ANSYS模态分析圆盘Word格式.docx
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3(-3,140,0)
4(-4,55,0)
5(-15,40,0)
6(-15,12,0)
R5=3
二.分析具体步骤
1.定义工作名、工作标题、过滤参数
定义工作名:
Utilitymenu>
File>
Jobname
工作标题:
ChangeTitle(姓名)
2.选择单元类型
本实验将选用六面体结构实体单元来分析,但在建模过程中需要使用四边形平面单元,所有需要定义两种单元类型:
PLANE42和SOLID45,具体操作如下:
MainMenu>
Preprocessor>
ElementType>
Add/Edit/Delete
“StructuralSolid”→“Quad4node42”→Apply(添加PLANE42为1号单元)
“StructuralSolid”→“Solid45”→ok(添加六面体单元SOLID45为2号单元)
在ElementTypes(单元类型定义)对话框的列表框中将会列出刚定义的两种单元类型:
PLANE42、SOLID45,关闭ElementTypes(单元类型定义)对话框,完成单元类型的定义。
3.设置材料属性
由于要进行的是考虑离心力引起的预应力作用下的轮盘的模态分析,材料的弹性模量EX和密度DENS必须定义。
定义材料的弹性模量EX
MaterialProps>
MaterialModels>
Structural>
Linear>
Elastic>
Isotropic
弹性模量EX=2.1E5
泊松比PRXY=0.3
定义材料的密度DENS
density
DENS=7.8E-9
4.实体建模
对于本实例的有限元模型,首先需要建立轮盘的截面几何模型,然后对其进行网格划分,最后通过截面的有限元网格扫描出整个轮盘的有限元模型。
具体的操作过程如下。
创建关键点操作:
Preprocessor>
Modeling>
Create>
Keypoints>
InActiveCS
列出各点坐标值Utilitymenu>
List>
Coordinateonly
由关键点生成线的操作:
Lines>
InActiveCoord
建立圆角:
LinesFillet
生成面:
Areas>
Arbitrary>
ByLines(逆时针选线)
5.划分网络
Meshing>
MeshTool
对全局进行设置。
单击SizeControls(尺寸控制区)全局设置项(Global)的Set按钮,将弹出GlobalElementSizes单元尺寸全局设置对话框在对话框中输入ElementedgeLength(单元边长度)为6。
单击SizeControls(尺寸控制区)Lines(线设置项)的按钮,将弹出ElementSizeonPickedLines(在所选线上定义单元尺寸)的拾取对话框。
用鼠标左键在图形输出窗口中拾取圆角对应的线。
单击ok按钮,将弹出ElementSizeonPickedLines(在所选线上定义单元尺寸)对话框,在对话框中输入No.ofelementdivisions(每条线将要分成的单元数)为1,设定圆角处对应的线只分一个单元。
(由于是模态分析,只要能反应出需要知道的前几阶模态就行,而不需要知道具体的应力值,所以不需要对此处进行单元细化。
)
对分网进行控制。
在分网控制区的Mesh下拉框中选定分网类型为Area(面),Shape(网格形状)设置为Quad(四边形),分网方式设置为Free(自由分网)。
对面进行分网。
在MeshTool(分网工具)对话框中单击Mesh按钮,将弹出MeshAeras(对面划分网格)拾取对话框。
从图形输出窗口中拾取创建的面,单击ok按钮。
完成网格划分。
6.出整个轮盘的有限元模型
通过将面绕轴旋转成有限元实体模型的功能,将前面建立的轮盘截面有限元网格,围绕定义的旋转轴扫掠成整个轮盘的实体有限元模型。
定义旋转轴。
可以通过定义旋转轴所在轴线上的两个关键点来,指定旋转轴的位置。
Modeling>
Create>
Keypoints>
InActiveCS
生成两个关键点20、21。
关键点20:
X,Y,Z位置分别为-10,0,0
关键点21:
X,Y,Z位置分别为10,0,0
设置单元生成选项
Operate>
Extrude>
ElemExtOpts,
弹出ElementExtrusionOptions(单元挤出选项)对话框,在对话框中的Elementtypenumber(单元类型序号)下拉框中选择2号单元SOLID45。
