ansys谐响应分析

ANSYS谐响应分析ANSYS谐响应分析是一种常见的工程分析方法，适用于对结构、机械和电子系统的动态响应进行预测和优化。

在这种分析中，系统的响应将被建模为正弦或余弦函数的和，称为谐波。

通过分析系统在不同频率下的响应，可以确定系统的固有频率、振动模态和动态性能。

1.准备模型：首先，需要准备模型并进行几何建模。

这包括选择材料属性、定义边界条件和加载条件。

在谐响应分析中，通常使用静力加载来模拟系统振动的激励。

2.确定固有频率：在进行谐响应分析之前，需要确定系统的固有频率。

这可以通过进行模态分析来完成。

模态分析是一种分析方法，用于确定系统的固有频率和振型。

通过查看模态分析的结果，可以确定系统的响应频率范围。

3.设置谐振状态：在进行谐响应分析之前，需要明确要分析的振动频率范围。

这可以通过选择分析频率范围并设置振动荷载的频率来完成。

在ANSYS中，可以选择一个或多个分析频率，并设置载荷的相位和振幅。

4. 进行求解：在所有输入条件都设置好之后，可以开始运行谐响应分析。

在ANSYS中，可以使用ANSYS Mechanical或ANSYS Workbench等模块来进行求解。

系统的振动响应将在选择的频率范围内进行计算和分析。

5.结果分析：完成求解后，可以查看并分析计算结果。

ANSYS提供了丰富的后处理工具，用于可视化和分析分析结果。

可以查看系统的位移、速度、加速度和应力等响应结果，并通过其他参数来优化系统的设计。

谐响应分析在工程设计中具有重要的应用价值。

通过分析和优化系统的谐响应性能，可以改善结构的稳定性和可靠性。

例如，在建筑结构设计中，可以通过谐响应分析来确定楼层的固有频率和响应模态，从而减少振动和噪声的问题。

在机械系统设计中，可以通过谐响应分析来确定机械部件的振动模态，从而优化机械系统的可靠性和工作效率。

总之，ANSYS谐响应分析是一种重要的工程分析方法，可以用来预测和优化结构、机械和电子系统的动态响应。

谐响应分析可以通过ANSYS软件进行，通过明确振动频率范围和谐振状态，进行求解和结果分析，可以得到系统在不同频率下的振动响应和优化方案。

ANSYSWorkbench正弦响应分析之详细版这是 ANSYS 工程实战第 42 篇文章问题描述：正弦分析选用的项目模块为谐响应分析（Harmonic Response），这里对谐响应分析的关键知识点和正弦分析具体分析步骤和方法进行了详细介绍。

1. 谐响应分析理论介绍1.1 谐响应分析的定义谐响应分析是用于确定线性结构在承受一个或多个随时间按正弦（简谐）规律变化的载荷时稳态响应的一种技术。

1.2 谐响应分析的目的谐响应分析的目的是计算出结构在几种频率下的响应并得到一些响应值对频率的曲线（如位移对频率曲线），从这些曲线上可以找到“峰值”响应，并进一步考察频率对应的应力。

1.3 谐响应分析的输入条件谐响应分析的输入条件：相同频率的多种载荷。

1.4 谐响应分析的运算求解方法谐响应分析的运算求解方法包括完全法（Full）和模态叠加法(Mode Superposition)。

完全法是一种最简单的方法，不需要先进行模态分析，但求解更耗时，对于复杂结构，8核并行运算，一般计算时间在3h以上。

模态叠加法是 Workbench 谐响应计算的默认求解方法，从模态分析中叠加模态振型。

采用模态叠加法进行谐响应分析时，首先需要自动进行一次模态分析，虽然首先进行的是模态分析，但谐响应部分的求解仍然比完全法快的多。

一般对于复杂结构，8核并行运算，谐响应部分的计算时间小于0.5h。

2. 用完全法进行正弦分析的分析步骤及设置2.1 插入响应模块完全法进行正弦分析时直接将 Analysis Systems 下的 Harmonic Response 谐响应模块拉到项目管理区中或者直接引用项目管理区中模态分析的模型（Model），如图 1 所示。

图 1 插入响应模块2.2 三维模型导入及处理在 Inventor 软件中对行波管进行建模，经过模型干涉检查合格后，将建立好的模型生成stp 格式，导入到有限元软件ANSYS Workbench 中，行波管模型如图 2 所示，包括底板、包装件、电子枪、收集极和高频等组件。

模态叠加法谐响应分析Hypermesh中ET types：对于SOLID185单元，需设置单元选项K2=2，即采用增强应变公式方法。

这种方法可消除剪切锁定和体积锁定，虽然计算量较大，但可提高计算精度。

对于SOLID186单元，设置单元选项K2=1，即采用完全积分方法。

这种方法可消除沙漏模式，但应谨慎用于不可压缩材料（泊松比约为0.5）的模拟，否则可能导致体积锁定。

Hypermesh中Materials：一般单位采用mm,N,MPa,ton,s。

Material type：MP；Number of temp：1；在Material Prop：EX杨氏模量，NUXY泊松比，DENS密度，在C0栏中输入数值。

