巩固APDL基础、热应力及模态分析内容

基于APDL参数化设计的舰船控制柜模态分析舰船控制柜是船舶电力控制系统的核心设备，具有控制、保护、监视等多种功能，对船舶的安全、稳定运行至关重要。

为了保证控制柜的可靠性和稳定性，需要进行模态分析，以评估其结构的固有频率和振动特性，发现并排除潜在的振动问题。

参数化设计是指在设计过程中将设计变量参数化，以便以后进行修改和优化。

APDL是ANSYS的预处理器，可用于参数化设计和模拟分析。

通过使用APDL参数化设计和模态分析，可以在设计过程中快速识别和解决结构问题，提高设计效率和可靠性。

首先，利用APDL创建控制柜的三维模型并进行建模，确定控制柜的几何形状、结构材料和约束条件等参数。

然后，将这些参数进行参数化处理，定义为变量，方便后续修改。

通过设置变量范围和步长，进行参数化设计。

在此基础上，使用ANSYS进行有限元建模和模态分析，得出控制柜的固有频率和振型。

模态分析结果表明，控制柜的固有频率很高，振型稳定，满足船舶电力控制系统的要求。

但在实际使用过程中，由于海上环境的复杂性和振动的不可预知性，可能会对控制柜的稳定性和可靠性产生不利影响。

因此，需要在设计过程中考虑特定的海上环境和实际工况，进行振动分析和优化设计，以保证控制柜的稳定性和可靠性。

总之，APDL参数化设计和模态分析是舰船控制柜设计和优化的重要手段。

它可以有效提高设计效率和可靠性，减少设计过程中的试错和成本，确保船舶电力控制系统的稳定运行。

但需要注意的是，模态分析只是初步评估控制柜的振动特性，实际使用过程中还需要进行更加详细的振动分析和优化设计。

为了进行舰船控制柜的参数化设计和模态分析，需列出相关数据以进行分析。

首先，船舶类型是影响控制柜设计的重要因素之一。

不同类型的船舶在船体结构、航速、载重等方面存在很大差异，对控制柜的要求也不同。

因此，在设计控制柜时，需要了解船舶类型和基本参数，以满足船舶电力控制系统对控制柜的要求。

其次，控制柜的几何形状和结构材料也是参数化设计和模态分析的重要数据。

计算分析模型如图所示, 习题文件名: scf材料参数：E=205GPa, v = 0.3力载：4500N注意单位的一致性：使用N, mm, MPa单位制建模教程在ANSYS工作文件夹内新建“stress concentration factor”目录，以存放模型文件。

注意定期保存文件，注意不可误操作，一旦误操作，不可撤销。

1.1 进入ANSYS开始→程序→ANSYS 14.5→Mechanical APDL Product Launcher14.5→然后在弹出的启动界面输入相应的working directory及文件名scf如通过Mechanical APDL 14.5进入，则进入预设的working directoryworking directory必须设置在电脑最后一个分区（因为教学用电脑只有最后一个分区不受系统保护）至此ANSYS静力学分析模块启动，ANSYS在“stress concentration factor”目录下自动创建了.log、.err等必要的文件。

2.2设置计算类型ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural → OK2.3选择单元类型ANSYS Main Menu: Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select SolidQuad 4 node 182 →OK (back to Element Types window)→Options…→select K3: Plane Strs w/thk →OK→Close (the Element Type window)2.4定义实常数ANSYS Main Menu: Preprocessor →Real Constants →Add/Edit/Delete →Add →OK →THK 1.2 →OK2.5定义材料参数ANSYS Main Menu: Preprocessor →Material Props →Material Models →Structural →Linear→Elastic→Isotropic→input EX:205e3, PRXY:0.3→ OK2.6生成几何模型生成特征点（8个）ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →In Active CS→依次输入四个点的坐标：input:1(0,0,0) ,2(75,0,0) ,3(75,4.5,0) ,4(120,4.5,0) ,5(120,19.5,0),6(75,19.5,0) ,7(75, 24,0) ,8(0, 24,0)→Apply/OK（开始点Apply，最后一个点OK）Tips：如何用ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →OnWorking Plane →又该如何操作才能生成同样的点？？✓直线（8条）ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Lines →Lines →Straight Lines →跳出对话框，用鼠标（左键）依次选择点1、2生成直线1，依次类推生成直线2-8。