单元尺寸选项中的分割单元数(VAL1NO.ElemDivs)设置为18,即在挤压出的每个体上将沿周向被分成18份。
拉伸比例为0,保持等截面拉伸。
将Cleararea(s)afterext(删除原始面)设置为Yes,在挤压的单元完成之后将删除原来的面以及其上的单元。
单击ok按钮,完成对单元选项的设置。
绕轴旋转截面
AboutAxis,将弹出SweepAreasaboutAxis(绕轴扫描面)的拾取对话框。
从图形输出窗口中选择创建好的平面网格,单击拾取对话框中的按钮。
然后从图形窗口中选取定义旋转轴的关键点20,21,单击ok按钮,将弹出SweepAreasaboutAxis对话框,在对话框中输入旋转角度为(Arclengthindegrees)360,No.ofvolumesegments(一周创建体的数目)为4,单击ok按钮。
创建如图所示的整个盘的有限元模型。
观察创建的网格形式。
UtilityMenu>
Plot>
Element,图形窗口中将会显示出由平面网格扫掠而成的实体单元网格情况。
存盘,SAVE_DB。
至此,完成了创建轮盘有限元模型的所有工作。
7.节点的坐标变换
根据轮盘的工作情况其约束条件为盘心轴向和周向约束,这种约束条件在直角坐标系下无法定义,而柱坐标下可以非常方便地定义。
根据ANSYS程序中坐标系的定义规则,需要将柱坐标系的Z轴和旋转轴重合,Y轴表示转角,X轴表示径向。
ANSYS程序提供的全局柱坐标系不满足要求。
通常可以有两种办法来解决这个问题:
重新建立一个柱坐标系使其的Z向和旋转轴一致。
具体操作过程如下:
WorkPlane>
OffsetWPbyIncrements,弹出OffsetWP(工作平面偏移)菜单,拖动Degrees滑动条,将Degrees(旋转角度)值设置为90。
单击按钮,使工作平面绕Y轴正向旋转90度,单击ok按钮,将工作平面的WZ轴和总体坐标系的X轴方向重合,。
在工作平面原点创建柱坐标系。
LocalCoordinateSystems>
CreateLocalCS>
AtWPOrigin,将弹出CreateLocalCSatWPOrigin(在工作平面原点创建本地坐标系)对话框,Refnumberofnewcoordsys(新坐标系的参考序号)缺省值为11,一般就使用缺省值,也可自己设定。
在Typeofcoordinatesystem(坐标系类型)下拉框中选取Cylindrical1(柱坐标系),其它设置为缺省值。
单击ok按钮。
将完成要求的柱坐标系的创建,并且将新建坐标系定义为当前激活坐标系。
将所有节点移到当前柱坐标系中。
Nodes>
RotateNodeCS>
ToActiveCS将弹出RotateNodesintoCS菜单。
在菜单中单击按钮,将所有的节点都移到当前激活柱坐标系下。
8.进行静力分析
由于对轮盘模态的分析需要考虑离心力引起的应力对模态的影响,所以需要先对其进行静力分析,求解出离心力产生的应力,及其对刚度阵的影响,将结果写入数据库文件。
有预应力的轮盘静力分析具体过程如下。
指定分析类型及分析选项
a.MainMenu>
Solution>
NewAnalysis→“Static”
b.MainMenu>
Sol’nControls,将弹出求解控制(SolutionControls)对话框。
单击标签“Basic”,在CalculatePrestresseffects选项前打“√”。
打开预应力选项。
单击OK
定义边界条件和转速
对于本实例分析的轮盘,由安装条件知道其边界条件应该是,在轮盘盘心的节点轴向和周向固定,而径向自由。
其离心载荷是由于高速旋转产生的,因此需要在分析时指定轮盘的旋转速度,具体操作过程如下:
a.将要加载模型放大。
在图形窗口中选取盘心部分,对其进行放大,以便在加载时能够准确地选择所要加载的模型元素(本实例为节点)。
b.定义约束MainMenu>
DefineLoads>
Apply>
Structural>
Displacement>
OnNodes,将弹出ApplyU,ROTonNodes(给节点施加约束)对话框,单击对话框中的Circle单选按钮,选用圆形区域选择方式(因为需要约束的为盘心节点)。
将光标移至盘心,按住鼠标左键并拖动光标,在图形窗口中将会出现一个选择用的圆形选择框随光标移动,当圆形框刚好将盘心所有的第一排节点选中,而没有选择第二排节点时
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