Radioss 有预应力的模态分析

Radioss 有预应力的模态分析

在ANSYS14.5与HyperMesh12.0联合仿真有限元分析中，介绍了有预应力的模态分析实例。如下图所示：

图1 有预应力的钢丝

钢丝半径r=0.125mm，

钢丝的材料特性：EX=2.1e5，u=0.3，dens=7.84e-9。

有限元建模内容简单，不赘述了。

一、ANSYS中的关键步骤：

边界条件：

（1）约束钢丝左端节点的UX、UY、UZ、ROTX、ROTY自由度，模拟左端铰支，并将约束载荷放置于constraints1载荷集中。

（2）约束钢丝右端节点的UY、UZ、ROTX、ROTY自由度，并将约束载荷放置于constraints2载荷集中。右端节点需要施加预紧拉力F1，故需要放开UX自由度。

（3）约束其余所有节点的UZ、ROTX、ROTY自由度，并将约束载荷放置于constraints3载荷集中。

（4）在钢丝右端节点施加拉力F1=30N，方向为X正向，并将载荷放置于force_x载荷集中。

创建静力分析载荷步：

在ANSYS页面中，利用load steps面板创建载荷步step1，包含constraints1、constraints2、constraints3和force_x

导出.cbd文件，导入ANSYS中进行静力学分析。

模态分析：

ANSYS中完成静力分析之后，必须借助ANSYS界面才能完成后续的模态分析。

修改边界条件及载荷。在HyperMesh中，已经约束钢丝右端节点的UY、UZ、ROTX、ROTY自由度。为模拟右端铰支，利用ANSYS添加该节点的UX自由度约束，并删除作用于该节点的拉力F1。

然后进行模态工况的定义，求解。

二、Raidoss中的关键步骤：

有限元建模部分很简单，不赘述。

边界条件的设置：

（1）利用load collects 创建载荷集constraints1、constraints2、force_x和eigrl。

（2）约束钢丝左端节点的UX、UY、UZ、ROTX、ROTY自由度，约束钢丝右端节点的UY、UZ、ROTX、ROTY自由度，并将约束载荷放置于constraints1载荷集中。

（3）约束钢丝左端节点和右端节点的UX、UY、UZ、ROTX、ROTY自由度，并将约束载荷放置于constraints2载荷集中。

（4）Analysis →loadsteps 创建一个静力学工况，name=fx，type选择linear static。SPC=选择constraints1。LOAD=选择force_x。

（5）然后再创建一个包含预应力的模态分析工况。name=mode，type选择normal modes，SPC=选择constraints2，METHOD(STRUCT)=选择eigrl，STATSUB(PRELOAD)=选择fx。

（6）然后进行求解。

（7）结果后处理

计算结果和ANSYS的一致。

预应力大变形模态分析到 PSTRES 和 SSTIF 的辨异

一，前言： 在ANSYS中有两个命令可以将预应力效应激活并考虑在求解方程计算中，但是他们是有区别，最近在论坛上出现很多的帖子讨论预应力大变形模态分析，但是好象大家对以上两个命令出现一定程度的混淆，本文结合例子对以上两个命令及相关问题做以阐释。不妥之处，欢迎高手批评指正 二，例子简单介绍： 借用网友的例子进行说明，下面简单介绍以下我们分析的问题。 实际的问题是两根拉索，通过圆钢管联系在一起成以下平面形状，拉索中通过施加应变yingbian=3.51e-3考虑索中的预应力。本文将对以下结构进行静力求解和模态求解。 三，静力求解结果分析： 本文采用以下四种不同的求解方式进行求解，并对结果进行分析： SOLUTION 1 小变形求解，不激活以上两个命令，使用以下命令流： Nlgeom,off Sstif,off Pstres,off Solv SOLUTION 2-1 小变形求解，激活Pstres命令，使用以下命令流： Nlgeom,off Pstres,on solv SOLUTION 2-2 大变形求解，激活Pstres命令，使用以下命令流： Nlgeom,on Pstres,on solv SOLUTION 2-2 大变形求解，激活SSTIF,on命令，使用以下命令流： Nlgeom,on Sstif,on solv 经过求解分别得到以下计算结果:以UX变形为例 结论：通过以上结果可见，PSTRES，ON 是不适合用于大变形分析，因为该命令不会激活△U的附加刚度矩阵。 四，命令辨析： 为从根本上阐明以上问题，我们先从两个命令的说明上进行对比，区分其中的不同之处。4-1PSTRES 命令 PSTRES, Key Specifies whether *1pstress effects are calculated or included. 注1，Pstres主要为激活预应力效应，注意和SSTIF使用目的的区别 Notes Specifies whether or not prestress effects are to be calculated or included. Prestress effects are calculated in a static or transient analysis for inclusion in a buckling, modal, harmonic (Method = FULL or REDUC), transient (Method = REDUC), or substructure generation analysis. If used in SOLUTION, this command is valid only*2within the first load step.

