ANSYS应用练习——模态分析.doc

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1、高速旋转轮盘模态分析在进行高速旋转机械的转子系统动力设计时，需要对转动部件进行模态分析，求解出其固有频率和相应的模态振型。通过合理的设计使其工作转速尽量远离转子系统的固有频率。而对于高速部件，工作时因为受到离心力的影响，其固有频率跟静止时相比会有一定的变化。为此，在进行模态分析时需要考虑离心力的影响。我通过该例子学习到了如何用ANSYS进行有预应力的结构的模态分析。一．例子描述本例子是对某高速旋转轮盘进行考虑离心载荷引起的预应力的模态分析，求解出该轮盘的前10阶固有频率及其对应的模态振型。轮盘截面形状如图1所示，该轮盘安装在某转轴上以12000转/分的速度高速旋转。相关参数为：弹性模量

2、EX＝2.1E5Mpa，泊松比PRXY＝0.3，密度DENS＝7.8E-9T/mm3。图1、轮盘截面图1-5关键点坐标：1(-10,150,0>2(-10,140,0>3(-3,140,0>4(-4,55,0>5(-15,40,0>L=15RS=5二．Ansys求解的具体步骤1.启动ansys，定义工作名、工作标题①定义工作名：Exampleofdynamic②工作标题：dynamicanalysisofadisc2、选择单元类型本例将选用六面体结构实体单元来分析，但在建模过程中需要使用四边形平面单元，所有需要定义两种单元类型：PLANE42和SOLID45，设置完成后，如图2，在El

3、ementTypes(单元类型定义>对话框的列表框中将会列出刚定义的两种单元类型：PLANE42、SOLID45，图2、定义单元类型3、设置材料属性因为要进行的是考虑离心力引起的预应力作用下的轮盘的模态分析，材料的弹性模量EX和密度DENS必须定义。①定义材料的弹性模量EX弹性模量EX＝2.1E5泊松比PRXY＝0.3②定义材料的密度DENSDENS=7.8E-94、建立实体模型对于本实例的有限元模型，首先需要建立轮盘的截面几何模型，然后对其进行网格划分，最后通过截面的有限元网格扫描出整个轮盘的有限元模型。具体的操作过程如下。①创建关键点操作：②由关键点生成线的操作，见图3.③建立圆角

4、：④生成面：图3、生成线5、划分网络打开MeshTool①首先对全局进行设置。单击SizeControls(尺寸控制区>全局设置项(Global>的Set按钮，将弹出GlobalElementSizes单元尺寸全局设置对话框在对话框中输入ElementedgeLength(单元边长度>为6。②单击SizeControls(尺寸控制区>Lines(线设置项>的按钮，将弹出ElementSizeonPickedLines(在所选线上定义单元尺寸>的拾取对话框。用鼠标左键在图形输出窗口中拾取圆角对应的线。单击ok按钮，将弹出ElementSizeonPickedLines(在所选线上定义单元

5、尺寸>对话框，在对话框中输入No.ofelementdivisions(每条线将要分成的单元数>为1，设定圆角处对应的线只分一个单元。③对分网进行控制。在分网控制区的Mesh下拉框中选定分网类型为Area(面>，Shape(网格形状>设置为Quad(四边形>，分网方式设置为Free(自由分网>。④对面进行分网。在MeshTool(分网工具>对话框中单击Mesh按钮，将弹出MeshAeras(对面划分网格>拾取对话框。从图形输出窗口中拾取创建的面，单击ok按钮。完成网格划分。划分后的截面如图4。图4、单元格划分后的截面6、做出整个轮盘的有限元模型通过将面绕轴旋转成有限元实体模型的功能，将

6、前面建立的轮盘截面有限元网格，围绕定义的旋转轴扫掠成整个轮盘的实体有限元模型。具体的操作过程如下。①定义旋转轴。可以通过定义旋转轴所在轴线上的两个关键点来，指定旋转轴的位置。创建两个关键点100、200。关键点100：X,Y,Z位置分别为-10，0，0关键点200：X,Y,Z位置分别为10，0，0②设置单元生成选项打开ElementExtrusionOptions(单元挤出选项>对话框，在对话框中的Elementtypenumber(单元类型序号>下拉框中选择2号单元SOLID45。单元尺寸选项中的分割单元数

7、Cleararea(s>afterext(删除原始面>设置为Yes，在挤压的单元完成之后将删除原来的面以及其上的单元。单击ok按钮，完成对单元选项的设置。③绕轴旋转截面通过饶州旋转操作后，创建如图所示的整个盘的有限元模型图5以及网格形式图6。图5、实体模型图6、单元格划分后模型7.进行静力分析因为对轮盘模态的分析需要考虑离心力引起的应力对模态的影响，所以需要先对其进行静力分析，求解出离心力产生的应力，及其对刚度阵的影响，将结果写入数据库文件。有