下载文档原格式
压电变换器的自振频率分析及详细过程1.模态分析的定义及其应用模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性(固有频率和振型)，即结构的固有频率和振型，它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数。
同时，也可以作为其它动力学分析问题的起点，例如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析，其中模态分析也是进行谱分析或模态叠加法谐响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程。
ANSYS的模态分析可以对有预应力的结构进行模态分析和循环对称结构模态分析。
前者有旋转的涡轮叶片等的模态分析，后者则允许在建立一部分循环对称结构的模型来完成对整个结构的模态分析。
ANSYS提供的模态提取方法有:子空间法(subspace)、分块法(block lancets),缩减法(reduced/householder)、动态提取法(power dynamics)、非对称法(unsymmetric),阻尼法(damped), QR阻尼法(QR damped)等，大多数分析都可使用子空间法、分块法、缩减法。
ANSYS的模态分析是线形分析，任何非线性特性，例如塑性、接触单元等，即使被定义了也将被忽略。
2.模态分析操作过程一个典型的模态分析过程主要包括建模、模态求解、扩展模态以及观察结果四个步骤。
(1).建模模态分析的建模过程与其他分析类型的建模过程是类似的，主要包括定义单元类型、单元实常数、材料性质、建立几何模型以及划分有限元网格等基本步骤。
(2).施加载荷和求解包括指定分析类型、指定分析选项、施加约束、设置载荷选项，并进行固有频率的求解等。
指定分析类型，Main Menu- Solution-Analysis Type-New Analysis,选择Modal。
指定分析选项，Main Menu-Solution-Analysis Type-Analysis Options，选择MODOPT(模态提取方法〕，设置模态提取数量MXPAND.定义主自由度，仅缩减法使用。
基于ANSYS的超声振动辅助气中放电加工材料去除率计算段彩云 张建华 朱耀明 徐明刚 李 丽山东大学摘 要:建立了超声振动辅助气中放电加工的有限元模型,使用ANSY S分析软件对其温度场进行了数值模拟,计算出了仿真条件下的材料去除率,并通过加工试验验证了模拟结果,发现与试验结果吻合较好。
结果表明,用ANSY S来计算超声振动辅助气中放电加工的材料去除率是一种行之有效的方法。
关键词:ANSY S, 气中放电加工, 温度场, 材料去除率C alculation of Material R emoved R ate of U ltrasonic VibrationAided E DM in G as B ased on ANSYSDuan Caiyun Zhang Jianhua Zhu Y aoming et alAbstract:Finite element m odel of ultras onic vibration aided electrical discharge machining in gas is built.The machining tem perature is simulated with ANSY S to calculate the material rem oved rate in the conditions of simulation.The data gained from the simulations is proved to be accordant with the data from test.The results indicate that the simulation with ANSY S is an effective way by which the material rem oved rate of ultras onic vibration aided E DM in gas can be calculated correctly.K eyw ords:ANSY S, E DM in gas, tem perature field, material rem oved rate 1 引言气中放电加工技术是日本东京农工大学M K u2 nieda[1]。
超声波模具ansys有限元分析流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
