有限元模态分析实例.docx
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.
ANSYS模态分析实例
5.2ANSYS建模
该课题研究的弹性联轴器造型如下图5.2：
Ggrlo
□詈
ELi
图£2弹性联轴器
L联接柴油机大铁圈；2-橡胶膜片；4联接电动机小铁
在ANSYS中建立模型，先通过建立如5.2所式二分之一的剖面图，通过绕中轴线旋转建立模拟模型如下图5.3
图乂3ANSYS模型
5.3单元选择和网格划分
由于模型是三给实体模型，故考虑选择三维单元，模型中没有圆弧结构，用六面体单元划分网格不会产生不规则或者畸变的单元，使分析不能进行下去，所以采用六面体单元。经比较分析，决定采用六面体八结点单元S0LID185，用自由划分的方式划分模型实体。课题主要研究对象是联轴器中橡胶元件，在自由划分的时候，中间件2网格选择最小的网格，smartsize设置为1,两端铁圈的smartsize设置为6，网格划分后模型如图5.4。
ANSYSrr*idOs:
5.4边界约束
建立柱坐标系R-e-Z，如5-5所示，R为径间，Z为轴向
选择联轴器两个铁圈的端面，对其面上的节点进行坐标变换，变换到如图5.5所示的柱坐标系，约束节点R,Z方向的自由度，即节点只能绕Z轴线转
5.5联轴器模态分析
模态分析用于确定设计中的结构或者机器部件振动特性（固有频率和振型），也是瞬态变动力学分析和谐响应分析和谱分析的起点。
在模态分析中要注意：ANSYS模态分析是线性分析，任何非线性因素都会被忽略。因此在设置中间件2的材料属性时，选用elastic材料。
5.5.1联轴器材料的设置
材料参数设置如下表5-1：
表5.1材料参数设置
表5.1材料参数设置
铁圈1
中间件2
铁圈3
泊松比
0.3
0.4997
0.3
弹性模量Mpa
2E5
1.274E3
2E5
密度kg/m
7900
1000
7900
5.5.2联轴器振动特性的有限元计算结果及说明求解方法选择Damped方法，频率计算结果如表5-2，振型结果为图5.6：表5.2固有频率
SET
TEME/FREQ
LOAOSTEP
SUBSTEP
CUMULATIVE
1
40.199
1
1
1
1
73.632
1
2
2
3
132.42
1
3
3
4
197.34
1
4
4
DISPLACEKEirrANSYS
SUB=1PK?-AtJ?
JUL24Z0C513:27:33
ANSYSI>l3?LhC£：aEHT
顷€DKL-1.4192阶振型
DISTLACEWEirSTEAi
SUt・4ANSYS
JVL24：：：i
12;22：Z£
3阶振型DE£Fl^CE3!I!^r
SU3■=!：
Di1＞；-1,65；1；：
4阶振型图5$振型
（1）一阶振型
频率为40.199Hz，振型表现为大铁圈和中间件顺时针旋转（从小铁圈观察），小铁圈逆时针旋转。
（2）二阶振型
频率为73.632Hz,振型表现为大铁圈，中间件和小铁圈同时顺时针旋转（从小铁圈观察）。
（3）三阶振型
频率为132.42Hz，振型表现为大铁圈和小铁圈同时逆时针旋转（从小铁圈看），中间件顺时针旋转，由上图我们可以发现，在这个频率下是联轴器最容易发生断裂。
（4）四阶振型
频率为197.34Hz，振型表现为大铁圈，中间件和小铁圈同时逆时针旋转（从小铁圈观察）。
5.6联轴器瞬态动力学分析
为了简化计算方法和节省计算用时，首先对联轴器的模型进行简化。因为铁圈上的螺孔的存在会大大的影响计算的复杂程度和时间，但对计算结果的影响却微乎其微,所以决定建模时省略螺孔。简化后的模型网格划分后如下图5.7:
由于橡胶的特殊机械性能，在进行计算机模拟时，必需把非线性因素考虑进去。
5.6.1非线性分析的基本信息
ANSYS程序应用NR（牛顿-拉斐逊）法来求解非线性问题.在这种方法中，载荷分成一系列的载荷增量•载荷增量施加在几个载荷步•图5.8说明了非线性分析中的完全牛顿-拉斐逊迭代求法，共有2个载荷增量。
图58牛顿-拉斐逊法
