【技術(shù)篇】帶有張拉的繩索的振動(dòng)模態(tài)分析

2017-03-23  by:CAE仿真在線  來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

一條每單位長(zhǎng)度質(zhì)量為r的懸索兩端固定,由于受拉具有初始應(yīng)變 ,試確定此時(shí)懸索的應(yīng)力s以及所受的拉力F,并計(jì)算帶有張拉的懸索的前3階自由振動(dòng)頻率 =1,2,3;對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)分析。模型中的各項(xiàng)參數(shù)如表 7-3 所示,為與文獻(xiàn)結(jié)果進(jìn)行比較,這里采用了英制單位。

解答:計(jì)算模型如圖 7-3 所示。

這里選取足夠數(shù)量的單元以確保能夠充分體現(xiàn)動(dòng)態(tài)分析的特征。首先進(jìn)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(diǎn):

(1)定義分析類(lèi)型,選取單元、實(shí)常數(shù)和材料參數(shù);

(2)依據(jù)算例定義節(jié)點(diǎn)和單元,設(shè)置輸出選項(xiàng)和位移約束;

(3)采用初應(yīng)變來(lái)施加張力,

(4)為了在后續(xù)的模態(tài)分析中考慮預(yù)緊的初始張力,需在靜力分析與模態(tài)分析過(guò)程中,應(yīng)同時(shí)將預(yù)應(yīng)力效應(yīng)打開(kāi)< PSTRES,ON >;

(5)求解預(yù)應(yīng)力引起的應(yīng)力狀態(tài);

(6)提取計(jì)算結(jié)果,進(jìn)行模態(tài)分析;

(7)用命令< *GET >提取結(jié)果,對(duì)于一些線型單元(桿、梁、板),需要采用單元列表< ETABLE >來(lái)提取應(yīng)力。

最后將計(jì)算結(jié)果與參考文獻(xiàn)所給出的解析結(jié)果進(jìn)行比較,見(jiàn)表 7-4。

表 7-4 ANSYS 模型與文獻(xiàn)的解析結(jié)果的比較

給出的基于圖形界面的交互式操作(step by step)過(guò)程如下。

程序→ANSYS→ANSYS Interactive→Working directory(設(shè)置工作目錄 → Initial jobname(設(shè)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(hào)實(shí)常數(shù)), AREA: 306796E-8 (繩索截面積), ISTRN:543248E-8 → OK → Close (關(guān)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(guān)閉材料定義窗口

生成節(jié)點(diǎn)

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(diǎn)擊 1,14 號(hào) 節(jié)點(diǎn)→ OK → OK

生成元素

ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling → Create → Elements → Auto Numbered → Thru Nodes → 點(diǎn)擊 1,2 號(hào)節(jié)點(diǎn),生成第一個(gè)單元

ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling → Copy → Elements → Auto Numbered → 選擇第1個(gè)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(biāo)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(cè)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(hào)節(jié)點(diǎn) → OK→選擇 UX→ OK 刪除 2~13 號(hào)節(jié)點(diǎn)上的 UX 約束

ANSYS Main Menu:Solution→ Define Loads→delete→Structural → Displacement→ On Nodes 選擇 2~13號(hào)節(jié)點(diǎn)→OK→選擇 UY→ OK 刪除 2~13號(hào)節(jié)點(diǎn)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(jìn)入前處理

ANTYPE,STATIC !設(shè)置分析類(lèi)型為靜力結(jié)構(gòu)分析

PSTRES,ON !用于后面的模態(tài)分析中考慮預(yù)應(yīng)力(該開(kāi)關(guān)不影響靜力分析)

ET,1,LINK10 !選取單元類(lèi)型 1(單向桿單元)

KEYOPT,1,3,0 !設(shè)置僅承受拉應(yīng)力,KEYOPT(3)=0

R,1,306796E-8,543248E-8 !設(shè)置實(shí)常數(shù),包括繩索截面積(306796E-8),初始應(yīng)變(543248E-8)

MP,EX,1,30E6 !定義材料的彈性模量(1 號(hào)材料)

MP,DENS,1,73E-5 !定義材料的密度(1 號(hào)材料)

N,1 ! 定義第 1 號(hào)節(jié)點(diǎn)

N,14,100 ! 定義第 14 號(hào)節(jié)點(diǎn)

FILL ! 均分填滿(mǎn)第 2~13 號(hào)節(jié)點(diǎn)

E,1,2 !由節(jié)點(diǎn) 1 及節(jié)點(diǎn) 2 生成單元

EGEN,13,1,1 !依序復(fù)制生成 13 個(gè)單元

D,ALL,ALL ! 對(duì)所有節(jié)點(diǎn)施加固定約束

FINISH ! 前處理結(jié)束

/SOLU ! 進(jìn)入求解模塊,求解預(yù)應(yīng)力引起的應(yīng)力狀態(tài)

SOLVE ! 求解

FINISH ! 退出求解模塊

/POST1 ! 進(jìn)入一般的后處理

ETABLE,STRS,LS,1 !針對(duì) LINK10 單元,建立單元列表 STRS,通過(guò) LS 及特征號(hào) 1 來(lái)獲得單元的軸向

應(yīng)力

*GET,STRSS,ELEM,13,ETAB,STRS !針對(duì)單元列表 STRS, 提取 13 號(hào)單元的應(yīng)力

FINISH ! 后處理結(jié)束

/POST26 ! 進(jìn)入時(shí)間歷程后處理,處理支反力

RFORCE,2,1,F,X ! 提取 1 號(hào)節(jié)點(diǎn)上的 X 方向支反力,并存儲(chǔ)到 2 號(hào)變量中

STORE ! 存儲(chǔ)

*GET,FORCE,VARI,2,EXTREM,VMAX !將 2 號(hào)變量的最大值賦給參數(shù) FORCE

/SOLU ! 再次進(jìn)入求解模塊,模態(tài)分析

ANTYPE,MODAL ! 模態(tài)分析

MODOPT,SUBSP,3 ! 選擇子空間迭代法,求 3 階模態(tài)

MXPAND,3 ! 設(shè)定 3 階模態(tài)擴(kuò)展

PSTRES,ON ! 用于在模態(tài)分析中考慮預(yù)應(yīng)力(還需在前面的靜力分析中也同時(shí)打

開(kāi))

DDELE,2,UX,13 ! 刪除 2~13 號(hào)節(jié)點(diǎn)上的 UX 約束

DDELE,2,UY,13 !刪除 2~13 號(hào)節(jié)點(diǎn)上的 UY 約束

SOLVE !求解

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

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

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

*STATUS !列出所有參數(shù)的實(shí)際內(nèi)容

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