ANSYS循环对称结构模态分析实例

循环对称结构模态分析实例简化齿轮的模态分析一、问题描述该实例是对一个简化的齿轮模型的模态分析。齿轮在几何形状上具有循环对称的特征，因此在对其做模态分析时可以采用循环对称结构模态分析的方法要求确定齿轮的低阶固有频率。已知的几何数据参见分析过程中的定义，材料特性数据如下：1. 杨氏模量=2X108N/m2泊松比=0.3密度=7.8X10-6N/m3二、GUI方式分析过程第1步：指定分析标题选取菜单途径UtilityMenu>File>ChangeTitle输入文字“ModalanalysisofaGear”，然后单击OK。1. 第2步：定义单元类型选取菜单途径MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete。ElementTypes对话框将出现。2. 单击Add。Libraryof3. 在左边的滚动框中单击“4. 在右边的滚动框中单击“5. 单击Apply。6. 在左边的滚动框中单击“7. 在右边的滚动框中单击“ElementTypes对话框将出现。StructuralShell”。Elastic4node63”。StructuralSolid”。Brick8node45”。8. 单击OK。9. 单击ElementTypes对话框中的Close按钮。第3步：指定材料性能选取菜单途径MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>-Constant-Isotropic。IsotropicMaterialProperties对话框将出现。1. 在OK上单击以指定材料号为1。第二个对话框将出现。3输入EX为2E8。4. 输入DENS为7.8e-6。5. 输入NUXY为0.3。6. 单击OK。1. 第4步：定义建模所需的参数选取菜单途径UtilityMenu>Parameters>ScalarParameters。在ScalarParameters对话框中Selection区输入以下参数定义等式，每个等式输完后要击回车键或单击Accept表示确认：r1=30r2=r1+10r3=r1+30r4=r1+50r5=r1+70h2=6h1=h2+2h3=h2+2ang=15ang1=3ang2=63单击Close关闭对话框。第5步：建立齿轮模型1.选取菜单途径MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Creat>Keypoints>InActiveCS。CreatKeypointsinActiveCoordinateSystem对话框将出现。2输入Keypointnumber（关键点号）为1,X,Y,Z位置分别为r1,0,0。可用TAB键在输入区之间移动。2. 单击Apply。对下面的关键点及X，Y，Z位置重复这一过程：关键点2：r4,0,0关键点3：r4,0,h3关键点4：r3,0,h3关键点5：r3,0,h2关键点6：r2,0,h2关键点7：r2,0,h1关键点8：r1,0,h1输入完最后一个关键点后，单击OK。3. 选取菜单途径UtilityMenu>PlotCtrls>Pan,Zoom,Rotate。4. 在出现的Pan,Zoom,Rotate对话框中单击Iso。5. 选取菜单途径MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Creat>-Areas-Arbitrary>ThroughKPs。拾取菜单将会出现。6. 在图形窗口中依次选取关键点123,4,5,6,7,8,单击OK关闭对话框。7. 选取菜单途径MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Creat>Keypoints>InActiveCS。CreatKeypointsinActiveCoordinateSystem对话框将出现。8. 输入Keypointnumber为10，X,Y,Z位置分别为0,0,0单击Apply。9. 输入Keypointnumber为11，X,Y,Z位置分别为0,0,1。10. 单击OK关闭对话框。11. 选取菜单途径UtilityMenu>PlotCtrls>WindowControls>WindowOptions。12. 在WindowOptions对话框中的Locationoftriad处选Atbottomleft,然后单击OK关闭对话框。选取菜单途径MainMenu>Preprocessor>Operate>Extrude/Sweep>-Areas-AboutAxis。拾取菜单将会出现。13. 在图形窗口中选中刚刚生成的面，在拾取对话框中单击OK。14. 在图形窗口中选中节点10、11，在拾取对话框中单击OK。15. 在出现的对话框的Arclengthindegrees处输入ang,单击OK关闭对话框。16. 选取菜单途径UtilityMenu>Workplane>ChangeActiveCSto>GlobalCylindrical。17. 选取菜单途径MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Creat>Keypoints>InActiveCS。CreatKeypointsinActiveCoordinateSystem对话框将出现。18. 输入Keypointnumber为50,X,Y,Z位置分别为r5,ang2,0。19. 单击Apply。