谐响应分析总结36785.pdf

一 什么是谐响应分析？确定一个结构在已知频率的正弦（简谐）载荷作用下结构响应的技术。谐响应分析的局限性 1.所有载荷必须随时间按正弦变化 2.所有载荷必须有相同的频率 3.不允许有非线性特性 4.不计算瞬态效应 可以通过瞬态动力学分析来克服这些限制，即将简谐载荷表示为有时间历程的载 荷函数。二 输入：1.已知大小和频率的谐波载荷（力、压力和强迫位移）；2.同一频率的多种载荷，可以是同相或不同相的。三 输出：1.每一个自由度上的谐位移，通常和施加的载荷不同相；2.其它多种导出量，例如应力和应变等。四 谐响应分析用于设计：1.旋转设备（如压缩机、发动机、泵、涡轮机械等）的支座、固定装置和部件；2.受涡流（流体的漩涡运动）影响的结构，例如涡轮叶片、飞机机翼、桥和塔 等 五 为什么要作谐响应分析？1.确保一个给定的结构能经受住不同频率的各种正弦载荷（例如：以不同速度 运行的发动机）；2.探测共振响应，并在必要时避免其发生（例如：借助于阻尼器来避免共振）。六 谐波载荷的本性 1.在已知频率下正弦变化；2.相角 y 允许不同相的多个载荷同时作用，y 缺省值为零；3.施加的全部载荷都假设是简谐的，包括温度和重力。七 复位移 在下列情况下计算出的位移将是复数 1.具有阻尼 2.施加载荷是复数载荷（例如：虚部为非零的载荷）3.复位移滞后一个相位角 y（相对于某一个基准而言）4.可以用实部和虚部或振幅和相角的形式来查看 八 模型 1.只能用于线性单元和材料，忽略各种非线性；2.记住要输入密度；3.注意：如果 ALPX（热膨胀系数）和 DT 均不为零，就有可能不经意地包含了 简谐热载荷。为了避免这种事情发生，请将 ALPX 设置为零。如果参考温度TREF 与均匀节点温度TUNIF不一致，那么 DT 为非零值。九 施加谐波载荷并求解 1.所有施加的载荷以规定的频率（或频率范围）简谐地变化 2.载“荷”包括：位移约束-零或非零的 作用力 压强 注意：如果要施加重力和热载荷，它们也被当作简谐变化的载荷来考虑！十 规定谐波载荷时要包括：振幅和相角 频率 1.振幅和相角（1）载荷值（大小）代表振幅 Fmax（2）相角 f 是在两个或两个以上谐波载荷间的相位差，单一载荷不需要相角 f。（3）ANSYS 不能直接输入振幅和相角，而是规定实部和虚部分量；例如，施加两个简谐力 F1 和 F2，其相角相差 f:F1real=F1max（F1 的振幅）F1imag=0 F2real=F2maxcosfF2imag=F2maxsinf（4）可以使用 APDL 语言计算，但要确保角度单位为度（缺省为弧度）。2.频率 通过频率范围和在频率范围内的子步数量来规定每秒的循环次数（赫兹）；例如，在 0-50 频率范围内有 10 个子步时将给出在 5，10，15.45 和 50Hz 等频 率上的解；而同一频率范围只有一个子步时，则只给出 50Hz 频率上的解 十一 观看结果 分三步 post26 绘制结构上的特殊点处的位移-频率曲线 确定各临界频率和相应的相角 post1 观看整个结构在各临界频率和相角时的位移和应力 1.位移-频率关系曲线（1）首先定义 POST26 变量节点和单元数据表 用大于等于二的数据识别 变量 1 包含各频率，并是预先定义了的，所以我们只能从 2 开始定义。（2）定义变量 挑选可能发生最大变形的节点，然后选择自由度的方向；定义变量的列表被更新。（3）画变量关系曲线 2.确定各临界频率和相角（1）用图形显示最高振幅发生时的频率；（2）由于位移与施加的载荷不同步（如果存在阻尼的话），需要确定出现最大 振幅时的相角；要进行上述工作，首先要选择振幅+相位选项。然后用表列出变量。（3）下一步就是观看整个模型在该频率和相角下的位移和应力（使用 POST1）3.观看整个结构的结果（1）进入 P0ST1，且列出结果综述表，确定临界频率的载荷步和子步序号；十二 谐响应分析和瞬态响应分析 很多问题谐响应分析和瞬态响应分析都可以做，关键取决于你想得到的结果。