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ANSYS 动力分析 (6) - 对称结构的模态分析  

2010-09-15 07:42:04|  分类: ANSYS 动力分析 |  标签: |举报 |字号 订阅

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    如何进行对称模型的模态分析而你不会丢失模态?

    最简单的办法是:不管结构是否对称,都对整个结构建模、划分网格,然后执行模态分析。对于中小型结构,这是简单方便的办法,很值得提倡。但是对于大型结构,由于结构大,有限元模型也很大,求解模态的时间会很长,所需硬盘空间也很大,分析过程很容易出问题。如:由于计算时间太长,中途容易发生意外 - 断电、误操作 (特别是多人合用的情况);或是硬盘空间不够 (程序自动退出),等。对这种情况,如果结构具有对称性,可以考虑充分利用结构的对称性来减小模型的规模,加快求解的速度。如果结构具有一个对称面,利用对称性可以把模型的规模减小到原来的一半左右,计算时间可以减小到原来的 1/4 左右,占有硬盘至少减小到原来的一半,其效果是很可观的。

    但是,利用对称性来减小计算规模也有一些地方需要注意,否则很容易发生丢失模态的情况。

    对于只有一个对称面的情况,,需要计算两种工况才能保证不丢失模态:这两种工况分别是:

        对称面约束条件分别设置为对称条件和反对称条件;

    对于有两个对称面的情况,则必须分析四种工况才能保证不丢失模态:这四种工况分别是:

       两个对称面的约束条件为如下四种组合:  对称 + 对称;  对称 + 反对称;  反对称 + 对称;  反对称 + 反对称。

     下面通过一个例子说明这一点:

例题:一块板,边长 100 mm,厚度 5 mm,中心孔半径 10 mm

材料性能为: E = 21000 Mpa; μ= 0.3  ρ= 7.8e-9 Mpa

      模型:创建了 2 种模型:

    (1) 整个板为一个模型;

    (2) 考虑对称性,取 1/4 板计算。

      约束条件:

    (1) 板的外部边界: Uz Un 为零 (n 为边界在面内的法向)

         (2) 对称边界

1/4 模型有两个对称边界,分别取了 4 种组合情况:

  对称 对称;对称 反对称; 反对称 反对称; 反对称 对称

实际计算时,可以只取其中的 3 1/4 模型,或取全部 4 1/4 模型,以便进行比较。

      计算结果:

    见下表,其中给出了不同计算方法,前 30 个固有频率的的汇总结果:

      第一列为频率阶数;

      第二列为整个板模型的固有频率;

      第三列为取所有 4 1/4 模型的汇总结果;

      第四列为只取上面的前 3 1/4 模型的汇总结果。

  比较可见:

    取所有 4 1/4 模型和 4 种约束条件,结果与整个模型的结果完全一致。如果只取 3 1/4 模型和 3 种约束条件,结果只是丢失一些重复的频率,并没有实质性的区别。

 

结论:采用适当的对称模型和边界条件,不会丢失频率。

                           
                          ANSYS 模态分析 - 对称结构的模态分析 - htbbzzg - htbbzzg的博客
 

     建模和分析过程 (参考)

 

     1  Preferences 中,选择 Structural

     2  定义单元类型 – shell63

     3  定义实常数 厚度 5

     4  定义材料性能:

           E = 21000    μ= 0.3   ρ= 7.8e-9

     5  创建几何模型

     a.  创建一块方板  100 * 100,分割为 4 个小方块

     b.  在大方板中心创建一个半径 10 的实心圆

     c.  进行 Ovarlap 操作,然后删除中心园部分,生成小孔

     d.  为能够进行 MAP 划分网格,对有孔方板进一步切割

     6  生成有限元模型

     a.  设置默认网格属性

     b.  设置各边划分单元个数 (均为 8)

     c.  划分网格

     d.  设置约束条件

     7  分别选取整个方板,或 3 个或 4 1/4 模型,进行求解和查看计算结果

    

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