ANSYS模态综合法技术

发布日期:[08-11-30 21:12:21] 浏览人次:[]

展过程。ANSYS提供了友好的CMS向导(Preprocessor>Modeling>CMS),可以方便的定义超单元和交界面,而且可以对模态综合法分析生成的文件进行管理和组织。

1.创建超单元

选择CMS求解方法(CMSOPT):固定界面法或自由界面法。同时确定提取模态数、频率范围等。对于自由界面法还要确定刚体模态。
命名超单元矩阵文件(SEOPT)。
对于考虑阻尼时,输入集中质量矩阵公式。
定义主自由度:在超单元的交界面定义主自由度。
保持数据库:这是必须做的,因为在扩展模态时需要有相同的数据库文件。
求解生成超单元矩阵文件。



图1 创建超单元过程

2.CMS的使用和扩展过程

CMS的使用和扩展部分与子结构基本相同,但是CMS只支持模态分析。在子结构分析中,需要对整体结构中的每一个子结构进行生成和扩展,然后将各个子结构集合成整个模型。

在自由界面模态综合法中,使用MODOPT扩展模态数,应小于每个超单元求解的模态数。若需要扩展更多的模态,需要CMS的超单元重新求解更多的阶数。

3.结果后处理

在结果后处理器(/POST1)中可以显示整个模型的模态变形图,列出求解的频率。首先使用CMSFILE命令把CMS的超单元结果文件读入结果后处理器,该命令可以只读入部分结果。通过SET命令来设置所要显示的模态阶数,然后用PLNSOL命令图形显示模态振型云图。

三.ANSYS模态综合法算例

1.例1 用总体有限元法、固定界面模态综合法分别计算音叉的频率,进行比较。音叉的几何尺寸如图2所示,把结构划分成三个超单元如图3所示,划分的固定界面如图4所示。材料属性:弹性模量:1.90×1011 N/m2,泊松比:0.3,密度:7700 kg/m3。



图2音叉的几何尺寸 图3音叉的超单元划分 图4超单元的固定界面 图5 第一阶X方向位移图

2.例2 图6所示为一双层框架由16根长度0.3m,直径0.008m,结构材料的弹性模量弹性模量:2.1×1011 N/m2泊松比:0.3,密度:7700 kg/m3。

图6 双层框架结构图和第一阶振型

图7 模态综合法计算飞机的模态

3.模态综合法的应用:

图7的飞机模型采用模态综合法来计算结构固有频率。首先是将整机结构分成多个子结构,机翼部分被分成三个子结构,机身分成三个子结构,尾翼单独作为一个子结构。然后分别对每个子结构进行求解,将各个子结构集合成整个结构系统。求解方法采用固定界面模态综合法。

四.结论

本文介绍了ANSYS模态综合法的理论和基本过程。然后对实体平面结构和框架结构都采用总体有限元方法和模态综合法分别进行计算。可以看出采用模态综合法来计算结构的模态可以达到较高的计算精度。相对于总体有限元分析,计算大型复杂结构,模态综合法具有很多优点:

1)基于子结构技术,可以计算超大模型,计算精度高;
2)可以节省大量的计算时间和计算机资源,提高效率;
3)可以灵活修改大系统的子系统设计。修改了子系统的结构后,只需要计算修改的子系统,然后重新集合各个子系统。而无需对整体结构重新全部计算,减少计算时间。

因此,对于复杂大型结构,如飞机、车辆、船舶、高层建筑等结构,采用ANSYS模态综合法来对结构进行模态分析,可以在精度和计算速度上得到较好的解决方案。

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