APDL热分析关键知识及实例一.关键概念（1）λ：热导率，是指当温度垂直向下梯度为1℃/m时，单位时间内通过单位水平截面积所传递的热量。

（2）E: 弹性模量，材料在弹性变形阶段，其应力和应变成正比例关系（即符合胡克定律），其比例系数称为弹性模量。

（3）Β：热胀系数，物体由于温度改变而有胀缩现象。

其变化能力以等压(p一定)下，单位温度变化所导致的长度量值的变化，即热膨胀系数表示。

各物体的热膨胀系数不同，一般金属的热膨胀系数单位为1/度（摄氏）。

（4）μ：泊松比，指材料在单向受拉或受压时，横向正应变与轴向正应变的绝对值的比值，也叫横向变形系数，它是反映材料横向变形的弹性常数。

（5）α：传热系数、膜系数，单位时间通过单位面积传递的热量。

（6）T u: 接触温度，材料与外界接触处温度。

（7）C: 热容，“当一系统由于加给一微小的热量δQ而温度升高dT时，δQ/dT 这个量即是该系统的热容。

”（8）q: 热通量，单位时间内，通过物体单位横截面积上的热量。

（9）ε：发射系数，原子谱线中发射谱线的辐射能量可用一个发射系数来表示，其含义为单位时间单位体积单位立体角内辐射的能量。

●传热三种基本方式：热传导、热对流及热辐射。

●热流率/热流量(Heat flow)表示单位时间内，通过传导，对流，辐射的方式穿过给定表面传输的热量，也称为热流量。

常表示为Φ，国际单位为瓦特(W)。

这是一种热学上荷载，即热量，相当于功率。

如果大于零，表示热量流入，物体获得热量，反之，热量外流。

●热流密度/热通量（Heat Flux）一般用q表示，定义为单位时间内，通过物体单位横截面积上的热量。

二．基本代号（热力学基本符号）●APDL关键缩略写K：关键点L：线E：单元DENS：密度MAT：材料ET：单元类型KXX：热导率EX：弹性模量HF:传热系数PRXY：泊松比ALPX：热胀系数REFT：参考温度GXY：剪切模量MU：摩擦系数REAL：实常数MP：材料类型PRIN：主应力SINT：应力强度SEQV：等效应力IC：初始条件三．主要知识1.常用分析单元：MASS71:Thermal MassLINK31:Radiation LinkLINK33: convection LinkLINK34:conduction LinkPLANE35:Thermal SolidPLANE55:Thermal SolidSHELL131:Themal ShellPLANE223:Coupled_filed Solid2.热分析的类型ANSYS支持两种类型的热分析：(1)稳态热分析确定在稳态的条件下的温度分布及其他热特性，稳态条件指热量随时间的变化可以忽略。