文档下载后可定制随意修改，请根据实际需要进行相应的调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，如想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by theeditor. I hope that after you download them,they can help yousolve practical problems. The document can be customized andmodified after downloading,please adjust and use it according toactual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types ofpractical materials,such as educational essays, diaryappreciation,sentence excerpts,ancient poems,classic articles,topic composition,work summary,word parsing,copy excerpts,other materials and so on,want to know different data formats andwriting methods,please pay attention!超声波模具 ansys 有限元分析流程一、前期准备阶段在进行超声波模具 ansys 有限元分析之前，需要做好充分的准备工作。
ansys正弦振动计算ANSYS is a powerful tool in the field of engineering simulation, widely used for analyzing structural, thermal, and fluid dynamics problems. When it comes to analyzing sinusoidal vibrations, ANSYS provides a comprehensive platform for engineers to perform accurate and reliable calculations. The use of ANSYS in simulating sinusoidal vibrations allows engineers to predict the behavior of structures under various harmonic loads, helping to ensure the product's reliability and safety.在工程模拟领域，ANSYS是一个强大的工具，被广泛应用于分析结构、热力和流体力学问题。
当涉及到分析正弦振动时，ANSYS为工程师提供了一个全面的平台，用于执行准确可靠的计算。
在模拟正弦振动中使用ANSYS 可以帮助工程师预测结构在各种谐波载荷下的行为，有助于确保产品的可靠性和安全性。
One of the key advantages of using ANSYS for sinusoidal vibration analysis is its ability to accurately model complex geometries and material properties. By inputting the appropriate material properties and boundary conditions, engineers can simulate the behavior ofstructures subjected to sinusoidal vibrations with high fidelity. This level of accuracy is crucial in ensuring that the simulation results reflect real-world conditions, allowing engineers to make informed decisions and optimizations in the design process.使用ANSYS进行正弦振动分析的一个关键优势是其准确建模复杂的几何形状和材料性质的能力。
基于ANSYS的超声振动辅助气中放电加工材料去除率计算段彩云 张建华 朱耀明 徐明刚 李 丽山东大学摘 要:建立了超声振动辅助气中放电加工的有限元模型,使用ANSY S分析软件对其温度场进行了数值模拟,计算出了仿真条件下的材料去除率,并通过加工试验验证了模拟结果,发现与试验结果吻合较好。
结果表明,用ANSY S来计算超声振动辅助气中放电加工的材料去除率是一种行之有效的方法。
