分析類型為Harmonic(諧響應(yīng)分析)。然后單擊OK按鈕完成分析類型的設(shè)置。4．選取菜單路徑MainMenu|Solution|AnalysisType|AnalysisOptions，將彈出HarmonicAnalysis(諧響應(yīng)分析選項(xiàng))對(duì)話框，如圖所示?！?3.3定義邊界條件、加載并求解進(jìn)行諧響應(yīng)分析_指定分析選項(xiàng)5．在諧響應(yīng)分析選項(xiàng)對(duì)話框中，單擊Solutionmethod(求解方法)下拉框中的“ModeSuperpos’n”，指定求解方法為模態(tài)疊加法。然后，單擊DOFprintoutformat(自由度輸出格式)下拉框中的“Amplitud+phase”選項(xiàng)，將結(jié)果輸出設(shè)置為按照幅值和相位的形式輸出結(jié)果。6．單擊對(duì)話框中的OK按鈕，關(guān)閉對(duì)話框。將彈出ModeSupHarmonicAnalysis(模態(tài)疊加法諧響應(yīng)分析)對(duì)話框。7．在ModeSupHarmonicAnalysis(模態(tài)疊加法諧響應(yīng)分析)對(duì)話框中的Maximummodenumber(最大模態(tài)數(shù))文本框中輸入6。對(duì)話框中的其余設(shè)置保持缺省，單擊OK按鈕關(guān)閉對(duì)話框，完成對(duì)模態(tài)疊加法諧響應(yīng)分析的設(shè)置，如圖所示?！?3.3定義邊界條件、加載并求解進(jìn)行諧響應(yīng)分析_修改力載荷諧響應(yīng)分析時(shí)的位移約束條件和模態(tài)分析時(shí)的完全相同。但在有限元模型上仍然保留這進(jìn)行靜力分析時(shí)在節(jié)點(diǎn)31上所加的拉伸力作用，在諧響應(yīng)分析時(shí)該作用力是不必要的，因此需要將其刪除。同時(shí)需要在節(jié)點(diǎn)8上施加諧響應(yīng)分析的幅值為1N的簡(jiǎn)諧橫向作用力。下面講解具體的操作過程。1．選取菜單路徑MainMenu|Solution|DefineLoads|Delete|Structural|Force/Moment|OnNodes，將會(huì)彈出DeleteNodeConstraints(節(jié)點(diǎn)約束刪除)拾取對(duì)話框。2．單擊圖形窗口中的節(jié)點(diǎn)31，選取后節(jié)點(diǎn)上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)小方框。3．單擊拾取對(duì)話框中的OK按鈕，將彈出DeleteF/MonNOdes(刪除節(jié)點(diǎn)約束)對(duì)話框，如圖所示。4．在對(duì)話框中的Forme/momenttobedeleted(刪除力和力矩)下拉框中選中并單擊“FX”，然后單擊OK按鈕關(guān)閉對(duì)話框，將結(jié)構(gòu)靜力分析時(shí)施加的拉伸力刪除?！?3.3定義邊界條件、加載并求解進(jìn)行諧響應(yīng)分析_修改力載荷5．選取菜單路徑MainMenu|Solution|DefineLoads|Apply|Structural|Force/Moment|OnNodes，將會(huì)彈出ApplyF/MonNodes(施加節(jié)點(diǎn)力和力矩)拾取對(duì)話框。6．在ANSYS圖形窗口中單擊節(jié)點(diǎn)8，選中后在節(jié)點(diǎn)上會(huì)出現(xiàn)小方框。然后，單擊拾取對(duì)話框中的OK按鈕，將其關(guān)閉。將會(huì)彈出ApplyF/MonNodes(在節(jié)點(diǎn)上施加力和力矩)對(duì)話框。7．在對(duì)話框中的Directionofforce/mom(力和力矩施加方向)下拉框中選中并單擊“FY”。然后，在Realpartofforce/mom(力和力矩實(shí)部值)文本框中輸入-1，如圖所示。8，對(duì)話框中的其余設(shè)置保持缺省，單擊對(duì)話框中的OK按鈕，關(guān)閉對(duì)話框，完成橫向簡(jiǎn)諧載荷的施加。至此，完成了進(jìn)行諧響應(yīng)分析時(shí)吉他弦有限元模型上位移邊界條件和載荷的定義，其所加載荷和約束如圖所示。§13.3定義邊界條件、加載并求解進(jìn)行諧響應(yīng)分析_定義載荷步選項(xiàng)在進(jìn)行諧響應(yīng)分析時(shí)還需要定義載荷步選項(xiàng)，包括諧響應(yīng)分析的頻率范圍，載荷子步數(shù)，載荷施加方式等選項(xiàng)。另外，根據(jù)需要還可以指定求解結(jié)果在結(jié)果文件和數(shù)據(jù)庫(kù)文件中的內(nèi)容。下面進(jìn)行具體的操作過程。1．選取菜單路徑MainMenu|Solution|LoadStepOpts|Time/Frequenc|FreqandSubstps，將彈出HarmonicFrequencyandSubstepOptions(諧響應(yīng)分析頻率和子步選項(xiàng))對(duì)話框。