本文介绍了轮毂的ANSYS APDL命令流建模及模态分析实例相关内容。

ANSYS命令流及注释五个辐条的轮毂!!初始化ANSYS环境!FINISH/CLEAR !清空内存/FILNAM,WHEEL5 !文件名/TITILE,WHEEL5 PARAMETER MODELING !工作名!!定义几何尺寸参数!R1=180R2=157R3=75R4=75R5=30R6=28R7=20R8=90R9=60S_HOLE=5TH1=48TH2=23TH3=11TH4=180TH5=40TH6=45TH7=105TH8=25TH9=15TH10=25TH11=13/VIEW,1,1,1,1 !改变视图/ANG,1/PNUM,LINE,1/PNUM,AREA,1/PNUM,VOLU,1/NUMBER,1!!关键点!/PREP7k,1,r5,r7,0k,2,r4-ky(1),ky(1),0k,3,r4,0,0k,4,r1,0,0k,5,kx(4),th5-th9,0k,6,r1-th8,ky(5),0k,7,kx(6),th4/2,0k,8,kx(7)+th11,ky(7)+th10,0 k,9,kx(8),th4-th3,0k,10,kx(4),ky(9),0k,11,kx(4),th4,0k,12,r2,ky(11),0k,13,kx(12),ky(8),0k,14,kx(7)-th3,ky(7),0k,15,kx(14),th5,0k,16,r3+r6,ky(15),0k,17,kx(3),r7+th1,0k,18,kx(1),ky(17),0k,19,kx(16),ky(17),0k,20,kx(2),0,0k,21,0,0,0k,22,0,th1+r7,0*ask,s_hole,'the number of hole',5 !宏!!创建轮毂面!lstr,1,2 !连接1，2关键点，形成直线larc,2,3,20,r7 !以20点为圆心r7为半径，2，3点为端点作弧线lstr,3,4lstr,4,5lstr,5,6lstr,6,7lstr,7,8lstr,8,9lstr,9,10lstr,10,11lstr,11,12lstr,12,13lstr,13,14lstr,14,15lstr,15,16larc,16,17,19,r6lstr,17,18lstr,18,1al,allcm,an-all,area !形成组件!!创建实体模型!allsel,allvrotat,an-all,,,,,,21,22,360,S_hole, !旋转拉伸形成体cm,v-an-all,volu!!减去孔洞!vsel,nonewpro,,-90, !绕Y轴转动工作平面cswpla,11,1,1,1csys,11wpoff,r8*sin(180/s_hole),r8*cos(180/s_hole)RPR4,3,-th5,th5/2,r9,, !创建三角形adele,96LFILLT,182,181,10, , !在直线182，181间形成半径10的圆角LFILLT,182,183,10, ,LFILLT,183,181,10, ,LARC,98,100,21,144,ldele,182asel,noneal,181,184,187,185,183,186 !连接各线形成面cm,sanjiao_hole,areavext,sanjiao_hole,,,0,0,th5,,,, !以th5为厚度形成体cm,v_hole,voluvgen,s_hole,all,,,,360/s_hole,,,0 !旋转拉伸形成s_hole个体cm,v-hole,voluvsel,allvsbv,v-an-all,v-hole !布尔运算减去体，形成孔洞cm,v-an-all,voluALLSEL,ALL!!定义单元属性!et,1,solid45mp,ex,1,71000 !铝合金材料特性mp,nuxy,1,0.33mp,dens,1,2720!!划分单元创建网格模型!SMRT,5 !自由网格划分MSHAPE,1,3DMSHKEY,0FLST,5,5,6,ORDE,2FITEM,5,11FITEM,5,-15CM,_Y,VOLUVSEL, , , ,P51XCM,_Y1,VOLUCHKMSH,'VOLU'CMSEL,S,_YVMESH,_Y1finish!!保存!saveAPLOT/SOLUFLST,2,5,5,ORDE,5 !约束固定FITEM,2,19FITEM,2,38FITEM,2,57FITEM,2,76FITEM,2,95/GODA,P51X,ALL,*DEL,_FNCNAME !函数加载*DEL,_FNCMTID*DEL,_FNC_C1*DEL,_FNCCSYS*SET,_FNCNAME,'jiazai'*DIM,_FNC_C1,,1*SET,_FNC_C1(1),5*SET,_FNCCSYS,11! /INPUT,111.func,,,1*DIM,%_FNCNAME%,TABLE,6,7,1,,,,%_FNCCSYS% !! Begin of equation: 1000*{X}/cos(180/s_hole)*SET,%_FNCNAME%(0,0,1), 0.0, -999*SET,%_FNCNAME%(2,0,1), 0.0*SET,%_FNCNAME%(3,0,1), %_FNC_C1(1)%*SET,%_FNCNAME%(4,0,1), 0.0*SET,%_FNCNAME%(5,0,1), 0.0*SET,%_FNCNAME%(6,0,1), 0.0*SET,%_FNCNAME%(0,1,1), 1.0, -1, 0, 1000, 0, 0, 2 *SET,%_FNCNAME%(0,2,1), 0.0, -2, 0, 1, -1, 3, 2*SET,%_FNCNAME%(0,3,1), 0, -1, 0, 180, 0, 0, 17*SET,%_FNCNAME%(0,4,1), 0.0, -3, 0, 1, -1, 4, 17 *SET,%_FNCNAME%(0,5,1), 0.0, -1, 10, 1, -3, 0, 0 *SET,%_FNCNAME%(0,6,1), 0.0, -3, 0, 1, -2, 4, -1 *SET,%_FNCNAME%(0,7,1), 0.0, 99, 0, 1, -3, 0, 0 ! End of equation: 1000*{X}/cos(180/s_hole) FLST,2,3,1,ORDE,3 !确定加载点位置FITEM,2,37FITEM,2,54FITEM,2,354/GOF,P51X,FX, %JIAZAI%/STA TUS,SOLU !求解SOLVE/VIEW,1,1,1,1/ANG,1/REP,FAST/SOLUANTYPE,2 !模态求解MSA VE,0MODOPT,LANB,10EQSLV,SPARMXPAND,10, , ,1LUMPM,0PSTRES,0MODOPT,LANB,10,0,0, ,OFF/STA TUS,SOLUSOLVEFINISHSave模型图网格划分位移图应变图应力图应力模态(其中之一)。