1.一个是频响特性，一个是时域响应，有本质的不同 2谐响应分析是频率段扫描，也就是说分析它在一个频率范围内的响应，可以 得到在各个频率下的位移（或应力）响应。如果想做单一频率下的响应可以把子 步数设为 1。如在 0-50 频率范围内有 10 个子步时将给出在 5，10,15.45 和 50Hz 等频率上的解；而同一频率范围只有一个子步时，则只给出 50Hz 频率上 的解。3瞬态分析是时间历程分析，可以提取一个正弦周期时间段上变化的载荷。计 算出结构在这个时间段上的响应。用载荷函数表示正弦载荷加载就 ok 了。4.如果你想得到结构在频率段（或单一频率点）激励下的响应分布，可以用谐 响应分析（是在模态分析上的延伸，得到的结果和模态分析的结果类似，这时你 得不到在一个载荷作用周期内的位移或应力随时间的变化）。如果你想得到结构（或结构上某点）在载荷作用下位移（或应力）随时间变化可以用瞬态分析。十三 针对谐响应分析的问题 1.谐响应分析能显示应力。2.谐响应分析的多载荷叠加 首先这些载荷要是同频率的，叠加的其实是它们的振幅（载荷值）。如果相位差 为零，2 者数值直接相加。如果有相位差，则将其中 1 振幅表示为复数形式（也 就是向另一个方向上分解），具体见十。另外补充一下：可能有人认为简谐分析载荷就是正弦变化的，它的频率只有一个，为什么分析的 时候可能要输入一个频率段？可以这样举个例子说明：一个变频电机带动一个偏心轴，给一部件一正弦强制位移激励。变频电机转速变 化时，激励频率也随之变化。我们要求出临界频率（共振频率），所以要输入电 机的最高和最低转速（频率段）。二个载荷叠加的问题：系统中激励数量可能有多个，假如激励是变频电机，谐响应分析中要求他们转速 保持一致（频率保持一致），可以有相位差。本帖最后由 venture 于 2007-8-18 09:27 编辑 作者:ven ture 时间:2006-11-7 09:23 有关于谐响应分析的，大家可以来交流一下。看了好，斑竹来加个精 作者：sysh320 时间：2006-11-8 10:31 我也做过谐响应分析，你的总结确实挺有用的，呵呵 多谢提供个人心得！作者：ybs309 时间：2006-11-8 21:44 总结的好，对我启发不小！在有非线性特性的系统中，应该怎么样来进行谐响应分 析？本帖最后由 sysh320 于 2006-11-8 22:06 编辑 作者:venture 时间:2006-11-8 21:57 谐响应分析的局限性 1.所有载荷必须随时间按正弦变化 2.所有载荷必须有相同的频率 3.不允许有非线性特性 4.不计算瞬态效应 作者：sua ncaiyu 时间：2006-11-27 22:28 谐响应分析的局限性 1.所有载荷必须随时间按正弦变化 2.所有载荷必须有相同的频率 3.不允许有非线性特性 4.不计算瞬态效应 谐响应不是分析在一定频率范围内的响应吗 作者：venture 时间：2006-11-28 08:07 原帖由 suancaiyu 于 2006-11-27 22:28 发表 谐响应分析的局限性 1.所有载荷必须随时间按正弦变化 2.所有载荷必须有相同的频率 3.不允许有非线性特性 4.不计算瞬态效应 谐响应不是分析在一定频率范围内的响应吗 要分清物体的固有频率和载荷频率。一定频率范围是指激励载荷的范围，由一系 列单一正弦载荷组成的。作者：bigbell 时间：2007-4-9 17:02 请问 venture 版主 post1 观看整个结构在各临界频率和相角时的位移和应力 这个临界相角是激振力的初始相角吗？即某一临界频率下，只有在某一个特定相 角下，某点位移（或应力）响应的结果才是一定的，否则是周期变化的？谢谢 venture 版主指教!