基于ANSYS的颤振频域分析方法

基于ANSYS的斜拉桥抖振性能时域分析张四国;张一卓;闫旭【摘要】基于有限元法和随机振动的相关知识,利用ANSYS有限元软件,建立了某拟建斜拉桥的仿真模型,进行了抖振抗风性能分析,得到了斜拉桥主梁和桥塔在顺桥向及横桥向时域风场作用下的振动响应,评价了桥梁的抗风性能,保证了桥梁的安全性、适用性和耐久性.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2016(042)017【总页数】2页(P162-163)【关键词】有限元;斜拉桥;抖振;时域分析【作者】张四国;张一卓;闫旭【作者单位】天津市市政工程设计研究院,天津300051;天津市市政工程设计研究院,天津300051;天津市市政工程设计研究院,天津300051【正文语种】中文【中图分类】U441颤振、驰振、抖振和涡振是桥梁在不定常风场作用下发生振动的四种主要形态，其中抖振是桥梁在大气紊流作用下发生的一种随机的强迫振动，在较低风速下也能发生，虽然幅度有限，不至于造成灾难性后果，但能够增大桥梁结构变形，造成结构疲劳，从而威胁行车舒适性和施工安全，减少桥梁的使用寿命，因此，抖振分析是桥梁设计中的重要环节［1-3］。

对于柔性较强、截面复杂、跨度较大的桥梁，气动稳定性十分复杂，大多需要借助风洞试验精确得到三分力系数，并建立相应的模型进行动力响应分析，以确定桥梁结构的抗风性能是否满足要求，初步设计时，对于简单截面桥梁，可依据相应规范［4］进行简单的数值模拟。

本文即利用ANSYS有限元软件对拟建某斜拉桥的抖振抗风性能进行了数值模拟分析和评价。

空间中任意点的脉动风速时程一般认为是平稳的高斯过程，采用谐波合成法［5，6］可以根据风功率谱密度函数模拟脉动风速时程曲线，本工程所在地桥面处的设计风速取为vd1=53．1 m/s，塔顶处设计风速为vd2=60．6 m/s，时程总长t=819．2 s，时间步长t=0．05 s，截止频率取10 Hz，频率范围等分数N=4 096，则在Matlab中生成的桥面处节点、桥塔顶节点的脉动风速时程曲线见图1。

一种在ANSYS中实现颤振时程分析的方法颤振时程分析是结构工程中的重要分析方法，用于研究结构在外部激励下可能出现的颤振现象。

在ANSYS软件中，可以通过以下方法来实现颤振时程分析。

1.定义结构模型：在ANSYS中，首先需要使用几何建模工具创建结构模型。

可以使用ANSYS提供的几何建模工具，也可以使用外部CAD软件导入模型。

在建模过程中，要确保模型的精度和准确性。

2.设置物理属性：在ANSYS中，需要为结构模型定义材料属性和边界条件。

将材料属性分配给结构的各个部分，包括弹性模量、泊松比和密度等。

同时，也需要定义边界条件，例如约束和荷载等。

3.定义颤振激励：颤振时程分析需要定义一个与时间有关的激励。

可以是脉冲、周期性加载或随机加载等。

根据实际情况，选择合适的激励方式，并为其定义参数，例如加载时间、幅度和频率等。

4. 设置分析类型：在ANSYS中，可以选择不同的分析类型来进行颤振时程分析。

其中一种常用的方法是模态超级位置法（Modal Superposition Method）。

这种方法假设结构响应是由若干模态形式的振动叠加而成，通过对结构模态进行线性叠加，得到结构响应。

5.求解：在ANSYS中，通过设置分析类型、加载条件和求解器等参数，进行求解。

求解过程将获得结构的时程响应结果。

该结果包括结构的位移、速度和加速度等。

6.结果分析：在求解完成后，可以使用ANSYS提供的后处理工具来分析结果。

可以绘制结构的位移、速度和加速度随时间变化的曲线。

可以评估颤振时程分析的结果是否满足设计要求，如结构是否出现颤振现象。

总之，在ANSYS中实现颤振时程分析需要依次完成模型定义、物理属性设置、颤振激励定义、分析类型选择、求解和结果分析等步骤。

通过这些步骤，我们可以研究结构在外部激励下的颤振行为，为结构设计和优化提供有价值的信息。

第27卷　第9期计　算　机　仿　真2010年9月 文章编号:1006-9348(2010)09-0088-04基于A N S Y S/C F X耦合的机翼颤振分析卢学成,叶正寅,张陈安(西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国防科技重点实验室,陕西西安710072)摘要:在飞行器飞行气动特性的研究中,为避免传统方法进行颤振点预测时的“准模态”假设,能够更加准确地仿真机翼在流场中的真实运动情况,根据C F D/C S D一体化设计思想,采用了A N S Y S/C F X紧耦合算法,对国际标准气动弹性模型A G A R D445.6机翼作了颤振分析,验证性地研究了亚音速和跨音速颤振机理,将仿真计算结果和实验数据进行了比较。

