基于Ansys固定弦自由振动驻波能量守恒数值模拟分析

基于ANSYS的位标器随机振动分析根据导引头力学环境试验的标准和要求，采用有限元分析软件ANSYS对导引头位标器的结构进行了模态分析和随机振动分析。

得出导引头位标器的振动特性以及其在随机振动条件下的响应。

并对模型在单轴独立加载和三轴同时加载条件下的随机振动响应进行了对比，为导引头的结构设计提供了参考。

标签：有限元；导引头；随机振动；ANSYS引言导引头工作的力学环境比较复杂，为了检验其在真实环境下的工作情况，保证其对环境的适应性和使用的可靠性，国家军用标准中规定军品必须进行一定的力学环境试验，随机振动试验是比较重要的一种。

因为振动是产品失效的主要环境因素之一，大多数振动环境是随机振动的[1]。

随机振动试验可以有效地暴露产品的早期故障，提高军品的使用可靠性。

在产品的设计和改进阶段一般需要对其进行随机振动分析，这样可以及早的找出产品的重要缺陷，对结构设计进行优化，避免生产浪费，缩短研制周期，降低成本。

随机振动分析也称功率谱密度分析（PSD），它属于一种定性分析。

功率谱密度是结构对随机动力载荷响应的概率统计，其原始数学模型是以概率理论为基础的，与其它分析不同，在力学上不是一个能够定量分析的问题，但即使这样，还是能够从PSD分析中获得一些定性的数据，如1σ或者3σ位移、速度、加速度以及单元的应力结果，这里的1σ和3σ响应值就是概率统计中正态分布下的均方根响应值小于该值的出现概率分别为68.27%和99.74%。

在产品的随机振动试验中，由于受振动试验设备条件的限制，一般是三个轴分别加载，但是产品在使用环境中可能三个轴方向上同时受到振动，因此，用ANSYS分析产品在三个轴向同时加载的情况下的响应有很大的意义。

1 建立有限元模型尽管ANSYS的建模技术日益强大，但是和专业的三维建模软件ProE相比，其效率还是相差很多。

并且几乎所有的几何模型都是在ProE中绘制的，因此，直接把ProE中的几何模型导入ANSYS中将大大提高建模效率。

A n s y s第13例弦的横向振动转子的固有频率分析(总33页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--第13例有预应力模态分析实例—弦的横向振动本例介绍了利用ANSYS进行有预应力模态分析的方法、步骤和过程，并使用解析解对有限元分析结果进行了验证。

有预应力模态分析分为两大步骤：首先进行结构静应力分析，并把静应力作为预应力施加在模型上；其次进行模态分析。

概述有预应力模态分析用于计算有预应力结构的固有频率和振型，例如，对高速旋转的锯片的分析。

除了首先要进行静力学分析把预应力施加到结构上外，有预应力模态分析的过程与普通的模态分析基本一致。

(1)建模并进行静力学分析。

当进行静力学分析时，预应力效果选项必须打开(PSTRES，ON)，关于集中质量的设置( LUMPM)必须与随后进行的有预应力模态分析一致。

静力学分析过程与普通的静力学分析完全一致。

(2)重新进入Solution，进行模态分析。

同样,预应力效果选项也必须打开(PSTRES，ON)。

另外，静力学分析中所生成的文件Jobname．EMAT和Jobname．ESAV必须都存在。

(3)扩展模态后在后处理器中查看它们。

问题描述及解析解图13-1所示为一被张紧的琴弦，已知琴弦的横截面面积A=10-6m2，长度L=1m，琴弦材料密度ρ=7800 kg/m3，张紧力T=2000 N，计算其固有频率。

根据振动学理论，琴弦的固有频率计算过程如下：琴弦单位长度的质量波速琴弦的第i阶固有频率按式(13-1)计算出琴弦的前10阶频率，如表13-1所示。

12345678910阶次频1266.率Hz分析步骤改变任务名拾取菜单Utility Menu→File→Change Jobname，弹出如图13-2所示的对话框，在“[/FILNAM]”文本框中输入EXAMPLE13，单击“OK”按钮。