三维单元每个节点具有三个自由度，即三个平动自由度。

因此约束的时候只需约束dof1，dof2和dof3.Ansys：向ansys中导入.cdb文件以后，在菜单栏中Plot——Elements即可显示三维模型的单元。

谐响应分析师确定一个结构在已知频率的正弦（简谐）载荷作用下的响应特性的技术。

输入：已知大小和频率的谐载荷（力、压力和强迫位移）或同一频率的多种载荷、力和位移可以是同相或不同相的。

表面载荷和体载荷的相位角度可以指定为零。

输出：每一个自由度上的谐位移，通常和施加的载荷不同相，也可以是其他多种导出量例如应力和应变等。

模态叠加法（Modal Superpos’n）:从前面的模态分析中得到各模态，再对乘以系数的各模态求和，是三种方法中最快的，但是首先必须进行模态分析。

模态分析：1.Main Menu>Preference>Structural,在Discipline options中点选h-Method。

2.Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis点选Modal3.Main Menu>Solution>Analysis Type>Analysis Options一般选用Block lanczos方法。

ANSYS谐响应分析谐响应分析是用于确定线性结构在受正弦载荷作用时的稳态响应，目的是计算出结构在几种频率下的响应，并得到响应随频率变化的曲线。

其输入为已知大小和频率的谐波载荷（力、压力和强迫位移）；同一频率的多种载荷，可以是相同或不相同的。

其输出为每一个自由度上的谐位移，通常和施加的载荷不同；或其它多种导出量，例如应力和应变等。

谐响应分析能预测结构的持续动力特性，从而验证设计能否成功地克服共振、疲劳，以及其他受迫振动引起的不良影响。

同时，通过谐响应分析可以用来探测共振响应；可以确定一个给定的结构能否能经受住不同频率的各种正弦载荷（例如：以不同速度运行的发动机）。

谐响应分析有三种求解方法:完整法、缩减法及模态叠加法。

三种方法都有其相应的适用条件。

这里主要介绍模态叠加法。

模态叠加法是通过对模态分析得到的振型乘上因子并求和计算出结构的响应，是所有求解方法中最快的。

使用何种模态提取方法主要取决于模型大小和具体的应用场合。

模态叠加法可以使解按结构的固有频率聚集，可产生更平滑且更精确的响应曲线图，同时可以包含预应力效果。

（对于机械结构来看，预应力含义为预先使其产生应力，其好处是可以提高构造本身刚性，减少振动和弹性变形，改善受拉模块的弹性强度，提高结构的抗性。

）有预应力的谐响应分析可用缩减法和模态叠加法进行。

对于有预应力的谐响应分析，为了在模态叠加法谐响应分析中包含预应力效果，必须首先进行有预应力的模态分析。

在完成了有预应力模态分析后，就可以像一般的模态叠加法那样进行分析了。

而对于对于有预应力的模态分析，由于结构预应力会改变结构的刚性，因此预应力结构模态分析是结构设计中必须考虑的因素。

预应力模态分析步奏与常规模态分析大致相同，其差别在于:（1）先对造成预应力的外力进行静力分析；（2）在静力分析和模态求解中打开PSTRES，on命令，表示考虑了预应力效应。