表明耦合计算所得的颤振速度和颤振频率和实验值吻合,在亚音速阶段,机翼颤振主要是机翼的弯曲扭转耦合运动引起,而跨音速阶段则主要是机翼的弯曲运动的不稳定性引起,与理论定性分析得到的结果一致,证明A N S Y S/C F X全耦合的应用为求解非线性流固耦合问题提供了有效的方法。

关键词:弹性变形;颤振;强耦合;流固耦合中图分类号:V211.47 文献标识码:AAC o u p l e dA N S Y S/C F XMe t h o dF o r T h e A G A R D445.6Wi n g F l u t t e r C a l c u l a t i o nL UX u e-c h e n g,Y EZ h e n g-y i n,Z H A N GC h e n-a n(N a t i o n a l K e y L a b o r a t o r y o f A e r o d y n a m i c D e s i g na n dR e s e a r c h,N o r t h w e s t e r nP o l y t e c h n i c a lU n i v e r s i t y,X i'a nS h a n x i710072,C h i n a.)A B S T R A C T:I no r d e r t o a v o i d t h e“q u s i-m o d e”a s s u m p t i o n f o r t h e w i n g f l u t t e r p r e d i c t i o n,a C o u p l e d A N S Y S/C F Xm e t h o d i s e m p l o y e df o r t h e A G A R D445.6w i n g f l u t t e r c a l c u l a t i o n a n d i n v e s t i g a t i o n o f t h e d i f f e r e n t f l u t t e r m e c h a n i s m si nt h es u b s o n i c a n dt r a n s o n i c r e g i o n s.T h e s i m u l a t i o n r e s u l t s,b o t hi nf l u t t e r f r e q u e n c y a n df l u t t e r s p e e d a r ei ng o o da g r e e m e n t w i t h e x p e r i m e n t s.F i n a l a n a l y s i s s h o w st h a t t h ef l u t t e r m o t i o ni nt h e s ub s o n ic r e g i o ni s c h a r a c t e r i z e da sc l a s s i c a l f l u t t e r w i t h a c o m b i n a t i o no f t h e w i n g-b e nd i n g a n d w i n g-t o r s i o n m o t i o n,w h i le t h e t r a n s o n i cf l u t t e r i s c h a r-a c t e r i z e da s ab e n d i n g m o t i o ni n s t a b i l i t y.I t a l s o s h o w s t h a t t h ec o u p l i n g m e t h od i s re l i a b l e t o s o l v e n o n l i n e a rf l u i d-s t r u c t u r ei n t e r a c t i o n(F S I)p r o b l e m s.K E Y WO R D S:A e r o e l a s t i c i t y;F l u t t e r;S t r o n g-c o u p l e d;F S I1　引言颤振是飞行器飞行时常见的一种气动弹性现象,它对飞行器的破坏是灾难性的。