标题：回复 11 楼的帖子 作者：qiurui 时间：2007-4-16 20:14 航空发动机叶片受来流的激励属于谐响应分析的范围吗?该如何计算呢？作者：jiangxuchu 时间：2007-7-31 21:01 谢谢，刚才还就这两个分析的应用范围发个帖子，十分感谢！作者：zhenhe 时间：2008-3-23 22:07 标题：回复 楼主 的帖子 请教楼主：我在做模态分析时，通过 Ma in Menu:General Postproc Result Summary可提取固有频率，然后通过/POST1 SET,1,1 PLDISP ANMODE,10,0.05 上面这几个命令可以看到振型，但我怎么把振型提取出来呢？命令是什么啊，菜 单操作又是怎样的呢？因为我想把所有的振型保存成文本文档以用于后续计算！还有我是否可以把每个单元的模态刚度和模态质量提取出来呢？请多多指教，谢谢！作者：aircraft 时间：2008-4-2 20:33 大家好!我想请教个谐响应分析问题.我在做个悬链线形状的索的谐响应分析，用的是一维 pipe 单元,存在两个节点.通常的谐响应分析是一种稳态的受迫振动 然后查看某一点的位移和施加的载荷频率的关系曲线图 我现在需要加的载荷刚好是在悬链线的其中一个端点，也就是边界上节点在其节点坐标系下是进行周期振动 请教各位大哥,此问题应该怎么解决？作者：aircraft 时间：2008-4-2 20:52 标题：回复 11 楼 的帖子 单元刚度矩阵可采用/debug 命令来输出。可在求解命令前执行：/debug 可输出单元刚度矩阵，你可以试试。作者：aircraft 时间：2008-4-2 21:00 模态分析的结果被写入结果文件.rst 中,包括:固有频率,振型和相对应力分析 作者：toma119 时间：2008-4-23 11:19 标题：询问 谐响应分析我认为最主要的也是最重要的是 阻尼的设定 阻尼直接关系结构的力和位移响应，如果仅仅是考虑共振，直接模态分析就能搞定 一般的材料手册上都没有给出常用材料的阻尼系数，如铝钢的 希望楼主和各位大峡，告诉我哪里能找到各种材料的阻尼系数 作者：aircraft 时间：2008-4-23 15：59 阻尼貌似不是关键问题吧，阻尼还是比较好设置地.感觉没有搞清楚每种材料的阻尼系数 一般碰到问题,如果考虑阻尼的话 会告诉你结构阻尼比地 dampi ng ratio 根据以下式子：ahpha/(2*omega1)+beta*omega1/2=ahpha/(2*omega2)+beta*omega2/2=damp ing raio(其中 omega1omega2)是强制频率范围.由结构阻尼比便可估算出 alpha 阻尼,beta 阻尼.用 alpha 和 beta 命令输入进去就可以了 作者：toma119 时间：2008-4-23 17:21 标题：楼上的 阻尼设定错误那动力学分析所的的应力和位移都没有意义了.楼上说的是质量阻尼系数和刚度阻尼系数吧 我是做机械的,现在材料阻尼的资料很难找，更不要说是阻尼比了，阻尼比一般还 是要通过计算得到的，现在关键还是材料阻尼啊 找不到,楼上能给点指点吗？作者：追忆 时间：2008-5-23 17:59 用 abaqus 做非线性的谐响应好像是可行的!作者：孙黎 nxu 时间：2008-5-25 11:23 受益，正在做谐响应分析，谢谢谢谢 本帖最后由 xuruikl 于 2008-10-10 22:55 编辑 作者:austin 时间:2008-10-11 10:38 感谢 LZ。辛苦了。偶有个问题。我在做谐响应分析，考虑从 05000HZ 结构的振动特性。但是我只需要考虑 1/3 倍程的响应就行了。就是说我只要考虑：250,315,400,500,630,800,1000,1250,1600,2000,2500,3150,4000 这几个频率 点的特性。如果我按常规的频率起终点为 05000 来算，那就要计算为 1000 步 才能算到315HZ 这样的点，很明显是非常浪费的。