关键词:ANSY S, 气中放电加工, 温度场, 材料去除率C alculation of Material R emoved R ate of U ltrasonic VibrationAided E DM in G as B ased on ANSYSDuan Caiyun Zhang Jianhua Zhu Y aoming et alAbstract:Finite element m odel of ultras onic vibration aided electrical discharge machining in gas is built.The machining tem perature is simulated with ANSY S to calculate the material rem oved rate in the conditions of simulation.The data gained from the simulations is proved to be accordant with the data from test.The results indicate that the simulation with ANSY S is an effective way by which the material rem oved rate of ultras onic vibration aided E DM in gas can be calculated correctly.K eyw ords:ANSY S, E DM in gas, tem perature field, material rem oved rate 1 引言气中放电加工技术是日本东京农工大学M K u2 nieda[1]。
放电加工时,由主轴头带动制成中空薄壁管形的工具电极旋转,同时在电极间通以高压介质气体,实现气中放电加工。
这种加工方法可有效克服传统放电加工使用煤油等液态介质会产生有害气体而污染环境的问题,是一种有利于环境保护的绿色加工方法。
超声振动辅助气中放电加工技术则是在气中放电加工技术基础上进一步发展的新技术[2],其加工原理见图1。
通过附加工具电极的超声频振动,可以改善加工条件,强化工件材料去除。
与液中放电加工相同,在气中放电加工中,电极表面形成的放电凹坑的直径和深度由单次脉冲放电的能量决定,放电加工的材料去除率与放电过程中蚀除凹坑的大小有关,而放电点周围的温度场分布则是形成放电凹坑的关键。
因此,放电加工温度场的研究对于明确放电加工机理、预测材料去除率有着重要意义[3]。
2 温度场模拟在放电过程中,电极表面因获得能量而在放电点附近瞬时形成一个高温热源,其局部温度迅速升高,而电极材料内部却保持放电之前的温度,从而在电极内部形成温度差。
由热力学第二定律可知,在图1 超声振动辅助气中放电加工原理图温度不均匀的电极材料内部,温度会逐渐拉平,即热量会从高温处直接传递到直接相邻的低温处。
温度场就是在某一瞬时所有空间各点温度的总计,等温面则是电极材料内有着相同温度的各个点的轨迹。
基于温度场的概念,可利用ANSY S有限元分析软件的热分析模块,根据加工要求模拟出放电加工过程,而不受加工试验条件的限制。
通过模拟温度场的分布情况,可以直观地观察到金属熔融区的分布范围,并计算出放电加工的材料去除率。
3 基于ANSYS的分析计算方法(1)定义单元类型由于在放电加工过程中,放电点处的几何模型和载荷均为轴对称分布,故只需选取对称轴上的一个平面进行分析即可,这样可将放电加工温度场分析简化为二维模型。
根据二维温度场分析的单元类型选择原则,在进行瞬态温度场分析特别是分析相收稿日期:2005年7月变问题时,应选择低阶热单元plane55。
(2)选择材料属性在ANSY S 分析的前处理中,需要定义材料属性。
在计算材料去除率时,材料的熔点是很重要的物理量,为了与加工试验结果进行有效对照,仿真分析时采用与加工试验相同的材料45钢(密度7890kg/m 3)。
由于其它重要的物性参数随着温度而不断变化,因此可输入离散的数值,系统会根据输入的离散值进行线性插值,得到各物性参数随温度变化的曲线。
在放电加工过程中,材料会发生熔融和气化,即存在相变过程,需要的热量称为熔化的潜在热量。
在相变分析中,必须考虑材料的潜在热量,潜在热量可用热焓材料特性(E NTH )表示[4]。
各物性参数随温度的变化值如表1所示。
表1 各物性参数随温度的变化值温度(℃)25227427627755827122715362862导热系数λ(W/m ℃)484641352526292929比热容c(J/kg ℃)4455296158251064827652822821焓H(J/m 3)01121E 91168E 92176E 94102E 94129E 96150E 91013E 91819E 9 (3)建模和网格划分放电加工时,放电点相对于工件尺寸较小且放电时间很短,温度来不及传导,因此只有放电点周围的小部分区域受热影响,故放电加工可视为微小面热源对半无限大物体加热。
考虑到几何模型与载荷都具有轴对称性,建模时选取工件的一部分(尺寸018mm ×1mm )建立二维模型,并经过仿真对比验证,可确保与工件连接处的绝缘条件。
为简化模型,直接使用线上网格密度控制方法进行非均匀网格划分,可得到较理想的模型(见图2)。
图2 网格划分模型(4)热源模型在电加工的导热计算中,为获得较精确的解,首先必须考虑放电时的热源不是点热源,而是有一定尺寸大小的表面热源。
虽然热流密度呈现高斯分布[5],但因放电点很小,因此可假设放电通道中热流密度呈均匀分布,可通过下式求得q (r ,t )=ηU e (t )I e (t )πR 2(t )(1)式中 η———分配到工件上能量的分配系数U e (t )———放电维持电压(V )I e (t )———放电维持电流(A )R (t )———t 时刻放电通道的位形半径(m )(5)确定初始条件和边界条件与传统的电火花加工不同,气中放电加工时工件周围充满气体介质,故工件初始温度取决于周围介质的温度。