2．在對(duì)話框中的Harmonicfreqrange(諧響應(yīng)頻率范圍)文本框中分別輸入0，2000。在Numberofsubsteps(子步數(shù))文本框中輸入250。指定諧響應(yīng)分析的頻率范圍為0～2000Hz，子步數(shù)為250。3．單擊對(duì)話框中的Stepped單選按鈕，選定載荷施加方式為階躍式，如圖所示。4．單擊OK按鈕，關(guān)閉對(duì)話框，完成載荷步選項(xiàng)的設(shè)置。§13.3定義邊界條件、加載并求解進(jìn)行諧響應(yīng)分析_定義載荷步選項(xiàng)5．選取菜單路徑MainMenu|Solution|LoadStepOpts|OutputCtrls|SoluPrintout，將彈出SolutionPrintoutControls(求解輸出控制)對(duì)話框，如圖所示。

6．單擊對(duì)話框中的“None”單選按鈕，將Printfrequency(打印頻率)設(shè)置為不打印任何子步結(jié)果。對(duì)話框中的其余選項(xiàng)保持缺省，單擊OK按鈕關(guān)閉對(duì)話框。7．選取菜單路徑MainMenu|Solution|LoadStepOpts|OutputCtrls|DB/ResultsFile，將彈出ControlsforDatabaseandResultsFileWriting(數(shù)據(jù)庫(kù)和結(jié)果文件寫入控制)對(duì)話框。8．在對(duì)話框中的單擊單選按鈕“Everysubstep”，指定將所有載荷子步的結(jié)果都寫入結(jié)果文件和數(shù)據(jù)庫(kù)文件，其余設(shè)置保持缺省，如圖所示。9．單擊對(duì)話框中的OK按鈕關(guān)閉對(duì)話框，完成輸出控制設(shè)置。§13.3定義邊界條件、加載并求解進(jìn)行諧響應(yīng)分析_進(jìn)行求解完成了邊界條件和載荷的定義，以及分析選項(xiàng)、載荷步和結(jié)果輸出選項(xiàng)的設(shè)置之后，下面來進(jìn)行吉他弦的諧響應(yīng)求解了，具體操作過程如下。1．選取菜單路徑MainMenu|Solution|CurrentLS，將彈出/STATUSCommand(求解命令狀態(tài))輸出窗口和SolveCurrentLoadStep(求解當(dāng)前載荷步)對(duì)話框。2．檢查求解命令狀態(tài)輸出窗口中列出的命令情況，看其中顯示的分析選項(xiàng)如：分析類型、求解方法、載荷步設(shè)置等是否符合分析要求。如果所有選項(xiàng)都跟要求的相符，單擊SolveCurrentLoadStep(求解當(dāng)前載荷步)對(duì)話框中的OK按鈕，進(jìn)行吉他弦的模態(tài)疊加法諧響應(yīng)分析求解。如果有不符合要求的地方，則回到相應(yīng)菜單對(duì)其進(jìn)行修改。3．當(dāng)求解完成時(shí)，ANSYS將彈出Solutionisdone!(求解完成提示)對(duì)話框，單擊對(duì)話框中的Close按鈕，完成吉他弦的模態(tài)疊加法諧響應(yīng)分析。4．選取菜單路徑MainMenu|Finish，完成模態(tài)分析求解過程，關(guān)閉Solution菜單。5．單擊ANSYS工具條上的SAVE_DB按鈕，對(duì)已完成的操作進(jìn)行存盤。§13.4觀察分析結(jié)果上面完成了有預(yù)應(yīng)力的吉他弦的模態(tài)疊加法諧響應(yīng)分析求解，下面將進(jìn)行結(jié)果的觀察分析。用通用后處理器(POST1)可以對(duì)某一時(shí)刻整個(gè)模型上所有節(jié)點(diǎn)的結(jié)果進(jìn)行觀察，查看各階固有頻率的值及其所對(duì)應(yīng)的模態(tài)振型。通過時(shí)間歷程后處理器(POST26)可以得出吉他弦上某節(jié)點(diǎn)的振動(dòng)幅值與激振頻率的關(guān)系圖，并通過圖可以分析出什么樣的激振頻率才能激起吉他弦的諧響應(yīng)。利用POST1觀察結(jié)果利用POST26觀察結(jié)果§13.4觀察分析結(jié)果利用POST1觀察結(jié)果本實(shí)例中將利用通用后處理器(POST1)觀察吉他弦在求解頻率范圍內(nèi)的各階模態(tài)的固有頻率和它們對(duì)應(yīng)的振型模態(tài)，為后面結(jié)果的解釋提供一定的依據(jù)。下面是具體的操作步驟。1．選取菜單路徑MainMenu|GeneralPostproc|ResultsSummary，程序?qū)?huì)列出吉他弦的所有求解的固有頻率值。在文本框里列出了吉他弦的前6階固有頻率。2．單擊對(duì)話框中的Close按鈕，關(guān)閉對(duì)話框。3．選取菜單路徑MainMenu|GeneralPostproc|ReadResults|FirstSet，選擇吉他弦的第一階模態(tài)。