ANSYS WORKBENCH 11.0模态分析

ANSYS WORKBENCH 11.0培训教程（DS）

第五章模态分析

概述 ?在本章节主要介绍如何在Design Simulation中进行模态分析. 在Design Simulation中, 进行一个模态分析类似于一个线性分析. –假定用户已经对第四章的线性静态结构分析有了一定的学习了解. ?本节内容如下: –模态分析流程 –预应力模态分析流程 ?本节所介绍的这些性能通常能适用于ANSYS DesignSpace Entra licenses及更高的lisenses. –在本节讨论的一些选项可能需要更多的高级lisenses, 需要时会相应的标示出来. –谐响应和非线性静态结构分析在本节将不进行讨论.

模态分析基础 ?对于一个模态分析, 固有圆周频率ωi 和振型φi 都能从矩阵方程式里得到: 在某些假设条件下的结果与分析相关: –[K] 和[M] 是常量: ? 假设为线弹性材料特性 ?使用小挠度理论, 不包含非线性特性?[C] 不存在, 因此不包含阻尼 ?{F} 不存在, 因此假设结构没有激励 ? 根据物理方程, 结构可能不受约束(rigid-body modes present) ，或者部分/完全的被约束住 ?记住这些在Design Simulation 中进行模态分析的假设是非常重要的. [][](){}0 2=?i i M K φω

A. 模态分析过程 ?模态分析过程和一个线性静态结构分析过程非常相似, 因此这里不再详细的介绍每一操作步骤. 下面这些步骤里面，黄色斜体字体部分是模态分析所特有的. –建模 –设定材料属性 –定义接触对(假如存在) –划分网格(可选择) –施加载荷(假如存在的话) –需要使用Frequency Finder 结果 –设置Frequency Finder 选项 –求解 –查看结果

Ansys Workbench自由模态及预应力模态计算

Ansys Workbench 自由模态及预应力模态计算 模态计算是研究结构振动特性必不可少的，即分析结构的固有频率和振型，同时也是进行其他动力学分析的，如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析必不可少的。 结构固有频率只取决于系统本身的刚度和质量的比值，简单的单自由度弹簧质量系统的固有频率可表示为： m 2 1 2 K == π πωi i f ---i ω为系统圆周频率 ---K 为系统刚度 ---M 为系统质量 所以一般模态计算只需计算无阻尼固有频率即可，当需要谐响应分析联合计算考虑振动值时，需考虑阻尼的影响，下面利用Ansys Workbench 有限元计算软件求解结构自由模态和有预应力模态。 一、结构自由模态计算 1、打开软件，进入Ansys Workbench 操作平台，下图示， 选中左侧Modal 模块，双击或者鼠标左键按住拖动至右侧空白处 2、双击Engineering Date,编辑材料，如下图所示 点击左上角Engineering Date Sources

出现材料库文件夹，选择其中一种（此处选择General Materials），下面出现该材料库中包含材料名称，点击后面按钮，此时材料即可使用（此处选择Aluminum Alloy） 再次点击Engineering Date Sources即可退回下图，点左上角Engineering Date关闭按钮