请教高手：在谐响分析中有 没控制加载频率的方法。作者：Bell333 时间：2008-10-18 08:49 标题：顶 谢谢楼主，好贴 作者：713rainbow 时间：2009-4-21 17:22 可以通过瞬态动力学分析来克服这些限制，即将简谐载荷表示为有时间历程的载荷函数。”请教一下瞬态动力分析怎么设置才能达到谐响应分析的效果。比如！EX9.6 工作台的谐响应 分析-完全法 finish/clear/prep7 PI=ACOS(-1)!定义几何参数 width=1 len gth=2 high=-1 mass_hig=0.1!定义单元与材料性质等 et,1,shell63 et,2,beam4 et,3,mass21 mp,ex,1,2e11 mp,prxy,1,0.3 mp,de ns,1,7800 r,1,0.02 r,2,2e-4,2e-8,2e-8,0.01,0.02 r,3,99!创建几何模型 rect,length,width k,5,high k,6,length,high k,7,length,width,high k,8,width,high l,1,5*rep,4,1,1!划分面 esiz,0.1 amesh,all!划分梁单元 type,2 real,2 lmesh,5,8!定义质量单元 n,500,length/2,width/2,mass_hig type,3 real,3 en,500,500!创建刚性区 cerig,500,136,all cerig,500,138,all cerig,500,154,all cerig,500,156,all!施加约束 nsel,s,loc,z,high d,all,all nsel,all finish!模态分析/solu anty,modal modopt,Lanb,10 mxpand,10,yes solv fini/post1 set,list!瞬态动力响应分析 deltt=1/25.6/SOLU ANTYPE,TRANS TRNOPT,FULL TIMINT,ON n subst,5 KBC,1 ALPH,5*DO,T,0,2,deltt TIME,T/deltt+1 F,500,FX,100*SIN(2*PI*3.2*T)SOLVE*ENDDO finish/POST26 NSOL,2,5OO,U,X PLVAR,2 结构模型参考王新敏ansys 工程结构数值分析p512 页，当然这只是一个模型算例，用 其它模型亦可。主要想探讨这个地方该怎么设置 我想这里需要设置的主要是 步长设为多少合适 子步数设为多少合适 用阶跃荷载还是斜坡荷载，简谐荷载是逐渐变化的，个人认为应该用斜坡荷载。用瞬态动力分析计算结果比谐响应分析要小很多，以节点 500 的 x 方向的位移来说，怎么 能让瞬态动力分析的结果和谐响应分析一样，或者说能尽量接近，只考虑稳态反应 本帖最后由 713rainbow 于 2009-4-21 17:26 编辑 作者：zhuweihong2004 时间：2009-5-15 21:42 标题：回复 7 楼 venture 的帖子 谐波响应没有办法输出结点速度与频率，节点力与频率的对应关系么 作者：ismarlia 时间：2010-3-10 08:35 标题：回复 楼主 venture 的帖子 请问楼主，如果我的模型有两个以上激励源，而且这些激励源的频率相差比较大 的时候怎么处理？比如说，有个风力发电机模型，有叶轮的低速旋转激励，大概是 0.6HZ;变速齿 轮箱的啮合频率 20Hz;发电机的频率范围是 1.719.5Hz。那么我在做这个模型的谐响应分析时，是不是该把强制频率范围定为 0.520Hz，即包含以上所有频率？还是在因为这三个激励范围不重合，应该分别计算，即前两个分别用单个子步，后一个设定频率范围？谢谢！