4．選取菜單路徑MainMenu|GeneralPostproc|PlotResults|NodalSolu，將彈出ContourNodalSolutionData(彩色云圖顯示結(jié)果)對(duì)話框。通過在對(duì)話框中選擇不同的選項(xiàng)，可以對(duì)選定模態(tài)的各種結(jié)果進(jìn)行觀察。這里只關(guān)心的是輪盤的前幾階固有頻率和對(duì)應(yīng)的模態(tài)振型，因此只對(duì)其總變形進(jìn)行觀察就可以了，其余的這里不再詳細(xì)講解。§13.4觀察分析結(jié)果利用POST1觀察結(jié)果5．在彩色云圖顯示項(xiàng)目的左列表框中選擇DOFsolution(位移)，在右列表框中選擇TranslationUSUM(總平動(dòng)值)，選定吉他弦總位移為顯示對(duì)象。6．單擊“Def+undeformaed”單選按鈕，將Itemstobeplotted(顯示對(duì)象)設(shè)置為顯示變形后和變形前的形狀，以便對(duì)變形前和變形后的形狀進(jìn)行比較。顯示的比例因子缺省為1。7．單擊對(duì)話框中的OK按鈕，對(duì)吉他弦第一階模態(tài)彩色云圖進(jìn)行顯示，結(jié)果如圖所示。8．重復(fù)選取菜單路徑MainMenu|GeneralPostproc|ReadResults|NextSet，及步驟4、5、6、7可以觀察吉他弦的其余各階模態(tài)的振型。下顯示了吉他弦第2～6階模態(tài)的振型。§13.4觀察分析結(jié)果利用POST1觀察結(jié)果§13.4觀察分析結(jié)果利用POST26觀察結(jié)果通過時(shí)間－歷程后處理器(POST26)可以得到吉他弦上某節(jié)點(diǎn)的振動(dòng)幅值與激振頻率的關(guān)系圖，由圖上曲線可以分析得出什么樣的激振頻率才能激起吉他弦的諧響應(yīng)，下面講解詳細(xì)的操作過程。1．選取菜單路徑MainMenu|TimeHist

Postpro，進(jìn)入時(shí)間－歷程后處理器(POST26)。同時(shí)，將會(huì)彈出TimeHistoryVariables(時(shí)間－歷程變量)瀏覽器，如圖所示。2．在瀏覽器中，選取菜單路徑UtilityMenu|File|OpenResults，將會(huì)彈出SelectResultsFile(選擇結(jié)果文件)對(duì)話框，從對(duì)話框中的可選文件列表框中選擇結(jié)果文件“CH13.rfrq”，單擊對(duì)話框中的打開(D)按鈕，讀入結(jié)果文件并關(guān)閉對(duì)話框，。3．在隨后彈出的SelectDatabaseFile(選擇數(shù)據(jù)庫(kù)文件)對(duì)話框中選擇數(shù)據(jù)庫(kù)文件“CH13.db”，然后單擊打開(D)按鈕，關(guān)閉對(duì)話框。同時(shí)會(huì)出現(xiàn)沒有數(shù)據(jù)被保存的警告信息。單擊對(duì)話框中的Close按鈕，關(guān)閉對(duì)話框。變量瀏覽器中的變量列表框中的變量由原來的“TIME”變?yōu)椤癋REQ”?！?3.4觀察分析結(jié)果利用POST26觀察結(jié)果4．單擊瀏覽器中部的“Calculator”工具條，工具條下面的Calculator(求解器)部分對(duì)話框會(huì)隱藏(這樣可以方便讀者觀看ANSYS圖形輸出窗口中的圖形)。5．單擊瀏覽器工具欄最左邊的添加變量按鈕+，將會(huì)彈出AddTime-HistoryVariable(選擇添加的變量)對(duì)話框，如圖所示。6．依次雙擊對(duì)話框中結(jié)果項(xiàng)列表框中的NodalSolution|DOFSolution選項(xiàng)，然后單擊打開的Y-Componentofdisplacement選項(xiàng)，使其高亮度顯示將其選中。7．在VariableName(變量名)文本框中輸入“UY_Node_16”，指定要定義的變量名為“UY_Node_16”。單擊OK按鈕關(guān)閉對(duì)話框。將彈出節(jié)點(diǎn)拾取對(duì)話框和一個(gè)警告信息對(duì)話框8．單擊警告對(duì)話框中的Close按鈕，關(guān)閉對(duì)話框?！?3.4觀察分析結(jié)果利用POST26觀察結(jié)果9．在ANSYS圖形輸出窗口中單擊節(jié)點(diǎn)16(選上后在節(jié)點(diǎn)上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)小方框)，然后單擊拾取對(duì)話框中的OK按鈕，完成對(duì)變量的定義。在變量瀏覽器中會(huì)出現(xiàn)剛定義的變量“UY_Node_16”的屬性列表，其變量代號(hào)自動(dòng)定義為2。10．在變量瀏覽器中，單擊對(duì)話框右上角的下來框中的“Amplitude”，指定要查看變量的結(jié)果為Amplitude(幅值