图13-2 改变任务名对话框选择单元类型拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete，弹出如图13-3所示的对话框，单击“Add…”按钮，弹出如图13-4所示的对话框，在左侧列表中选“Structural Link”，在右侧列表中选“3D finit sta 180”，单击“OK”按钮，最后单击如图13-3所示对话框中的“Close”按钮。

基于ANSYS 的压气机叶轮振动特性有限元仿真分析*黄新忠赵俊生（中北大学机械工程与自动化学院，太原030051）Vibration characteristic simulation and analysis of compressorimpeller based on finite elementHUANG Xin-zhong ，ZHAO Jun-sheng（School of Mechanical Engineering and Automation ，North University of China ，Taiyuan 030051，China ）文章编号：1001-3997（2012）02-0012-02【摘要】车用涡轮增压器的压气机叶轮常常因为振动而导致破坏，对压气机叶轮进行模态分析是避免叶轮与激振频率发生共振的常用手段，能有效避免因发生共振而导致的叶轮破坏问题。

利用AN －SYS 软件，采用子结构分析方法对压气机叶轮的中低阶固有频率进行了数值仿真计算，获得了不同转速和不同节径时的频率，并根据计算结果绘制了Campbell 图，找出了与压气机叶轮固有频率产生共振的转速，为压气机叶轮的优化设计提供了依据，同时说明采用子结构分析的方法可以较精确地获得整体模型的低阶固有频率解。

关键词：压气机叶轮；振动特性；模态分析；子结构【Abstract 】The compressor impeller of the automotive turbocharger is often damaged by the vibration,while model analysis for the compressor impeller is a kind of common means to avoid resonance between theimpeller and natural frequency ，which can effectively avoid the damage caused by the resonance.Based on the software of ANSYS ，the mid and low order nature frequency was simulated and calculated by the method ofsubstructure ，and the frequency of different speed and different nodal diameter were obtained.In addition ，Campbell chart was drawn according to the results to find the resonance speed of the compressor impeller ，which provided reference for optimal design of the compressor impeller.At the same time ，the method of sub －structure was proved to be able to obtain accurately the low order natural frequency of whole model.Key words ：Compressor impeller ；Vibration characteristic ；Modal analysis ；Substructure中图分类号：TH16，TK421.8文献标识码：A＊来稿日期：2011-04-29＊基金项目：山西省高校科技项目资助项目（0805113）1引言随着人们对内燃机强化要求的不断提高，涡轮增压已被公认为内燃机技术的主要发展方向之一。