在每次求解前，NR方法估算出残差矢量，这个矢量回复力(对应于单元应力的载荷)和所加载和的差值，程序然后使用不平
ANSYS模态分析实例
5.2ANSYS建模
该课题研究的弹性联轴器造型如下图5.2：
Ggrlo
□詈
ELi
图£2弹性联轴器
L联接柴油机大铁圈；2-橡胶膜片；4联接电动机小铁
在ANSYS中建立模型，先通过建立如5.2所式二分之一的剖面图，通过绕中轴线旋转建立模拟模型如下图5.3
图乂3ANSYS模型
5.3单元选择和网格划分
由于模型是三给实体模型，故考虑选择三维单元，模型中没有圆弧结构，用六面体单元划分网格不会产生不规则或者畸变的单元，使分析不能进行下去，所以采用六面体单元。经比较分析，决定采用六面体八结点单元S0LID185，用自由划分的方式划分模型实体。课题主要研究对象是联轴器中橡胶元件，在自由划分的时候，中间件2网格选择最小的网格，smartsize设置为1,两端铁圈的smartsize设置为6，网格划分后模型如图5.4。
ANSYSrr*idOs:
5.4边界约束
建立柱坐标系R-e-Z，如5-5所示，R为径间，Z为轴向
选择联轴器两个铁圈的端面，对其面上的节点进行坐标变换，变换到如图5.5所示的柱坐标系，约束节点R,Z方向的自由度，即节点只能绕Z轴线转
5.5联轴器模态分析
模态分析用于确定设计中的结构或者机器部件振动特性（固有频率和振型），也是瞬态变动力学分析和谐响应分析和谱分析的起点。
在模态分析中要注意：ANSYS模态分析是线性分析，任何非线性因素都会被忽略。因此在设置中间件2的材料属性时，选用elastic材料。
5.5.1联轴器材料的设置
材料参数设置如下表5-1：
表5.1材料参数设置
表5.1材料参数设置
铁圈1
中间件2
铁圈3
泊松比
0.3
0.4997
0.3
弹性模量Mpa
2E5
1.274E3
2E5
密度kg/m
7900
1000
7900
5.5.2联轴器振动特性的有限元计算结果及说明求解方法选择Damped方法，频率计算结果如表5-2，振型结果为图5.6：表5.2固有频率
SET
TEME/FREQ
LOAOSTEP
SUBSTEP
CUMULATIVE
1
40.199
1
1
1
1
73.632
1
2
2
3
132.42
1
3
3
4
197.34
1
4
4
DISPLACEKEirrANSYS
SUB=1PK?-AtJ?
JUL24Z0C513:27:33
ANSYSI>l3?LhC£：aEHT
顷€DKL-1.4192阶振型
DISTLACEWEirSTEAi
SUt・4ANSYS
JVL24：：：i
12;22：Z£
3阶振型DE£Fl^CE3!I!^r
SU3■=!：
Di1＞；-1,65；1；：
4阶振型图5$振型
（1）一阶振型
频率为40.199Hz，振型表现为大铁圈和中间件顺时针旋转（从小铁圈观察），小铁圈逆时针旋转。
（2）二阶振型
频率为73.632Hz,振型表现为大铁圈，中间件和小铁圈同时顺时针旋转（从小铁圈观察）。
（3）三阶振型
频率为132.42Hz，振型表现为大铁圈和小铁圈同时逆时针旋转（从小铁圈看），中间件顺时针旋转，由上图我们可以发现，在这个频率下是联轴器最容易发生断裂。
（4）四阶振型
频率为197.34Hz，振型表现为大铁圈，中间件和小铁圈同时逆时针旋转（从小铁圈观察）。
5.6联轴器瞬态动力学分析
为了简化计算方法和节省计算用时，首先对联轴器的模型进行简化。因为铁圈上的螺孔的存在会大大的影响计算的复杂程度和时间，但对计算结果的影响却微乎其微,所以决定建模时省略螺孔。简化后的模型网格划分后如下图5.7:
由于橡胶的特殊机械性能，在进行计算机模拟时，必需把非线性因素考虑进去。
5.6.1非线性分析的基本信息
ANSYS程序应用NR（牛顿-拉斐逊）法来求解非线性问题.在这种方法中，载荷分成一系列的载荷增量•载荷增量施加在几个载荷步•图5.8说明了非线性分析中的完全牛顿-拉斐逊迭代求法，共有2个载荷增量。
图58牛顿-拉斐逊法
在每次求解前，NR方法估算出残差矢量，这个矢量回复力(对应于单元应力的载荷)和所加载和的差值，程序然后使用不平
有限元模态分析实例
