基于ansys旋轉(zhuǎn)圓盤有限元分析

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1、基于ansys的旋轉(zhuǎn)圓盤的模態(tài)分析班級：12研5班學號：2012103117姓名：孟欣2013年6月23日7彈性力學與有限元分析河北聯(lián)合大學研究生學院基于ansys的旋轉(zhuǎn)圓盤的有限元分析學號：2012103117姓名：孟欣摘要：是廣泛應用于旋轉(zhuǎn)機械裝置中的基本結(jié)構(gòu)元件，圓盤在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下會表現(xiàn)出與低速或非旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下迥異的力學性能。本文簡要介紹了有限元法的基本思想、模態(tài)分析基本理論以及ANSYS模態(tài)分析的步驟。利用ANSYS對旋轉(zhuǎn)圓盤進行模態(tài)分析，得到相應的分析結(jié)果，為進一步研究提供了依據(jù)。關(guān)鍵字：有限元法；旋轉(zhuǎn)圓盤；ansys；模態(tài)分析一．引言1．有限元法概述有限元法是當

2、今解決工程問題和數(shù)學物理問題中應用最廣泛的數(shù)值計算方法，由于它具有對復雜幾何構(gòu)形的適應性，對各種物理問題的可應用性，建立在嚴格理論上的可靠性和適合計算機實現(xiàn)的高效性等特點，受到數(shù)學界和工程界的高度重視，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成為CAD和CAM的重要組成部分。有限元法的基本思想是：把一個連續(xù)的結(jié)構(gòu)化分成有限多個離散結(jié)構(gòu)彼此只在有限個節(jié)點處相互連接的、有限大小的單元組合體來研究，作為真實結(jié)構(gòu)的近似力學模型。以后所有的分析計算就在這個離散的結(jié)構(gòu)上進行。有限元法之所以能夠求解結(jié)構(gòu)任意復雜的問題，并且計算結(jié)果可靠、精度高，其中原因之一在于它具有豐富的單元庫，能夠適應于各種結(jié)構(gòu)的簡化，從而能夠非

3、常方便地用有限元模型來描述分析對象。2．ANSYS模態(tài)分析ANSYS軟件是一個融結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁、聲學于一體的大型通用有限元分析軟件，擁有豐富和完善的單元庫、材料模型庫和求解器，保證了它能高效地求解各類結(jié)構(gòu)問題，其良好的圖形界面和程序結(jié)構(gòu)，交互式的前后處理和圖形軟件，大大地減少了用戶在創(chuàng)建模型、有限元求解以及結(jié)果分析和評價中的工作量。ANSYS環(huán)境下的模態(tài)分析是一個線性分析。模態(tài)分析用于確定設計中的結(jié)構(gòu)或機器部件的振動特性，它是承受動態(tài)載荷結(jié)構(gòu)設計中的重要參數(shù)，為進一步改進結(jié)構(gòu)設計和深入研究提供理論依據(jù)。模態(tài)分析的主要作用有以下3點：一是使結(jié)構(gòu)避免共振或按特定頻率進行振

4、動；二是了解結(jié)構(gòu)對不同類型動力載荷的響應；三是有助于在其它動力學分析中估算求解控制參數(shù)。在很多場合，模態(tài)分析都起到舉足輕重的作用。二．ANSYS模態(tài)分析的具體步驟如下：)(1)建立有限元模型：①定義單元類型和材料屬性：在前處理中定義單元類型、單元實常數(shù)、材料性質(zhì)。7彈性力學與有限元分析河北聯(lián)合大學研究生學院②建立模型：在前處理中定義模型幾何性質(zhì)。(2)劃分網(wǎng)格：對模型進行網(wǎng)格劃分，生成節(jié)點和單元，得到最終的有限元模型。(3)施加約束和載荷：定義分析類型和分析選項，施加載荷，定義載荷步選項。(4)求解：進行有限元計算求解固有頻率。其中，ANSYS提供了7種模態(tài)分析的方法，分別

5、是子空間法(Subspaee)，分塊Lanezos方法(BlockLanezos)，PowerDynamics方法，縮減法(Reduced)，非對稱法(Unsymmetric)，阻尼法(Damped)，QR阻尼法(QRDamped)。(5)擴展模態(tài)：所謂的擴展模態(tài)就是將振型寫入結(jié)果文件，如果想在后處理中觀察到振型，就必須先進行模態(tài)擴展。(6)觀察結(jié)果：經(jīng)過模態(tài)擴展以后模態(tài)分析結(jié)果被寫入到結(jié)構(gòu)分析的結(jié)果文件中，其中包括：固有頻率、擴展模態(tài)形狀以及相對應力和力的分布。三．旋轉(zhuǎn)圓盤的模態(tài)分析實例1．建立旋轉(zhuǎn)圓盤的有限元模型旋轉(zhuǎn)圓盤的中心孔完全固定，對此圓盤進行模態(tài)分析。旋轉(zhuǎn)圓盤的

6、幾何屬性：圓盤邊緣半徑R=0.5，中心孔半徑R=0.05。旋轉(zhuǎn)圓盤的材料屬性：彈性模量E=2E11Pa，泊松比u=0.3，密度p=7.85E3kg/m3。旋轉(zhuǎn)圓盤的轉(zhuǎn)速：60rad/s。利用ansys對旋轉(zhuǎn)圓盤進行建模，ansys建模如圖1所示。圖1生成的圓環(huán)面結(jié)果圖2．網(wǎng)格的劃分網(wǎng)格劃分采用人工控制網(wǎng)格劃分，設置圓盤邊緣線的單元邊長為“20”。以自由網(wǎng)格劃分方式生成網(wǎng)格，如圖2所示。7彈性力學與有限元分析河北聯(lián)合大學研究生學院圖2網(wǎng)格結(jié)果圖3．對模型施加約束和載荷對模型中心孔施加約束，使其完全固定。對圓盤邊緣上施加慣性載荷，設置整個模型的角加速度為“60”，結(jié)果如圖3所示

7、。圖3約束結(jié)果圖4．有預應力的模態(tài)分析模態(tài)求解，采用BlockLanczos法，設置提取模態(tài)和擴展模態(tài)的數(shù)目為10，設置頻率范圍為0至100000，邊界約束條件為零位移約束。5．觀察結(jié)果（1）選擇MainMenu>GeneralPostproc>ResultSummary，列表顯示模型的前10階頻率，如圖4所示。7彈性力學與有限元分析河北聯(lián)合大學研究生學院圖4固有頻率列表（2）讀取第一階模態(tài)的計算結(jié)果，查看變形情況，選擇“Defundefedge”顯示變形后的幾何形狀和未變形的輪廓。如圖5所示。圖5第一階變形圖7彈