均匀直杆的子空间法模态阐发之五兆芳芳创作模态阐发用于确定设计结构或机械部件的振动特性(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阐发问题的起点，例如瞬态动力学阐发、谐响应阐发和谱阐发，其中模态阐发也是进行谱阐发或模态叠加法谐响应阐发或瞬态动力学阐发所必须的前期阐发进程.ANSYS的模态阐发可以对有预应力的结构进行模态阐发和循环对称结构模态阐发.前者有旋转的涡轮叶片等的模态阐发，后者则允许在成立一部分循环对称结构的模型来完成对整个结构的模态阐发.ANSYS提供的模态提取办法有: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，大多数阐发都可使用子空间法、分块法、缩减法.ANSYS的模态阐发是线形阐发，任何非线性特性，例如塑性、接触单元等，即便被定义了也将被疏忽.一个典型的模态阐发进程主要包含建模、模态求解、扩展模态以及不雅察结果四个步调.(1).建模模态阐发的建模进程与其他阐发类型的建模进程是类似的，主要包含定义单元类型、单元实常数、资料性质、成立几何模型以及划分有限元网格等根本步调.(2).施加载荷和求解包含指定阐发类型、指定阐发选项、施加约束、设置载荷选项，并进行固有频率的求解等.指定阐发类型，Main Menu- Solution-Analysis Type-New Analysis,选择Modal.指定阐发选项，Main Menu-Solution-Analysis Type-Analysis Options，选择MODOPT(模态提取办法〕，设置模态提取数量MXPAND.定义主自由度，仅缩减法使用.施加约束，Main Menu-Solution-Define Loads-Apply-Structural-Displacement.求解，Main Menu-Solution-Solve-Current LS.(3).扩展模态如果要在POSTI中不雅察结果，必须先扩展模态，行将振型写入结果文件.进程包含重新进入求解器、激话扩展处理及其选项、指定载荷步选项、扩展处理等.激活扩展处理及其选项，Main Menu-Solution-Load StepOpts-Expansionpass-Single Expand-Expand modes.指定载荷步选项.扩展处理，Main Menu-solution-Solve-Current LS.注意:扩展模态可以如前述办法单独进行，也可以在施加载荷和求解阶段同时进行.本例即采取了前面的办法(4).查抄结果模态阐发的结果包含结构的频率、振型、相对应力和力等实例1均匀直杆的模态阐发图8-1所示为一根长度为L 的等截面直杆，一端固定，一端自由.己知杆资料的弹性模量E=2×1011 N/m 2护，密度p=7800 kg/m 3的固有频率.按照振动学理论，假定直杆均匀伸缩，如图8-1所示等截面直杆纵向振动第i 阶固有频率为ωi =L i 2)12(π-ρE rad/s (i=1,2…)将角频率ωi 转化为周频率f ，并将已知参数代入，可得 f i =πω2i =L i 412-ρE =1.0412⨯-i 780010211⨯=12659（2i-1） Hz(8-1)按式(8-1)计较出直杆的前5阶频率，列表如表8-1所示.拾取菜单Utility Menu-File-Change Jobname 弹出如图8-2所示的对话框，在"[/FILNAM] "文本框中输入EXAMPLE8,单击“OK"按钮.拾取菜单Main M--Preprocessor-Element Type-Add/Edit/Delete,弹出对话框，单击"Add"按钮:弹出对话框，在左侧列表中选择"StructuralSolid"，在右侧列表中选择"Brick 20node 186",单击"OK"按钮:单击对话框的“Close"按钮.拾取菜单Main Menu-Preprocessor--Material Props-Material Models.弹出对话框，在右侧列表中依次双击"Structural", "Linear", "Elastic", "Isotropic"，弹出对话框，在"EX"文本框中输入2e11(弹性模量).在"PRXY"文本框中输入0.3(泊松比).单击"OK"按钮:再双击右侧列表中"Structural"下"Density",弹出对话框，在"DENS"文本框中输入7800(密度)，单击"OK"按钮.然后对话框.拾取菜单Main Menu - Preprocessor –Modeling-Create- Volumes - Block – By Dimension.