3、CAD导入或者直接建立模型，此处直接导入solidworks建立好的模型 右键Geometry---Browse 弹出选择对话框，选择你所需的模型 （若Ansys worbench软件没有与CAD软件关联，可先将模型转化成中间格式） 4、双击Geometry，进入界面选中Import1，右键生成模型，或者直接按F5生成

ansys workbench模态分析

Workbench -Mechanical Introduction 第五章 模态分析

简介 Training Manual ?在这一章中，将介绍模态分析。进行模态分析类似线性静力分析。 –假设用户已学习了第4章线性静力结构分析部分。 ?本章内容: –模态分析步骤 –有预应力的模态分析步骤 ?本节所述的功能，一般适用于ANSYS DesignSpace Entra及以上版本的许可。

Training Manual 模态系统分析基础 ?对于模态分析，振动频率ωi 和模态φi 是根据下面的方程计算的出的： 2?假设: [][](){}0 =?i i M K φω–[K] 和[M] 不变: ?假设材料特性为线弹性的 ?利用小位移理论，并且不包括非线性的?不存在[C] ,因此无阻尼?无{F} , 因此无激振力 ? 结构可以强迫振动也可以不强迫振动 –模态{φ} 是相对值，不是绝对值

A.模态系统分析步骤 Training Manual ?模态分析与线性静态分析的过程非常相似，因此不对所有的步骤做详细介绍。用蓝色斜体字的步骤是针对模态分析的。 –附加几何模型 –设置材料属性 –定义接触区域(如果有的话) –定义网格控制(可选择) –定义分析类型 –加支撑(如果有的话) –求解频率测试结果 –设置频率测试选项 –求解 –查看结果

…几何体和质点 Training Manual ?模态分析支持各种几何体： 实体, 表面体和线体 –, ?可以使用质量点: ?质点在模态分析中只有质量（无硬度）。 质点在模态分析中只有质量（无硬度） ?质量点的存在会降低结构自由振动的频率。 ?材料属性: 杨氏模量,泊松比, 和密度是必需的。 密度是必需的

ABAQUS 预应力模态分析需要注意的地方

提问： 在第一个线性分析步施加载荷，第二个分析步提取频率！如果在第一个分析步中没有打开Nlgeom，则结果和没有施加预载荷的频率是一样的，说明预载荷并没有起作用。如果打开，则频率有所减小！ 回答： 因为几何非线性打开时，属于非线性算法，刚度矩阵是变化的，所以对后来提取的模态有影响。 几何非线性关闭时，加载是线性算法，刚度矩阵不更新，所以加载和不加载时刚度矩阵都一样，对后来的模态提取没有影响。 模态分析（线性摄动分析）在动力学方程中，其载荷列阵和阻尼矩阵为零，那么决定特征值的因素就只有刚度矩阵和质量矩阵了，刚度矩阵的组建和一般的静力学分析是类似的，边界条件的施加改变了自由状态时的刚度矩阵，我们知道在静力学分析中如果没有足够的边界条件就无法得出线性方程组的唯一解，但是在模态分析中不需要求解方程，只提取特征值，约束不足的情况下会得出零特征值，即是零模态或刚体模态。这样我们就明白了约束条件的施加是改变了频率的。 现在我们就讨论预载荷对频率的影响，如果在频率提取分析步是第一个分析步，那么刚度矩阵就基于初始条件下的，如果不是第一个分析步，前面有静力学分析，那么就基于前面分析结束时的刚度矩阵。而前面一个分析步可以是线性的或非线性的，如果前面一个分析步是线性的，那么它的刚度矩阵和初始时并没有发生变化，这也是我所问过的问题，为什么预载荷对频率没有产生影响。如果前面一个分析步是非线性的，那么频率提取使用的是上一个分析步结束时的刚度矩阵，预载荷就产生了影响。当打开了大变形开关，前一个分析步就视为非线性分析了，分析过程中其刚度矩阵随着迭代会发生变化，这样预载荷就对频率产生了影响。有人可能会担心打开大变形对静力学分析步产生偏差，不会的，任何静力学分析从严格意义上来讲都不是线性的，通常的线性静力学分析只是一种简化。所以这是可行的方法，当然如果前面的分析步包含有材料非线性或边界非线性，它们也会改变刚度矩阵，就没有必要再打开几何非线性了！ 由此我们就可以看出模态分析即固有频率的提取的本质和内涵了，它描述的是结构在一定的状态下的震动情况，与外载荷无关，而外载荷是改变其状态的因素，当状态改变了，固有频率也随之改变了！