空气中放电加工的初始温度为室温,根据加工试验条件设为20℃。
模拟分析时,除放电点处有热流密度输入外,其边界可认为是绝热表面,且放电加工时两电极间的距离较小,通道中辐射到周围介质中的热量很少,可通过能量分配系数来调节。
需要输入的热流密度是一种面载荷,表示通过单位面积的热流率,其物理模型见图3。
图3 均布热源模型(6)设置时间步长气中放电加工试验时,脉冲放电脉冲宽度为600μs ,因放电击穿时间极短,可忽略不计[2]。
设载荷作用时间为600μs ,并打开自动时间步长。
时间步长的设置会影响计算精度,步长越小,计算越精确,但如步长太小,则计算所需时间较长,且对计算机的性能要求较高,故将时间子步设为10个。
4 求解与分析(1)温度场的分布在实际加工中,放电维持电压及电流与开路电压及峰值电流相差很大,放电维持电压比开路电压小得多,约为20～25V [6]。
假设气体介质被击穿后放电半径不变,由式(1)可计算出均匀热流密度为113×109J/m 2。
通过ANSY S 模拟仿真,可得放电脉冲的脉宽为600μs 。
放电加工结束时温度场的分布情况如图4所示(放大5倍)。
图4 单脉冲放电温度场分布图(×5)由图4能直观地观察到整个温度场的分布。
从仿真结果可看出,单脉冲气中放电加工的热影响区很小,放电点周围熔融点以下的温度影响区不太大,即大部分受热金属能够熔融、气化而被抛出。
由于气中放电通入的是高压气体,除放电时熔池本身的爆炸抛出外,大部分熔融、气化的金属都会被高压气体带走,故重铸层较薄。
图5和图6分别为传统电火花加工与超声振动辅助气中放电加工的工件断面图。
由图可知,超声振动辅助气中放电加工工件断面的重铸层和变质层均比传统电火花加工薄很多,与仿真分析结果一致。
图5 传统电火花加工工件断面图图6 超声振动辅助气中放电加工工件断面图(2)材料去除率的比较通过后处理中的路径分布结果处理,可得出达到材料熔点以上的凹坑深度与直径随温度的变化曲线(见图7、图8)。
由于电火花加工是基于放电的热过程,放电后电极表面所形成的放电凹坑的形状与放电时的等温面基本相似[5]。
假设达到熔点以上的金属都能被全部抛出,通过计算球缺体积即可求得材料去除量。
图7 熔深随温度变化图图8 熔宽随温度变化图根据图7、图8的可测量值,由球缺体积公式可推导出材料去除量公式为V =πhh26-L28(2)式中 V ———材料去除量(10-12m 3)h ———凹坑深度(m )L ———凹坑直径(m )根据45钢的熔点,由图7、图8查得数据带入式(2),可求得仿真条件下的材料去除率为1011mm 3/s 。
图9为单个脉冲火花腐蚀工件材料凹坑的电镜照片。
加工试验条件为:开路电压220V ,脉冲宽度600μs ,峰值电流20A ,工具电极接负极,工件材料为45钢。
通过加工前后工件质量的比较,算得材料去除率为818mm 3/s 。
与模拟仿真结果比较,仿真算得的材料去除率比试验得到的材料去除率大一些,这是因为在加工试验中,材料融化后一部分被抛出,而有一小部分被堆放到放电痕的外围[7]。
此外,假设为均匀热源也会造成一定的仿真误差。
总的来说,仿真结果能较好地与试验结果相吻合。
由此可见,放电加工温度场的研究对于预测材料去除率具有实际意义。
如果在建模时更贴近实际加工条件,可以得到更为理想的结果。
图9 单个脉冲电火花腐蚀凹坑放大图(×130) 5 结语从以上分析可知,用ANSY S 有限元分析软件进行计算机仿真,能够很好地模拟放电凹坑的温度场分布,可以根据加工要求模拟加工过程,而不受加工试验条件的限制。
在通用后处理中,可以较精确地得出熔深与熔宽的值,这对于预测材料去除率具有重要意义。
通过模拟温度场的分布,能直观地观察到受热影响的非熔融区金属的范围,从而分析加工后工件热影响层的组织结构,了解其力学性能、残余应力等。
参考文献1 M K unieda ,X Nishiwaki.Observation of arc column m ovementduring m ono 2pulse discharge in E DM.Annals of GIRP ,V ol.41/1/1992:227～2302 张勤河.超声振动辅助气中放电加工技术及机理研究.山东大学博士学位论文,20033 孟庆国,王 刚,赵万生.混粉电火花加工温度场的计算与分析.电加工与模具,2000(2):4～64 刘国庆,杨庆东.ANSY S 工程应用教程———机械篇.北京:中国铁道出版社,20025 李明辉.电火花加工理论基础.北京:国防工业出版社,19896 张建华.精密与特种加工技术.北京:机械工业出版社,20037 楼乐明.电火花加工计算机仿真研究.上海交通大学博士学位论文,2000第一作者:段彩云,山东大学机械工程学院,250061济南市收稿日期:2005年10月基于ANSYS 并联机床结构形式的有限元分析胡景姝 王亚萍 马海涛哈尔滨理工大学摘 要:为探讨并联机床结构刚度对并联机床性能的影响,在并联机床刀具顶点受力相同的情况下,利用AN 2SY S 软件对三种并联机床的主要结构形式进行了静刚度有限元分析,得出了三种结构的位移变形、最大应力和动平台的最大位移变形。