模态叠加法进行谐响应分析的步骤如下：一、建模1）只能用线性的单元和材料，忽略各种非线性的性质。

ANSYS的谐响应分析§2.1谐响应分析的定义与应用任何持续的周期载荷将在结构系统中产生持续的周期响应（谐响应）。

谐响应分析是用于确定线性结构在承受随时间按正弦（简谐）规律变化的载荷时的稳态响应的一种技术。

分析的目的是计算出结构在几种频率下的响应并得到一些响应值（通常是位移）对频率的曲线。

从这些曲线上可以找到“峰值”响应，并进一步观察峰值频率对应的应力。

该技术只计算结构的稳态受迫振动，而不考虑发生在激励开始时的瞬态振动。

（见图1）。

谐响应分析使设计人员能预测结构的持续动力特性，从而使设计人员能够验证其设计能否成功地克服共振、疲劳，及其它受迫振动引起的有害效果。

图1（a）典型谐响应系统。

F0及ω已知，u0和Φ未知。

（b）结构的瞬态和稳态动力学响应。

谐响应分析是一种线性分析。

任何非线性特性，如塑性和接触（间隙）单元，即使定义了也将被忽略。

分析中可以包含非对称系统矩阵，如分析在流体─结构相互作用中问题（参见<<ANSYS耦合场分析指南>>的第5章）。

谐响应分析也可以分析有预应力结构，如小提琴的弦（假定简谐应力比预加的拉伸应力小得多）。

§2.2谐响应分析中用到的命令建模过程与执行谐响应分析可以使用其它类型分析相同的命令。

同样，无论进行何种类型的分析，均可以从用户图形界面（GUI）中选择等效的选项来建模和求解。

在后面的“谐响应分析实例（命令或批处理方式）”中，将会给出进行一个谐响应分析需要执行的命令（GUI方式或者批处理方式运行ANSYS时用到的）。

而“谐响应分析实例（GUI方式）”则描述了如何用ANSYS用户图形界面的菜单执行同样实例分析的过程。

（要了解如何用命令和用户图形界面进行建模，请参阅《ANSYS建模与网格指南》）。

《ANSYS命令参考手册》中有更为详细的ANSYS命令说明，它们是按字母顺序进行组织的。

§2.3三种求解方法谐响应分析可采用三种方法：完全法（Full）、缩减法（Reduced）、模态叠加法（Mode Superposition）。

* 谐响应分析的概述* 1谐响应分析的概念谐响应分析（Harmonic Response Analysis）用于确定线性结构在承受一个或多个随时间按正弦（简谐）规律变化的载荷时的稳态响应的一种技术，分析过程中只计算结构的稳态受迫振动，不考虑激振开始时的瞬态振动，谐响应分析的目的在于计算出结构在几种频率下得响应值（通常是位移）对频率的曲线，从这些曲线上可以找到“峰值”响应，并进一步考虑频率对应的应力。

从而使设计人员能预测结构的持续性动力特性，验证设计是否能克服共振、疲劳以及其他受迫振动引起的有害效果。

谐响应分析技术只计算结构的稳态受迫振动。

发生在激励开始时的瞬态振动不在谐响应分析中考虑。

谐响应分析是一种线性分析。

任何非线性特性，如塑性和接触单元，即使定义了也被忽略，但在分析中可以包含非对称系统矩阵。

谐响应分析同样也可分析有预应力的结构。

* 2谐响应分析的理论基础谐响应分析的基本运动方程为：(4-1)通用运动方程为：（4-2）简谐运动的分析方程为：（4-3）（4-4）其中：—激振力矩阵—刚度矩阵—质量矩阵—位移矩阵—载荷幅值—实部载荷—虚部载荷—载荷函数的相位角—位移幅值这里假设刚度矩阵、质量矩阵是定值，要求材料是线弹性的、使用最小位移理论（不包括非线性）、阻尼为、激振力（简谐载荷）为。

谐响应分析的输入条件包括：（1）已知幅值和频率的简谐载荷（力、压力和强迫位移）（2）简谐载荷可以是具有多种频率的多种载荷，力和位移可以相同或者不相同，但是压力分布载荷只能指定零相位角。

谐响应分析的输出结果分析包括：（1）每个自由度的谐响应位移，通常情况下谐响应位移和施加的载荷是不相同的。

（2）应力和应变等其它导出值。

* 3谐响应分析的求解基本方法（1）完整法(full)—为缺省方法，是最容易的方法；—使用完整的结构矩阵，且允许非对称矩阵（例如：声学矩阵）。

—允许定义各种类型的荷载；预应力选项不可用；（2）缩减法(reduced)—使用缩减矩阵，比完整法更快；—需要选择主自由度，据主自由度得到近似的 [M]矩阵和[C]矩阵。