预应力是否会对结构的固有频率产生影响

SimWe仿真论坛---(邀请注册)'s Archiver SimWe仿真论坛---(邀请注册)?I02：数学与力学科学?预应力是否会对结构的固有频率产生影响? 学界雏鹰发表于2009-7-3 17:30 预应力是否会对结构的固有频率产生影响? [i=s] 本帖最后由zsq-w 于2009-8-17 12:13 编辑[/i] [size=5] [font=宋体][size=5] 请问各位各位大师：预应力是否会对结构的固有频率产生影响？即结构在有预应力和无预应力的情况下，固有频率是否一样:funk: ？[/size][/font][/size] zsq-w发表于2009-7-4 09:53 显然不一样。 你可以想象一个受预拉力的简支梁，其刚度增大，所以固有频率增大。 sp60发表于2009-7-4 23:07 我做过实验 显然不一样～ lugy234发表于2009-7-30 18:15 想一下,一个弹簧被压缩一定距离后的固有频率会变吗? yzx088发表于2009-8-14 15:52 肯定不一样 iambadman发表于2009-8-15 00:52 我觉得不会。 因为如果系统没产生大的几个变形，刚度矩阵是不变的。 固有频率和力加载没关系，只和约束有关。 个人观点。 iambadman发表于2009-8-15 00:59

另外看到一个论文~~~~ 进行了5根预应力梁的动力试验,结果表明:预应力梁的固有频率随预应力的增加而增加,这与经典的轴力作用下各向同性材料梁的理论分析结果完全相反.为此,将预应力梁视为各向同性材料梁,采用IstOpt软件对试验数据进行拟合,得到梁频率计算时的刚度修正公式,并将频率计算结果与试验结果及相关文献上的三个修正公式的计算结果进行了对比分析,结果表明:提出的计算公式用于梁的一阶频率计算时,计算值与实测值误差较小,而且能较好地反映频率随预应力的变化趋势,比已有的修正公式更适用;计算梁的二阶频率时误差稍大,也具有一定的适用性;进行梁的三阶及以上频率的计算时存在较大误差,有待进一步的研究. iambadman发表于2009-8-15 01:07 我个人是觉得上面的论文是有问题的甚至是错误的。如果足够小的扰动，如果是线性系统，固有频率是不受影响的 jiguixiu发表于2009-8-15 14:00 预应力应该有的，因为单元的刚度是矩阵包括几何刚度矩阵和初应力矩阵的，初应力对结构的频率肯定是有影响的，你想想一个橡皮筋，拉紧和放松，频率能相同吗？ 有些软件可能没有考虑初应力矩阵对结构刚度的影响，或者有些是需要单独设定的是否考虑初应力对刚度的影响。 iambadman发表于2009-8-16 11:06 晕，我贴的一个论文被评分了，不是像样的论文啊，我只是贴一下，如果有误导，不是我本意啊，而且我也不认可这个论文的观点，只是表达这个可能大家看法不同，或者容易有不同（错误）意见。 我的观点是如果是线性范围内（弹性范围内），预应力部影响固有频率。 zsq-w发表于2009-8-16 14:10 [b] [url=https://www.wendangku.net/doc/d612073236.html,/redirect.php?goto=findpost&pid=1745646&ptid=887380]10 #[/url] [i]iambadman[/i] [/b] 评分仅针对你贴的资料了。 我以前在一本振动力学教材（现在记不清是谁编写的）上，明确说明了：预应力对结构的频率是有影响的。在一次《固体力学》的课堂上，我的一位老师也说过预应力对频率是有影响的。 如果手头有书的话，ls兄弟可查看下有没有说明。 iambadman发表于2009-8-16 18:36 谢谢楼上，我晚上去找找看。 phd9992000发表于2009-8-17 15:07