基于ANSYS平台的桥梁时域颤振阶跃函数算法卿前志;张志田;肖玮;朱明坤【摘要】结合断面的颤振导数,采用阶跃函数对桥梁断面自激力进行模拟,并对模拟准确性进行了分析与校核；推导出时域颤振动力有限元分析中自激力的递推表达式.基于阶跃函数拟合气动力,利用APDL语言在ANSYS中实现了颤振时域分析；以一简支梁为例,介绍了在ANSYS中实现颤振时程分析的过程.数值算例计算结果和相关文献报道基本一致.研究表明:利用ANSYS的二次开发平台进行桥梁气动稳定性能的时域分析是可行的,该方法可提高桥梁颤振分析或颤抖振理论分析效率,降低自主开发大型软件过程中的算法错误或疏漏所带来的风险.%On the basis of sectional flutter derivatives, the indicia] functions are firstly adopted in this literature to simul the self-excited aerodynamic forces of bridge girder section, and, of which the simulation veracity is inspected. Then the cursive algorithm of bridge section self-excited aerodynamic forces, which is indispensable in the dynamic finite element nalysis procedure, is deduced. Based on simulated self-excited aerodynamic forces, the time-domain flutter analysis is chieved in ANSYS in virtue of the embedded APDL language wherein. At last, a numerical example - a simple suppor beam is selected to verify this method in time-domain using ANSYS software. Numerical example is in good accordance ?what reported in the listed references. What presented in this paper shows it is feasible to conduct the time-domain investi tion of aerodynamic stability of a bridge based on secondary development of the ANSYS program, which is capable of imp ving the efficiency of bridge flutter analysis or flutter-buffeting analysis,reducing the risk of algorithmic error or careless missions involved in self-developing large software.【期刊名称】《重庆交通大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(031)002【总页数】6页(P173-178)【关键词】阶跃函数;颤振;时域分析【作者】卿前志;张志田;肖玮;朱明坤【作者单位】湖南大学风工程试验研究中心,湖南长沙410082;上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司,上海200092;湖南大学风工程试验研究中心,湖南长沙410082;湖南大学风工程试验研究中心,湖南长沙410082;湖南大学风工程试验研究中心,湖南长沙410082【正文语种】中文【中图分类】TU311.3结构的颤振稳定性能是超大跨度桥梁设计中至关重要的控制因素之一。

98科技资讯 SC I EN C E & TE C HN O LO G Y I NF O R MA T IO N动力与电气工程近年来,世界各地发生了多次暴雨、山洪、泥石流、风害和地震等自然灾害,它对我们的建筑设施和人的生命造成了极大地危害[1]。

面对各种自然灾害,跟我们的生活和工作息息相关的铁塔结构也遭受了不同程度的损坏。

铁塔按其功能可以分为输电线路铁塔、电视转播铁塔、索道运输铁塔、钻探铁塔、微波通信铁塔、火箭发射铁塔、风力发电铁塔、起重铁塔、纪念铁塔等。

2008年春节期间,湖南省株洲等地遭受冰灾,23座输电铁塔严重损坏。

同年,遭受严重冰雪侵害的浙江省重灾区之一武义、琅琊两县共有18座输电铁塔受损倒塌,整个铁塔几乎完全损坏,所有看似坚固的铁塔角钢无一例外被扭曲。

地震中,位于西安南郊两部平臂塔吊的平衡臂都已折断,吊臂上翘70～76度,塔帽也已损坏。

2011年日本发生8.8级强烈地震引发海啸,震中位于宫城县以东太平洋海域,震源深度10公里,东京铁塔在地震中弯曲。

2013年新疆石河子垦区遭遇大风降雨天气,当天最大风力达到七级大风,在强风暴雨的袭击下,位于石河子一四四团的110千伏钟桃线的电力铁塔被拦腰折断。

本文针对输电铁塔结构,研究地震载荷作用下的振动情况,为进一步的铁塔结构的设计和振动控制提供参考。

1 有限元模型的构建及模态分析本文研究是某直线输电塔,铁塔采用基于A N S Y S 的铁塔结构振动分析①徐福英 许可芳 雒晓兵*(兰州交通大学博文学院 甘肃兰州 730101)摘 要:塔结构作为一种常见的高耸建筑,已在现代社会各个领域广泛应用。

塔结构涉及到了材料力学、结构力学、土壤学和地质学等方面,其材质有木材、砖石和金属等材料,因其结构特点塔结构对地震、风载、冰雪等载荷十分敏感。

近年来,世界各地发生多起输电塔,起重塔吊和通信铁塔等塔结构破坏事件,不仅对人们的生命财产造成了重大的危害,也对社会经济带来了巨大的损失。

基于ANSYS的共振频率分析及实验研究
张语晗;王世鹏;鲁妮;王雨思;李书光;王龙
【期刊名称】《大学物理实验》
【年(卷),期】2018(031)002
【摘要】由共振法测量杨氏模量的实验思想,采用有限元分析软件ANSYS14.0对铜质细长棒进行了模态分析及谐响应分析,获得了前三阶振动模态的共振频率及振型;通过施加载荷后的谐响应曲线,获得前三阶共振峰,将数值仿真结果与理论求解及实验结果进行对比,结果是一致的.
【总页数】4页(P18-21)
【作者】张语晗;王世鹏;鲁妮;王雨思;李书光;王龙
【作者单位】中国石油大学,山东青岛 266580;中国石油大学,山东青岛 266580;中国石油大学,山东青岛 266580;中国石油大学,山东青岛 266580;中国石油大学,山东青岛 266580;中国石油大学,山东青岛 266580
【正文语种】中文
【中图分类】O4-34
【相关文献】
1.大口径反射镜的ANSYS有限元分析及实验研究 [J], 熊召;袁晓东;刘青安;唐灿;程晓锋
2.纵向振子共振频率的理论和实验研究（2） [J], 兰军
3.基于ANSYS的镁合金切削温度场的有限元分析及实验研究 [J], 张群威;陈桂华
4.固有频率与共振频率影响因素及实验研究 [J], 张枫茁;顾吉林;李欣阳;杨青;王震
5.基于ANSYS的自动扶梯桁架结构分析及实验研究 [J], 杨天玲;朱道林;张海波;黄金永
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基于ANSYS的颤振频域分析方法颤振是一种常见的现象，指的是机械结构在特定工况下发生的自激振动。