§2.1谐响应分析的定义与应用任何持续的周期载荷将在结构系统中产生持续的周期响应（谐响应）。

谐响应分析是用于确定线性结构在承受随时间按正弦（简谐）规律变化的载荷时的稳态响应的一种技术。

分析的目的是计算出结构在几种频率下的响应并得到一些响应值（通常是位移）对频率的曲线。

从这些曲线上可以找到“峰值”响应，并进一步观察峰值频率对应的应力。

该技术只计算结构的稳态受迫振动，而不考虑发生在激励开始时的瞬态振动。

（见图1）。

谐响应分析使设计人员能预测结构的持续动力特性，从而使设计人员能够验证其设计能否成功地克服共振、疲劳，及其它受迫振动引起的有害效果。

图1（a）典型谐响应系统。

F0及ω已知，u0和Φ未知。

（b）结构的瞬态和稳态动力学响应。

谐响应分析是一种线性分析。

任何非线性特性，如塑性和接触（间隙）单元，即使定义了也将被忽略。

分析中可以包含非对称系统矩阵，如分析在流体─结构相互作用中问题（参见<<ANSYS耦合场分析指南>>的第5章）。

谐响应分析也可以分析有预应力结构，如小提琴的弦（假定简谐应力比预加的拉伸应力小得多）。

§2.2谐响应分析中用到的命令建模过程与执行谐响应分析可以使用其它类型分析相同的命令。

同样，无论进行何种类型的分析，均可以从用户图形界面（GUI）中选择等效的选项来建模和求解。

在后面的“谐响应分析实例（命令或批处理方式）”中，将会给出进行一个谐响应分析需要执行的命令（GUI方式或者批处理方式运行ANSYS时用到的）。

而“谐响应分析实例（GUI方式）”则描述了如何用ANSYS用户图形界面的菜单执行同样实例分析的过程。

（要了解如何用命令和用户图形界面进行建模，请参阅《ANSYS建模与网格指南》）。

《ANSYS命令参考手册》中有更为详细的ANSYS命令说明，它们是按字母顺序进行组织的。

§2.3三种求解方法谐响应分析可采用三种方法：完全法（Full）、缩减法（Reduced）、模态叠加法（Mode Superposition）。

谐响应分析步骤full（完全法）允许定义各种类型的荷载；预应力选项不可用；reduced（缩减法）可以考虑预应力；只能施加单元荷载（压力，温度等）modesuperpos'n（模态叠加法）通过对模态分析的道德振型（特征向量）乘以因子并求和来计算出结果的响应，可以包含预应力，可以考虑振型阻尼，不能施加非零位移1Full法步骤第1步：载入模型Plot>Volumes第2步：指定分析标题并设置分析范畴1设置标题等UtilityMenu>File>ChangeTitleUtilityMenu>File>ChangeJobnameUtilityMenu>File>ChangeDirectory2选取菜单途径MainMenu>Preference,单击Structure,#.击OK第3步：定义单元类型MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete,出现ElementTypes对话框，单击Add现LibraryofElementTypes对话框，选择StructuralSolid,再右滚动栏选择Brick20node95,然后单击OK,单击ElementTypes对话框中的Close按钮就完成这项设置了。

第4步：指定材料性能选取菜单途径MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModelso出现DefineMaterialModelBehavior对话框'在右侧Structura卜Linear>Elastic>lsotropic，指定材料的弹性模量和泊松系数,Structural>Density指定材料的密度，完成后退出即可。

第5步：划分网格选取菜单途径MainMenu>Preprocessor>Meshing>MeshTool,!l!现MeshTool对话框，一般采用只能划分网格，点击SmartSize,下面可选择网格的相对大小（太小的计算比较复杂，不一定能产生好的效果，一般做两三组进行比较），保留其他选项，单击Mesh出现MeshVolumes对话框，其他保持不变单击PickAll,完成网格划分。

ANSYS动⼒分析—谐响应分析（转载）…谐响应分析1.谐响应分析的定义：谐响应分析是⽤于确定线性结构在承受随时间按正弦（简谐）规律变化的载荷时稳态响应的⼀种技术。

分析的⽬的是计算结构在⼏种频率下的响应并得到⼀些响应值对频率的曲线。

该技术只计算结构的稳态受迫振动，不考虑结构发在激励开始时的瞬态振动。

谐响应分析使设计⼈员能预测结构的持续动⼒特性，从⽽使设计⼈员能够验证其设计是否能够克服，疲劳，共振，及其他受迫振动应起的有害效果。

谐响应分析是⼀种线性分析，⾮线性特性被忽略。

2.谐响应分析的求解⽅法。

full（完全法）reduced（缩减法）mode superpos'n(模态叠加法)full（完全法）允许定义各种类型的荷载；预应⼒选项不可⽤；reduced（缩减法）可以考虑预应⼒；只能施加单元荷载（压⼒，温度等）mode superpos'n(模态叠加法)通过对模态分析的道德振型（特征向量）乘以因⼦并求和来计算出结果的响应。

可以包含预应⼒，可以考虑振型阻尼，不能施加⾮零位移谐响应分析的基本步骤：完全法分析过程有3个主要步骤：建模，加载求解，结果后处理1.建⽴模型同样⾮线性⾏为将被忽略2.加载求解*指定分析类型为：harmonic*指定分析选项：包括solution method和dof printout format（解的输出形式）及use lumped mass approx？（质量矩阵形成⽅式）*在模型上加载：谐响应分析所加的载荷随时间按正弦规律变化。

指定⼀个完整的简谐荷载需要输⼊3条信息。

幅值(amplitude)、相位⾓(phase angle)、强制频率范围(forcing frequency range)注意：谐响应分析不能同时计算多个频率的荷载作⽤，但可以分别计算，后叠加。

*谐响应分析荷载步选项普通选项：number of substebs(谐响应节数⽬)，选择加载⽅式 stepped or ramped动⼒学选项：频率范围 frequence range ，阻尼(damping)输出控制选项：*开始求解3.观察结果缩减法谐响应分析步骤1.建模2.加载并得减缩解3.观察节缩解结果4.扩展解5.观察扩展的解结果与full法不同的是，要定义主⾃由度。