Radioss 有预应力的模态分析

Radioss 有预应力的模态分析 在ANSYS14.5与HyperMesh12.0联合仿真有限元分析中，介绍了有预应力的模态分析实例。如下图所示： 图1 有预应力的钢丝 钢丝半径r=0.125mm， 钢丝的材料特性：EX=2.1e5，u=0.3，dens=7.84e-9。 有限元建模内容简单，不赘述了。 一、ANSYS中的关键步骤： 边界条件： （1）约束钢丝左端节点的UX、UY、UZ、ROTX、ROTY自由度，模拟左端铰支，并将约束载荷放置于constraints1载荷集中。 （2）约束钢丝右端节点的UY、UZ、ROTX、ROTY自由度，并将约束载荷放置于constraints2载荷集中。右端节点需要施加预紧拉力F1，故需要放开UX自由度。 （3）约束其余所有节点的UZ、ROTX、ROTY自由度，并将约束载荷放置于constraints3载荷集中。 （4）在钢丝右端节点施加拉力F1=30N，方向为X正向，并将载荷放置于force_x载荷集中。 创建静力分析载荷步： 在ANSYS页面中，利用load steps面板创建载荷步step1，包含constraints1、constraints2、constraints3和force_x 导出.cbd文件，导入ANSYS中进行静力学分析。 模态分析： ANSYS中完成静力分析之后，必须借助ANSYS界面才能完成后续的模态分析。 修改边界条件及载荷。在HyperMesh中，已经约束钢丝右端节点的UY、UZ、ROTX、ROTY自由度。为模拟右端铰支，利用ANSYS添加该节点的UX自由度约束，并删除作用于该节点的拉力F1。 然后进行模态工况的定义，求解。

有预应力模态分析

有预应力情况的模态分析 有预应力模态分析用于计算有预应力结构的固有频率和模态，如旋转的涡轮叶片的模态分析。除了首先要通过进行静力分析把预应力加到结构上外，有预应力模态分析的过程和常规模态分析基本上一样： 1.建模并获取打开预应力效应［PSTRES,ON］的静力分析解。静力分析中的集中质量矩阵的设置［LUMPM］必须与随后的有预应力模态分析中的集中质量矩阵设置一致。“静力学分析”中描述了如何进行静力学分析。 2.重新进入求解器并获取模态分析解，注意打开预应力效应选项（再用一次命令PRSTES,ON）。另外，在静力学分析中生成的文件Jobname.EMA T和Jobname.ESA V必须都存在。 3.扩展模态并在后处理器中观察它们。 步骤1也可以是一个瞬态分析，但应当记住在需要的时间点保存.EMAT和.ESA V文件。 §1.11 大变形预应力模态分析 可以在大变形静力学分析后进行预应力模态分析，以便计算高度变形结构的固有频率和振型。除用PSOLVE命令而不是SOLVE命令执行模态分析求解，其他过程与有预应力模态分析过程一致，参见下面列出的简单命令流。另外，必须用UPCOORD命令修正坐标以得到正确的应力，使用EMATWRITE 命令指定写出File.EMAT 文件。 注意—该过程需要单元材料和上一次静力分析得到得单元载荷矢量（例如，压力、温度和加速度载荷）。如果( 利用命令LVSCALE ) 指定，这些载荷将传递给后续的模态叠加分析。!Initial,large deflection static analysis ! /PREP7 ... FINISH /SOLU ANTYPE,STATIC!Static analysis NLGEOM,ON!Large deflection analysis PSTRES,ON!Flag to calculate the prestress matrix EMATWRITE,YES!Write File.EMAT(input to PSOLVE step) ... SOLVE FINISH ! !Prestressed modal analysis ! /SOLU ANTYPE,MODAL!Modal analysis UPCOORD,1.0,ON!Add previous displ.to coordinates and then zero !the displacements PSTRES,ON!Prestress effects on MODOPT,...!Select eigensolver MXPAND,...!Specify number of modes to be expanded,if desired