对下面的关键点及X，Y，Z位置重复这一过程：关键点51：r5,ang-ang2,0关键点52：(r4+r3)/2,ang-ang1,0关键点53：(r3+r4)/2,ang,ang1输入完最后一个关键点后,单击OK。20. 选取菜单选项MainMenu>Preprocessor>NumberingCtrls>SetStartNumber。21. 在StartingNumberSpecifications对话框中的Forareas处输入20,单击OK关闭对话框。22. 选取菜单途径MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Creat>-Areas-Arbitrary>ThroughKPs。拾取菜单将会出现。23. 在图形窗口中依次选取关键点50,51,52,53,单击OK关闭对话框。24. 选取菜单途径UtilityMenu>PlotCtrls>Numbering。25. 在出现的对话框中将Keypointnumber和Areanumber打开。单击OK关闭对话框。26. 选取菜单途径MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Operate>Extrude/Sweep-Areas-AlongLines。拾取菜单将会出现。27. 在图形窗口中选中刚刚生成的20号面,在拾取菜单中单击OK。28. 选中由12和13号关键点组成的线，在拾取菜单中单击OK。在图形窗口中将会生成一个直齿形体。29. 选取菜单途径MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Operate>-Boolean-Add>Volumes。拾取菜单将会出现。30. 单击PickAll。31. 选取菜单途径UtilityMenu>Select>Entities。32. 在SelectEntities对话框中的最上面的下拉列表中选择Areas，在另外一个下拉列表中选择ByLocation;坐标分量选XCoordinates;Min,Max处输入r3,r5。单击Apply。33. 将坐标分量改为ZCoordiantes;Min,Max处输入改为h3;选取方式改为Reselect单击OK。34. 选取菜单途径MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Operate>-Boolean-Add>Areas。拾取菜单将会出现。35. 单击PickAll。36. 选取菜单途径UtilityMenu>Select>Entities。37. 在SelectEntities对话框中的最上面的下拉列表中选择Areas,在另外一个下拉列表中选择ByLocation;坐标分量选ZCoordinates;清除在Min,Max处的输入；选取方式为FromFull。单击OK。选取菜单途径MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Operate>-Boolean-Add>Areas。拾取菜单将会出现。38. 单击PickAll。39. 选取菜单途径UtilityMenu>Select>Everything。40. 单击工具条上的SAVE_DB保存数据库。1. 第6步：划分网格选取菜单途径MainMenu>Preprocessor>MeshingToo。2. 在MeshTool菜单中先打开SmartSize控制，再将其下的滚动条移到4的位置。单击Close关闭对话框。3. 选取菜单途径UtilityMenu>Select>Entities。4. 在SelectEntities对话框中的最上面的下拉列表中选择Areas,在另外一个下拉列表中选择ByLocation;坐标分量选YCoordinates;清除在Min,Max处的输入；选取方式为FromFull。单击OK。选取菜单途径MainMenu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>-Areas-Free拾取菜单将会出现。5. 单击PickAll7.选取菜单途径Main会出现。Menu>Preprocessor>Copy>-Nodes-Copy拾取菜单将8.单击PickAll9.在出现的对话框中的Y-offsetinactiveCS处输入ang,Nodenumberincrement处输入100。单击OK关闭对话框10. 选取菜单途径Main11. 单击PickAll。Menu>Preprocessor>Copy>Areas拾取菜单将会出现。12.在出现的对话框中的对话框。Y-offsetinactiveCS处输入ang。单击OK关闭13. 选取菜单途径Utility14. 选取菜单途径MainMenu>Select>Everything。Menu>Preprocessor>NumberingCtrls>MergeItems。15.在出现的对话框中的下拉列表中选取Keypoints，并在Rangeofcoincidenee处输入0.01。单击Apply。关闭可能会出现的警告对话框。16将下拉列表的选项改为Nodes,单击OK关闭对话框。选取菜单途径MainMenu>Preprocessor>-Attributes-Define>DefaultAttribs。17. 在对话框中选Elementtypenumber为2。单击OK关闭对话框。19.选取菜单途径MainMenu>Preprocessor>MeshingToo。20. 在MeshTool对话框中选Shape为Tet,选Mesher为Free。