ansys简介及转轴模态分析实例

一，ANSYS软件简介二，转子—轴承系统模态分析实例ANSYS有限元分析软件简介一、ANSYS发展简介ANSYS是在20世纪70年代由ANSYS公司开发的工程分析软件。它包括热、电、磁、流体和结构等诸多模块，现在已经广泛应用于航空、航天、电子、汽车、土木工程等各种领域，能够满足各行业有限元分析的需要，是当前使用最广泛，功能最强大的有限元软件。一、有限元分析典型步骤ANSYS可进行各种各样的分析，如线性、静态、非线性、瞬态分析等，无论哪种分析都有一套固定流程。ANSYS典型分析步骤（三个模块）:(1)前处理模块——建立有限元模型(2)分析计算模块——加载和求解(3)后处理模块——结果后处理和结果查看ANSYS主程序窗口ObjectiveANSYS六个窗口的总体功能输入输入ANSYS命令，所有输入的命令将在此窗口显示。主菜单包含ANSYS的主要功能，前处理、求解、后处理等。输出显示软件的文本输出。应用菜单包含例如文件管理、选择、显示控制、参数设置等功能.工具条将常用的命令制成工具条，方便调用.图形显示由ANSYS创建或传递到ANSYS的图形.典型分析过程1.创建有限元模型1）单元属性定义（单元类型、实常数、材料属性）2）创建或读入几何实体模型3）有限元网格划分2.施加载荷进行求解1）施加约束条件、载荷条件2）定义分析选项和求解控制3）定义载荷及载荷步选项4）求解solve3.后处理1）查看分析结果2）检验结果A1XYZ(1)前处理模块——建立有限元模型a建模前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型。用户除了可以用利用ANSYS自带的功能建模外，还可以用其他外部CAD软件建立模型，然后导入ANSYS中。（如solidworks、PRO/E等）实体模型b划分网格几何实体模型并不参与有限元分析.所有施加在几何实体边界上的载荷或约束必须最终传递到有限元模型上进行求解.由几何模型创建有限元模型的过程叫作网格划分几何实体模型有限元模型Meshing(2)分析计算模块——加载和求解分析模块包括结构分析、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合析。载荷包括边界条件和激励，实际上，ANSYS的功能就是分析有限元模型在不同激励以及不同边界条件下的响应。载荷分类ObjectiveANSYS中的载荷可分为:•自由度DOF-定义节点的自由度（DOF）值(结构分析_位移、热分析_温度等)•集中载荷Force-点载荷(结构分析_力、热分析_热导率)•面载荷Surfaceload-作用在表面的分布载荷(结构分析_压力、热分析_热对流等)•体积载荷Bodyload-作用在体积或场域内(热分析_体积膨胀、内生成热等)•惯性载荷Inertiaload-结构质量或惯性引起的载荷(重力、角速度)加载Objective可在实体模型或FEA模型(节点和单元)上加载.无论采取何种加载方式,ANSYS求解前都将载荷转化到有限元模型.因此,加载到实体的载荷将自动转化到其所属的节点或单元上。在关键点处约束实体模型沿线均布的压力在关键点加集中力在节点处约束FEA模型沿单元边界均布的压力在节点加集中力进入求解器后，首先要指定欲进行分析的分析类型，比如Static（静力分析）、Modal（模态分析）、Harmonic（谐响应分析）、Transient（瞬态分析）以及Spectrum（谱分析）等求解结果文件结果数据数据库求解器结果输入数据求解——模态分析什么是模态分析？模态分析是用来确定结构振动特性的一种技术——固有频率——振型——振型参数等模态分析是所有动力学分析类型的最基础的内容(3)后处理模块—结果处理和结果查看后处理是指检查并分析求解的结果的相关操作。是分析中最重要的环节之一。ANSYS有两个后处理器:•通用后处理器(POST1)——只能观看整个模型在某一时刻的结果。•时间历程后处理器(POST26)——可观看模型在不同时间的结果。结果表示方式后处理模块可将计算结果以多种方式显示出来：彩色等值线显示、矢量显示、立体切片显示等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。一、建模在分析之前要建立简化模型，模型建的正确与否直接决定了分析结果的可靠程度。转子—轴承—基础模型二，转子—轴承系统模态分析实例单元选择ANSYS的单元库中提供有超过150种的不同单元类型，每种单元类型有一个特定的编号和一个标识单元类型的前缀，如BEAM4。转轴——PIPE16单元PIPE16是一种轴单元，具有拉压、扭转和弯曲性能。集中质量（测速齿轮）——MASS21单元MASS21是质点单元，质点的质量和转动惯量以实常数形式定义。单元选择轴承支座——COMBI214COMBI214是弹簧阻尼单元，COMBI214由两个节点组成，每个节点有两个自由度，不考虑弯曲和扭转。单元有4个刚度系数Kxx,Kyy,Kxy,Kyx,（主刚度和交叉刚度）和4个阻尼系数Cxx,Cyy,Cxy,Cyx。COMBI214单元模拟滑动轴承力学模型转子——轴承实体模型二加载求解Objective施加约束：节点10，11为固定端(DOF=0)，轴上所有节点(UX=0)求解NewAnalysis新分析Modal模态分析Block分块矩阵法Solve求解CurrentLS当前载荷三结果处理各阶振型图；固有频率计算值；分析结论；振型图一阶振型振型图二阶振型振型图三阶振型结果分析固有频率计算值：（前四阶频率）Y方向X方向结果分析一阶固有频率随弹簧刚度变化曲线结果分析结果对比：理论计算值实验测得值ANSYS模拟值临界转速(rpm)578252005070固有频率(Hz)96.378684.5K=1e8K=1e6原因分析理论计算时取固定支撑，相当于弹簧刚度无限大，即K》1e8，此时固有频率值为95H左右。而实际支撑刚度大概在1e6左右。结论1，滑动轴承可简化为弹簧阻尼结构，刚度一般取；2,刚度的确定对计算结果影响较大；3，ANSYS模拟计算值与实际测量值可以得到很好的吻合。681010K致谢