【技術篇】帶有張拉的繩索的振動模態分析

2017-03-23  by:CAE仿真在線  來源:互聯網

一條每單位長度質量為r的懸索兩端固定,由于受拉具有初始應變 ,試確定此時懸索的應力s以及所受的拉力F,并計算帶有張拉的懸索的前3階自由振動頻率 =1,2,3;對該系統進行模態分析。模型中的各項參數如表 7-3 所示,為與文獻結果進行比較,這里采用了英制單位。

解答:計算模型如圖 7-3 所示。

這里選取足夠數量的單元以確保能夠充分體現動態分析的特征。首先進行靜力分析,采用 3D 的單向桿單元(tension-only or compression-only spar elements:LINK10)。

建模的要點:

(1)定義分析類型,選取單元、實常數和材料參數;

(2)依據算例定義節點和單元,設置輸出選項和位移約束;

(3)采用初應變來施加張力,

(4)為了在后續的模態分析中考慮預緊的初始張力,需在靜力分析與模態分析過程中,應同時將預應力效應打開< PSTRES,ON >;

(5)求解預應力引起的應力狀態;

(6)提取計算結果,進行模態分析;

(7)用命令< *GET >提取結果,對于一些線型單元(桿、梁、板),需要采用單元列表< ETABLE >來提取應力。

最后將計算結果與參考文獻所給出的解析結果進行比較,見表 7-4。

表 7-4 ANSYS 模型與文獻的解析結果的比較

給出的基于圖形界面的交互式操作(step by step)過程如下。

程序→ANSYS→ANSYS Interactive→Working directory(設置工作目錄 → Initial jobname(設置工作文件名 String ):String →Run → OK

ANSYS Main Menu:Preferences… → Structural→ OK

ANSYS Main Menu:Preprocessor→ Element Type→ Add/Edit/Delete...→ Add… → Link:3DBilinear 10→OK(返回到 Element Types 窗口)→選擇 Type 1 LINK10 單擊 Options… →K3:Tension only→ OK → Close

ANSYS Main Menu: Preprocessor → Real Constants… → Add/Edit/Delete... →Add… → 選擇 Type 1 LINK10 → OK → Real Constants Set No. : 1(第 1 號實常數), AREA: 306796E-8 (繩索截面積), ISTRN:543248E-8 → OK → Close (關閉 Real Constants 窗口)

ANSYS Main Menu: Preprocessor→ Material Props → Material Models →Structural → Linear Elastic→ Isotropic:EX: 30e6→Note :確定→ OK ,Density (定義材料密度) → 輸入 DENS:73e-5, →OK →關閉材料定義窗口

生成節點

ANSYS Main Menu:Preprocessor → Modeling → Create → Nodes → In Active CS → Node number :1 ,X ,Y ,Z Location in active CS :0 ,0 ,0 Apply → Node number :14 ,X ,Y ,Z Locationin active CS :100 ,0 ,0 → OK

ANSYS Main Menu:Preprocessor → Modeling → Create → Nodes → Fill between Nds 點擊 1,14 號 節點→ OK → OK

生成元素

ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling → Create → Elements → Auto Numbered → Thru Nodes → 點擊 1,2 號節點,生成第一個單元

ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling → Copy → Elements → Auto Numbered → 選擇第1個元素 → OK → Total number of copies: 13 → OK

ANSYS Main Menu: Solution→ Define Loads→Apply → Structural→ Displacement On Nodes→Pick All→ OK → Lab2: All DOF(全約束)→ OK

ANSYS Main Menu: Solution → Analysis Type → New Analysis → Static →OK

ANSYS Main Menu: Solution → Analysis Type → Sol’n controls 在 Basic 標簽下選中 Calculate prestress effects → OK

ANSYS Main Menu:Solution → Solve → Current LS → OK → Yes

ANSYS Main Menu:General Postproc → Element Table → Define Table → Add… → Lab: STRS,Results data item: By sequence number, 右側框中選擇 LS,下面框中輸入 LS ,1 → OK → Close

ANSYS Utility Menu:Parameters → Get Scalar Data →分別選擇 Result data, Elem table data →OK Name of parameter to be defined: STRSS ; Element number N: 13 → OK

ANSYS Main Menu: TimeHist Postpro →Define Variables →Add → 選擇 Reaction forces →List of items: 1 →OK →Item,Comp Data item: Struct force FX → OK →close

ANSYS Main Menu: TimeHist Postpro →Store Data

ANSYS Utility Menu: Parameters → Get Scalar Data →分別選擇 Result data, Time-hist var’s →OK →Name of parameter to be defined: FORCE ; Variable number N: 2, Data to be retrieved: Maximum val Vmax→ OK