颤振不仅会对结构的安全性和可靠性产生影响，还会对工作环境和生产造成一定的干扰。

因此，对于颤振问题的分析和解决具有重要意义。

颤振频域分析是一种常用的方法，用于预估和解决颤振问题。

ANSYS软件是一种广泛使用的有限元分析软件，具有强大的计算能力和灵活的模拟功能，可以应用于颤振频域分析。

首先，在进行颤振频域分析前，需要对结构进行有限元建模，并定义结构的材料性质、边界条件和加载条件。

然后，可以通过ANSYS软件进行模态分析，计算出机械结构的固有频率和模态形态。

这些模态振型是解决颤振问题的关键，可以用于判断结构在不同频率下的振动特性以及频域范围。

接下来，进行颤振频域分析时，可以利用ANSYS软件的谐波分析功能。

谐波分析是一种通过施加周期性加载来刺激结构，计算结构在不同频率下的响应的方法。

对于颤振问题，可以选择特定的频率范围进行谐波分析，以确定结构的共振点和振动模式。

在进行颤振频域分析时，还可以考虑结构的非线性特性。

结构的非线性特性可能会导致颤振问题的不稳定性，因此在频域分析中对非线性特性进行精确建模是十分重要的。

ANSYS软件提供了多种非线性材料模型和非线性接触建模方法，可以帮助工程师更准确地分析颤振问题。

最后，在进行颤振频域分析时，需要对结果进行评估和验证。

可以通过比较计算结果和实测结果，来验证颤振频域分析的准确性和可靠性。

如果计算结果和实测结果存在差异，就需要进一步优化结构设计或调整工况，以减小颤振问题的风险。

综上所述，基于ANSYS的颤振频域分析方法是一种常用的分析手段，可以帮助工程师预估和解决颤振问题。

通过建立合理的有限元模型，进行模态分析和谐波分析，考虑结构的非线性特性，并对结果进行评估和验证，可以更准确地了解和预防颤振问题的发生，从而提高机械结构的安全性和可靠性。

桥梁风致颤振分析以及在ANSYS中的实现
华旭刚;陈政清;祝志文
【期刊名称】《重庆交通大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2002(021)004
【摘要】首先简要介绍了桥梁风致颤振分析的多模态参与单参数搜索M-S法的基本理论以及ANSYS二次开发的几种方法,然后以Visual Fortran为二次开发平台,运用M-S法编写了在ANSYS中实现大跨度桥梁风致颤振分析的计算程序和相应的界面菜单程序.最后通过算例展示了在ANSYS中进行颤振分析的整个过程,其计算结果与大跨度桥梁空间静、动力分析程序NACS和风洞试验数据基本一致,说明了计算程序的可靠性.
【总页数】4页(P12-15)
【作者】华旭刚;陈政清;祝志文
【作者单位】中南大学土木建筑学院,湖南,长沙,410075;中南大学土木建筑学院,湖南,长沙,410075;中南大学土木建筑学院,湖南,长沙,410075
【正文语种】中文
【中图分类】TU328.3;U442.5+5
【相关文献】
1.风致静力扭角对桥梁颤振性能影响的节段模型试验研究 [J], 朱乐东;朱青;郭震山
2.基于ANSYS平台的桥梁时域颤振分析 [J], 卿前志
3.基于ANSYS二次开发的大跨度桥梁风致颤振分析 [J], 华旭刚;陈政清
4.大跨桥梁风致抖振时域分析及在ANSYS中的实现 [J], 曾宪武;韩大建
5.桥梁风致颤振临界状态的全域自动搜索法 [J], 华旭刚;陈政清
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