弹出对话框，在"X1,X2"文本框中输入0,0.01，在"Y1,Y2"文本框中输入0，0.01，在"Z1,Z2"文本框中输入0，0,1,单击"OK"按钮.拾取菜单Main Menu-Preprocessor-Meshing-MeshTool.弹出对话框，单击''Size. Controls''，区域中"Lines"后"Set"，按钮，弹出拾取窗口，任意拾取块x轴和y轴标的目的的边各一条(短边)，单击OK"按钮，弹出对话框, 在"NDIV"文本框中输入3，单击"Apply"按钮:再次弹出拾取窗口，拾取块z轴标的目的的边(长边)，单击"OK"按钮.在"NDIV"文木框中输入15,单击"OK"按钮.在Mesh区域，选择单元形状为"Hex"(六面体)，选择划分单元的办法为"Mapped"（映射）单击Mesh按钮，弹出拾取窗口，单击"OK"按钮.图1单元划分拾取菜单Main Menu--Solution-DefineLoads-Apply-Structural-Displacement-OnAreas弹出拾取窗口，拾取z=0的平面，单击"OK"按钮.弹出对话框，在列表中选择"UZ",单击"Apply"按钮;再次弹出拾取窗口，拾取y=0的平面，单击"OK"按钮，弹出对话框，在列表中选择"UY"，单击"Apply"按钮再次弹出拾取窗口，拾取x=0的平面，单击"OK"按钮，弹出对话框，在列表中选择"UX"，单击"OK"按钮.所加约束与图8-1不合.主要是为了与推导式(8-1)所作的轴向振动假定一致.约束施加的正确与否，对结构模态阐发的影响十分显著，因此对于该问题应十分注意，包管对模型施加的约束与实际情况尽量合适.拾取菜单Main Menu-Solution-Analysis Type-New Analysis.弹出对话框，选择"Type of Analysis"为"Modal",单击"OK"按钮.拾取菜单Main Menu-Solution-Analysis Type-Analysis Options.弹出对话框，在"No. of modes to extract"文本框中输入5，单击“OK"按钮:弹出"Block Lanczos Method",单击"OK"按钮.拾取菜单Main Menu-Solution-Load Step Opts-Expansionpass-Single Expand-Expand modes.弹出对话框，在"NMODE"文本框中输入5，单击"OK"按钮.拾取菜单Main Menu-Solution-Solve-Current LS.单击“Solve Current Load Step”对话框的“OK”按钮.出现“Solution is done!”提示时，求解结束，便可查抄结果了.图2求解结果拾取菜单Main Me-General Postproc-Results Summary.弹出窗口，列表中显示了模型的前5阶频率，与表8-1相对照，可以看出结果虽然存在一定的误差，但与解析解是根本合适的.查抄完毕后，封闭该窗口.拾取菜单Main Menu-General Postproc-Read Results-First Set.为便于更好地不雅察模型的模态.拾取菜单Utility Menu-PlotCtrls-Pan Zoom Rotate.在弹出的对话框中，单击“Left”按钮.拾取菜单Utility Menu-PlotCtrls-Animate-Mode Shape.弹出对话框，单击“OK”按钮.不雅察完毕，单击“Animation Controller”对话框的"close"按钮.拾取菜单Main Menu-General Postproc-Read Results-Next Set.依次将其余各阶模态的结果读入，然后重复步调15不雅察完模型的各阶模态后，请读者自行阐发频率结果产生误差的原因，并改良以上分析进程.5命令流/CLEAR/FILNAME, EXAMPLE8/PREP7ET,1,SOLID186MP,EX,1,2E11MP,DENS,1,7800LESIZE,1,,,3,,,3LESIZE,9,,,15MSHAPE,OMSHKEY,1VMESH,1FINISH/SOLUANTYPE,MODALMODOPT,LANB,5 MXPAND,5DA,1,UZDA,3,UYDA,5,UX SOLVESAVEFINISH/POST1SET，LIST SET,FIRST/VIEW,1,-1/REPLOTPLDI,,0SET,NEXTPLDI,,0FINISH。

