ansys諧響應分析

諧響應分析總結

一 什麼是諧響應分析？

确定一個結構在已知頻率的正弦（簡諧）載荷作用下結構響應的技術。

諧響應分析的局限性

1.所有載荷必須随時間按正弦變化

2.所有載荷必須有相同的頻率

3.不允許有非線性特性

4.不計算瞬态效應

可以通過瞬态動力學分析來克服這些限制，即将簡諧載荷表示為有時間曆程的載荷函數。

二 輸入：

1. 已知大小和頻率的諧波載荷（力、壓力和強迫位移）；

2. 同一頻率的多種載荷，可以是同相或不同相的。

三 輸出：

1. 每一個自由度上的諧位移，通常和施加的載荷不同相；

2. 其它多種導出量，例如應力和應變等。

四 諧響應分析用于設計：

1. 旋轉裝置（如壓縮機、發動機、泵、渦輪機械等）的支座、固定裝置和部件；

2. 受渦流（流體的漩渦運動）影響的結構，例如渦輪葉片、飛機機翼、橋和塔等

五 為什麼要作諧響應分析？

1. 確定一個給定的結構能經受住不同頻率的各種正弦載荷（例如：以不同速度運作的發動機）；

2. 探測共振響應，并在必要時避免其發生（例如：借助于阻尼器來避免共振）。

六 諧波載荷的本性

1. 在已知頻率下正弦變化；

2. 相角y允許不同相的多個載荷同時作用， y預設值為零；

3. 施加的全部載荷都假設是簡諧的，包括溫度和重力。

七 複位移

在下列情況下計算出的位移将是複數

1. 具有阻尼

2. 施加載荷是複數載荷（例如：虛部為非零的載荷）

3. 複位移滞後一個相位角y（相對于某一個基準而言）

4. 可以用實部和虛部或振幅和相角的形式來檢視

八 模型

1. 隻能用于線性單元和材料，忽略各種非線性；

2. 記住要輸入密度；

3. 注意：如果ALPX（熱膨脹系數）和DT均不為零，就有可能不經意地包含了簡諧熱載荷。為了避免這種事情發生，請将ALPX設定為零。如果參考溫度 與均勻節點溫度 不一緻, 那麼DT為非零值。

九 施加諧波載荷并求解

1. 所有施加的載荷以規定的頻率（或頻率範圍）簡諧地變化

2. “載荷”包括：

位移限制-零或非零的

作用力

壓強

注意：如果要施加重力和熱載荷，它們也被當作簡諧變化的載荷來考慮！

十 規定諧波載荷時要包括：

振幅和相角

頻率

1. 振幅和相角

（1）載荷值（大小）代表振幅 Fmax

（2）相角 f 是在兩個或兩個以上諧波載荷間的相位差，單一載荷不需要相角 f 。

（3）ANSYS 不能直接輸入振幅和相角，而是規定實部和虛部分量；

例如，施加兩個簡諧力 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語言計算，但要確定角度機關為度（預設為弧度）。

2. 頻率

通過頻率範圍和在頻率範圍内的子步數量來規定每秒的循環次數（赫茲）；

例如，在0-50頻率範圍内有10個子步時将給出在5，10，15...45和50Hz等頻率上的解；而同一頻率範圍隻有一個子步時，則隻給出50Hz頻率上的解

十一 觀看結果

分三步

post26

繪制結構上的特殊點處的位移-頻率曲線

确定各臨界頻率和相應的相角

post1

觀看整個結構在各臨界頻率和相角時的位移和應力

1. 位移-頻率關系曲線

（1）首先定義 POST26 變量節點和單中繼資料表

用大于等于二的資料識别

變量1包含各頻率，并是預先定義了的，是以我們隻能從2開始定義。

（2）定義變量

挑選可能發生最大變形的節點，然後選擇自由度的方向；

定義變量的清單被更新。

（3）畫變量關系曲線

2. 确定各臨界頻率和相角

（1）用圖形顯示最高振幅發生時的頻率；

（2）由于位移與施加的載荷不同步（如果存在阻尼的話），需要确定出現最大振幅時的相角；

要進行上述工作，首先要選擇振幅+相位選項。然後用表列出變量。

（3）下一步就是觀看整個模型在該頻率和相角下的位移和應力（使用POST1）

3. 觀看整個結構的結果

（1）進入POST1，且列出結果綜述表，确定臨界頻率的載荷步和子步序号；

十二 諧響應分析和瞬态響應分析

很多問題諧響應分析和瞬态響應分析都可以做，關鍵取決于你想得到的結果。

1. 一個是頻響特性，一個是時域響應，有本質的不同  

2. 諧響應分析是頻率段掃描，也就是說分析它在一個頻率範圍内的響應，可以得到在各個頻率下的位移（或應力）響應。如果想做單一頻率下的響應可以把子步數設為1。如在0-50頻率範圍内有10個子步時将給出在5，10，15...45和50Hz等頻率上的解；而同一頻率範圍隻有一個子步時，則隻給出50Hz頻率上的解。

3. 瞬态分析是時間曆程分析，可以提取一個正弦周期時間段上變化的載荷。計算出結構在這個時間段上的響應。用載荷函數表示正弦載荷加載就ok了。

4. 如果你想得到結構在頻率段（或單一頻率點）激勵下的響應分布，可以用諧響應分析（是在模态分析上的延伸，得到的結果和模态分析的結果類似，這時你得不到在一個載荷作用周期内的位移或應力随時間的變化）。如果你想得到結構（或結構上某點）在載荷作用下位移（或應力）随時間變化可以用瞬态分析。

十三 針對諧響應分析的問題

1.諧響應分析能顯示應力。

2.諧響應分析的多載荷疊加

首先這些載荷要是同頻率的，疊加的其實是它們的振幅（載荷值）。如果相位差為零，2者數值直接相加。如果有相位差，則将其中1振幅表示為複數形式（也就是向另一個方向上分解），具體見十。

另外補充一下：

可能有人認為簡諧分析載荷就是正弦變化的，它的頻率隻有一個，為什麼分析的時候可能要輸入一個頻率段？可以這樣舉個例子說明：

一個變頻電機帶動一個偏心軸，給一部件一正弦強制位移激勵。變頻電機轉速變化時，激勵頻率也随之變化。我們要求出臨界頻率（共振頻率），是以要輸入電機的最高和最低轉速（頻率段）。

二個載荷疊加的問題：

系統中激勵數量可能有多個，假如激勵是變頻電機，諧響應分析中要求他們轉速保持一緻（頻率保持一緻），可以有相位差。

來自振動論壇

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