单击Mesh。拾取菜单将会出现。21. 单击PickAll。在网格划分完成后关闭警告对话框。22. 单击Close关闭MeshTool对话框。23.选取菜单途径Main将会出现。Menu>Preprocessor>-Meshing-Clear>Area拾取菜单1. 24.单击PickAll。关闭可能出现的警告对话框第7步：生成侧面组件选取菜单途径UtilityMenu>Select>Entities。2. 在SelectEntities对话框中的最上面的下拉列表中选择Nodes,在另外一个下拉列表中选择ByLocation;坐标分量选YCoordinates;清除在Min,Max处的输入。单击OK。3. 选取菜单途径UtilityMenu>Select>Comp/Assembly>CreateComponent。4. 在Componentname处输入low。单击OK。5. 选取菜单途径MainMenu>Preprocessor>Move/Modify>-RotateNodeCS-ToActiveCS。拾取菜单将会出现。6. 单击PickAll。7. 选取菜单途径UtilityMenu>Select>Entities。8. 在SelectEntities对话框中的最上面的下拉列表中选择Nodes,在另外一个下拉列表中选择ByLocation;坐标分量选YCoordinates在Min,Max处输入ang。单击OK。9. 选取菜单途径UtilityMenu>Select>Comp/Assembly>CreateComponent。10. 在Componentname处输入high。单击OK。11. 选取菜单途径MainMenu>Preprocessor>Move/Modify>-RotateNodeCS-ToActiveCS。拾取菜单将会出现。12. 单击PickAll。13. 选取菜单途径UtilityMenu>Select>Everything。14. 单击工具条上的SAVE_DB保存数据库。1. 第8步：生成重叠扇区，加约束选取菜单途径MainMenu>Preprocessor>CyclicSector。2. 单击OK。3. 选取菜单途径UtilityMenu>Select>Entities。4. 在SelectEntities对话框中的最上面的下拉列表中选择Nodes,在另外一个下拉列表中选择ByLocation;坐标分量选XCoordinates在Min,Max处输入r1。单击OK。5. 选取菜单途径MainMenu>Preprocessor>Loads>-Loads-Apply>-Structural-Displacement>OnNodes。拾取菜单将会出现。6. 单击PickAll。7. 在出现的对话框的自由度（DOF）stobeconstrained处选择All自由度（DOF）。单击OK关闭对话框。8. 选取菜单途径UtilityMenu>Select>Everything。9. 在ANSYSToolbar上单击SAVE_DB。1. 第9步：指定分析类型和选项、求解选取菜单途径MainMenu>Solution>-AnalysisType-NewAnalysis。NewAnalysis对话框将出现。2. 选中Modalanalysis,然后单击OK。3. 选取菜单途径MainMenu>Solution>-AnalysisOptions,ModalAnalysis对话框将出现。4选中分块Lanczos法模态提取法；在Numberofmodestoextract处输入5;在No.ofmodestoexpand处输入5。单击OK。5. 单击OK接受缺省值。6. 在ANSYSToolbar上单击SAVE_DB。7. 选取菜单途径MainMenu>Solution>ModalCyclic。8.在出现的对话框中输入NDMIN和NDMAX分别为0,2；指定No.ofsectors为24;指定LOWNodecomponentname为low;可以指定HIGHNodecomponentname为high。单击OK开始求解。9求解过程结束后单击Close关闭提示对话框。1. 第10步：观察解得的五阶模态选取菜单途径MainMenu>GeneralPostproc>ResultsSummary。在弹出的窗口中将会看到对应于三个节径的3X5=15阶模态。2. 用窗口的菜单选项File>Close关闭窗口。3. 选取菜单选项UtilityMenu>PlotCtrls>Style>SymmetryExpansion>ModalCyclicSymmetry。4. 在对话框中的No.ofrepetitions处输入24;No.ofNodalDiameters处输入3;SectorAngle处输入ang。5. 单击OK。在图形窗口中应该出现经扩展得到的完整齿轮有限元模型。6. 选取菜单途径MainMenu>GeneralPostproc>-ReadResults-BySetNumber。在出现的对话框中的Datasetnumber处填上希望观察的模态阶数，如15。单击OK。7. 选取菜单途径UtilityMenu>PlotCtrls>Animate>DeformedShape。8. 单击OK接受缺省设置。9. 经过一段时间的计算后，播放对话框将出现。10. 单击按钮“4”观察动画播放。可以看到齿轮在第15阶模态时的变形情况同样可观察其它各阶模态的变形情况单击按钮“<”结束动画播放。1. 第11步：退出ANSYS在ANSYSToolbar中选QUIT。2. 选Quit-NoSave!3. 单击OK。