基于ANSYS二次开发的水声换能器参数反演软件设计李涛;耿鹏飞;原晓娟;田杜养【摘要】设计了软件的主要工作流程和功能,研究了VS与ANSYS的接口技术、ANSYS宏封装技术,实现了ANSYS二次开发;通过弦截法完成了仿真声场与实测声场的匹配,实现了水声换能器参数反演功能,为水声换能器的设计与测试提供了理论依据与技术支持.【期刊名称】《数字技术与应用》【年(卷),期】2019(037)002【总页数】3页(P171-173)【关键词】ANSYS二次开发;弦截法;水声换能器;参数反演【作者】李涛;耿鹏飞;原晓娟;田杜养【作者单位】中船重工西安东仪科工集团有限公司,陕西西安 710072;中船重工西安东仪科工集团有限公司,陕西西安 710072;中船重工西安东仪科工集团有限公司,陕西西安 710072;中船重工西安东仪科工集团有限公司,陕西西安 710072【正文语种】中文【中图分类】TB5590 引言水声换能器研究涉及材料、电子、结构、机械等综合领域。

国内外分别从功能材料、几何机构、制作工艺等方面进行研究,以期提高换能器的性能[1]。

但是水声换能器的研制工艺复杂,建模难度大,分析数据量不足,而且在进行声场仿真时,有限元分析软件ANSYS [2]的熟练掌握也需要长时间的摸索。

在水声换能器的研制中由于制备工艺、测试技术等问题,会导致其仿真声场与实测声场存在差异。

本文以ANSYS的二次开发为基础[3-4],设计了一种换能器参数反演软件,给定的水声换能器的实测声场为匹配目标,通过迭代算法的应用,不断调整换能器的相关参数,使仿真声场在一定误差范围内与实测声场相匹配[5],分析水声换能器各个部件参数与实测声场之间的内在关联,以便为水声换能器及基阵的研制提供支持。

图1 软件工作流程1 软件设计软件将ANSYS的APDL和VS结合起来,利用前者参数化设计和后者友好交互界面的特点,共同进行ANSYS的二次开发。

软件以给定的水声换能器的实测声场参数为匹配目标,通过迭代算法不断调整换能器自身的相关参数,达到仿真声场在一定误差范围内与实测声场相匹配的目的。

基于ANSYS-Workbench15.0软件的船用LNG储罐模态分析张明松;李鹏;王勇【摘要】船用LNG储罐在设计时需要考虑储罐整体的自振频率,为了避免LNG船在航行时遇到特殊情况,引发LNG低温液体的剧烈晃动引起LNG储罐的共振,文中通过某船用LNG储罐工程实例为背景,以模态理论基础分析为出发点,利用ANSYS-Workbench软件对LNG储罐在空罐和满罐两种工况分别进行了合理建模和模态分析,提取了LNG储罐的各阶固有频率以及对应的振型.结果表明:两种状态下船用LNG储罐的固有频率都随着阶数的增长而逐渐上升,但上升的趋势逐步变慢;满罐状态下所对应阶数的固有频率大于空罐状态下对应阶数的固有频率,即液体的存在使得储罐的固有频率提高.为船用LNG储罐结构设计、后续动力学响应分析提供参考数据.【期刊名称】《机械工程师》【年(卷),期】2016(000)010【总页数】4页(P45-48)【关键词】LNG储罐;ANSYS-Workbench有限元;模态分析;动力学响应【作者】张明松;李鹏;王勇【作者单位】三峡大学机械与动力学院,湖北宜昌443002;三峡大学机械与动力学院,湖北宜昌443002;三峡大学机械与动力学院,湖北宜昌443002【正文语种】中文【中图分类】TP391.7LNG（液化天然气）是将开采的天然气净化冷却到-162℃而成的超低温液体，体积约占气态的l/600，同体积下重量约为水的45%［1］。

由于高效清洁的特点，越来越受到众多国家的依赖，需求量迅速增长。

随着我国能源结构的调整及LNG市场的不断发展，我国对天然气的需求量快速增长，LNG接收端将成为满足我国天然气市场的中流砥柱［2］。

为响应国家节能、减排号召，坚持可持续发展战略，我国多地已经开始大力投入LNG燃料船舶的项目，与此同时，提供LNG燃料的装置——LNG储罐的设计也带来了许多问题和挑战。

LNG船在正常运行过程中基本保持匀速行驶，在无风无浪过程中，LNG储罐振动幅度比较小，不会影响LNG船的安全运行，但在某些特殊的情况下（例如大风大浪，船紧急加速、减速，紧急舶岸）会引起里面LNG低温液体的晃动（有时会出现很剧烈的晃动），由此引发LNG储罐的剧烈晃动，若其振动的频率达到了储罐的固有频率，则会引发储罐共振导致LNG船失稳。