ANSYS模态综合法技术

发布日期:[08-11-30 21:12:21] 浏览人次:[]

结构系统动力分析通常采用总体结构有限元法,但该方法对于复杂大型结构进行分析存在计算规模大,计算时间长,所用的磁盘空间、计算机系统太庞大,如飞机、车辆、船舶、高层建筑等整体结构。特别是用有限元法进行较高频率振动分析时,要求结构被划分成非常多的单元数以便获得详细的位移和应力特性。这时结构模型的节点自由度可能达到几十万甚至上百万,直接求解如此庞大的模型是很困难。即使能够分析,也要耗费大量机时,效率极低。

模态综合法(Component Mode Synthesis)就是在这样的背景下发展起来的一种缩减自由度方法。它可以将大模型化小,先进行各个子结构的模态分析,然后进行模态综合。由于仅采用了各个子结构的低阶模态,因而使所建立整体结构动力模型的自由度数大大降低,而且可以在不同的机器上对各子结构进行模态分析提高计算速度。

一.ANSYS模态综合法原理

模态综合法的基本思想是根据复杂结构的特点将整体结构划分成若干子结构,对各个子结构分别进行模态分析,得到其动力特性。再利用子结构间力平衡条件及位移协调条件将各子结构部分低阶模态特性综合,由此得到整体结构的动力特性。

ANSYS是一款著名的商业化大型通用有限元软件,广泛应用于航空航天、机械制造等领域,对飞机、车辆、船舶、高层建筑等大型结构的动力分析有着完整的解决方案。ANSYS的模态综合法采用固定界面和自由界面模态综合法,基本概念:

1)固定界面模态综合法的基本思想是将各子结构与其它子结构相连接的界面自由度完全约束,求出此时子结构的低阶主模态集 。然后通过释放子结构界面自由度,分别得到子结构的刚体模态集 和约束模态集 ,由 组成子结构的Ritz基。

2)自由界面模态综合法的基本思想是把子结构从整体系统中分割出来,将子结构间界面自由度上的约束全部去掉,对界面自由度的子结构进行模态分析。然后利用相邻子结构界面位移协调条件和力平衡条件将各子结构综合成一个整体。

自由界面法与固定界面法的区别在于固定界面法是将子结构界面完全约束住,利用界面约束的子结构综合形成整体系统。而自由界面法则是将子结构界面间界面约束全部去掉,以界面无约束的子结构去综合形成整体系统。

对于大部分动力分析通常采用固定界面法。自由界面法主要应用于:
对于中、高频谱分析需要得到较精确的特征值时;
相邻子结构间并不一定有直接对接关系(即不是刚性连接),但它们之间存在耦合关系。例如:转子系统中转轴和基础这两个相邻子结构在油膜轴承处存在相对位移,两个子结构借助于油膜相互作用、发生耦合关系。

这两种方法的基本过程相同,区别在于对交界面的处理。下面对固定界面模态综合法的理论过程进行说明:

1)整体结构系统的子结构划分
如同静力分析中子结构法,按照结构的自然特点和分析方便,将结构分成 若干子结构。各个子结构通过交界面上的节点相互联接。

2)子结构的模态分析
a)以节点位移为基量建立子结构的运动方程: 。其中Q为外载荷向量,R为交界面上的力向量。
b)固定界面主模态,在完全固定交界面上的位移条件下,求子结构系统的固有频率,即求解以下特征值问题:
c)约束模态,即在界面完全固定条件下依次释放界面上的每个自由度,并令它取单位值所得到的静态位移。

3)子结构模态综合
集成各子结构的运动方程得到整个结构系统的运动方程并求解。各个子结构界面上的位移实际上是子结构之间保证满足位移协调条件的公共坐标,利用它将各个子结构的运动方程集合成整个结构系统的运动方程。

二.ANSYS模态综合法基本过程

模态综合法是子结构在动力分析中的应用,其基本过程包括三方面:生成过程、使用过程、扩

|<< << < 1 2 > >> >>|
www.mapeng.net 马棚网
www.mapeng.net
文章作者:未知 | 文章来源:网络 | 责任编辑:admin | 发送至邮箱: | 加入收藏:
本文关键字:ANSYS  模态综合法  技术
本文所属专题:
相关资讯
热点资讯
推荐资讯

关于我们 | 站点导航 | 使用帮助 | 友情链接 | 广告服务 | 免责声明 | 新手上路
设为首页 | 加入收藏 | 在线留言 | 马棚网QQ群:{92562572}{102901272}{333259257} | 交流QQ: 客户服务 客户服务 客户服务