ANSYS Main Menu: Solution → Analysis Type → New Analysis → Modal → OK → Close(warning)

ANSYS Main Menu: Solution → Analysis Type → Analysis Options →[MODOPT] Block Lanczos, No. of modes to extract: 3 Expand mode shapes: Yes, No. of modes to expand:3 [PSTRES]: Yes → OK → OK

ANSYS Main Menu: Solution→ Define Loads→delete →Structural→ Displacement → On Nodes →選擇 2~13 號節點 → OK→選擇 UX→ OK 刪除 2~13 號節點上的 UX 約束

ANSYS Main Menu:Solution→ Define Loads→delete→Structural → Displacement→ On Nodes 選擇 2~13號節點→OK→選擇 UY→ OK 刪除 2~13號節點上的 UY 約束

ANSYS Main Menu:Solution → Solve→ Current LS→OK→ Yes

ANSYS Utility Menu: Parameters → Get Scalar Data →分別選擇 Result data, Modal results →OK→Name of parameter to be defined: FREQ1 ; Variable number N: 1 ,Data to be retrieved: Frequency FREQ→OK

ANSYS Utility Menu: Parameters → Get Scalar Data →分別選擇 Result data, Modal results →OK →Name of parameter to be defined: FREQ2 ; Variable number N: 2 ,Data to be retrieved: Frequency FREQ →OK

ANSYS Utility Menu: Parameters → Get Scalar Data →分別選擇 Result data, Modal results →OK →Name of parameter to be defined: FREQ3 ; Variable number N: 3 ,Data to be retrieved: Frequency FREQ →OK

ANSYS Utility Menu:List →Status →Parameters →All Parameters

ANSYS Utility Menu:File → Exit → Save Everything → OK

解答給出的命令流如下

/PREP7 !進入前處理

ANTYPE,STATIC !設置分析類型為靜力結構分析

PSTRES,ON !用于后面的模態分析中考慮預應力(該開關不影響靜力分析)

ET,1,LINK10 !選取單元類型 1(單向桿單元)

KEYOPT,1,3,0 !設置僅承受拉應力,KEYOPT(3)=0

R,1,306796E-8,543248E-8 !設置實常數,包括繩索截面積(306796E-8),初始應變(543248E-8)

MP,EX,1,30E6 !定義材料的彈性模量(1 號材料)

MP,DENS,1,73E-5 !定義材料的密度(1 號材料)

N,1 ! 定義第 1 號節點

N,14,100 ! 定義第 14 號節點

FILL ! 均分填滿第 2~13 號節點

E,1,2 !由節點 1 及節點 2 生成單元

EGEN,13,1,1 !依序復制生成 13 個單元

D,ALL,ALL ! 對所有節點施加固定約束

FINISH ! 前處理結束

/SOLU ! 進入求解模塊,求解預應力引起的應力狀態

SOLVE ! 求解

FINISH ! 退出求解模塊

/POST1 ! 進入一般的后處理

ETABLE,STRS,LS,1 !針對 LINK10 單元,建立單元列表 STRS,通過 LS 及特征號 1 來獲得單元的軸向

應力

*GET,STRSS,ELEM,13,ETAB,STRS !針對單元列表 STRS, 提取 13 號單元的應力

FINISH ! 后處理結束

/POST26 ! 進入時間歷程后處理,處理支反力

RFORCE,2,1,F,X ! 提取 1 號節點上的 X 方向支反力,并存儲到 2 號變量中

STORE ! 存儲

*GET,FORCE,VARI,2,EXTREM,VMAX !將 2 號變量的最大值賦給參數 FORCE

/SOLU ! 再次進入求解模塊,模態分析

ANTYPE,MODAL ! 模態分析

MODOPT,SUBSP,3 ! 選擇子空間迭代法,求 3 階模態

MXPAND,3 ! 設定 3 階模態擴展

PSTRES,ON ! 用于在模態分析中考慮預應力(還需在前面的靜力分析中也同時打

開)

DDELE,2,UX,13 ! 刪除 2~13 號節點上的 UX 約束

DDELE,2,UY,13 !刪除 2~13 號節點上的 UY 約束

SOLVE !求解

*GET,FREQ1,MODE,1,FREQ ! 提取第 1 階模態共振頻率,并賦值給參數 FREQ1

*GET,FREQ2,MODE,2,FREQ ! 提取第 2 階模態共振頻率,并賦值給參數 FREQ2

*GET,FREQ3,MODE,3,FREQ ! 提取第 3 階模態共振頻率,并賦值給參數 FREQ3

*STATUS !列出所有參數的實際內容

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