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1、一，一，ANSYS软件简介软件简介 二，转子二，转子轴承系统模轴承系统模态分析实例态分析实例 ANSYS有限元分析软件简介有限元分析软件简介一、一、ANSYSANSYS发展简介发展简介 ANSYS是是在在20世世纪纪70年年代代由由ANSYS公公司司开开发发的的工工程程分分析析软软件件。它它包包括括热热、电电、磁磁、流流体体和和结结构构等等诸诸多多模模块块，现现在在已已经经广广泛泛应应用用于于航航空空、航航天天、电电子子、汽汽车车、土土木木工工程程等等各各种种领领域域，能能够够满满足足各各行行业业有有限限元元分分析析的的需需要要，是是当当前前使使用用最最广广泛泛，功能最强大的有限元软件。功能最
2、强大的有限元软件。一、有限元分析典型步骤一、有限元分析典型步骤 ANSYSANSYS可可进进行行各各种种各各样样的的分分析析，如如线线性性、静静态态、非非线线性性、瞬瞬态态分分析析等等，无无论论哪哪种种分分析析都都有有一套固定流程。一套固定流程。ANSYSANSYS典型分析步骤（典型分析步骤（三个模块三个模块）:(1)(1)前处理模块前处理模块建立有限元模型建立有限元模型(2)(2)分析计算模块分析计算模块加载和求解加载和求解(3)(3)后处理模块后处理模块结果后处理和结果查看结果后处理和结果查看ANSYS主程序窗口主程序窗口Objective ANSYS 六个窗口的总体功能六个窗口的总体功能
3、输入输入输入输入ANSYS命命令，所有输入令，所有输入的命令将在此的命令将在此窗口显示窗口显示。主菜单主菜单包含包含ANSYS的的主要功能，前主要功能，前处理、求解、处理、求解、后处理等。后处理等。输出输出显示软件的文显示软件的文本输出。本输出。应用菜单应用菜单包含例如文件包含例如文件管理、选择、管理、选择、显示控制、参显示控制、参数设置等功能数设置等功能.工具条工具条将常用的命令将常用的命令制成工具条，制成工具条，方便调用方便调用.图形图形显示由显示由ANSYS创建或传递到创建或传递到ANSYS的图形的图形.典型分析过程典型分析过程1.创建有限元创建有限元模型模型 1）单元属性定义（单元类型
4、、实常数、材料属性）单元属性定义（单元类型、实常数、材料属性）2）创建或读入几何实体模型）创建或读入几何实体模型 3）有限元网格划分）有限元网格划分2.施加载荷进行施加载荷进行求解求解 1）施加约束条件、载荷条件）施加约束条件、载荷条件 2）定义分析选项和求解控制）定义分析选项和求解控制 3）定义载荷及载荷步选项）定义载荷及载荷步选项 4）求解）求解 solve3.后后处理处理 1）查看分析结果查看分析结果 2）检验结）检验结果果 (1)(1)前处理模块前处理模块建立有限元模型建立有限元模型 a 建模建模 前前处处理理模模块块提提供供了了一一个个强强大大的的实实体体建建模模及及网网格格划划分分
5、工工具具，用用户户可可以以方方便便地地构构造造有有限限元模型元模型。用用户户除除了了可可以以用用利利用用ANSYS自自带带的的功功能能建建模模外外，还还可可以以用用其其他他外外部部CAD软软件件建建立立模模型型，然然后后导导入入ANSYS中中。（如如solidworks、PRO/E等）等）实体模型实体模型b 划分网格划分网格几几何何实实体体模模型型并并不不参参与与有有限限元元分分析析.所所有有施施加加在在几几何何实实体体边边界界上上的的载载荷荷或或约约束束必必须须最最终终传传递递到到有有限限元元模模型型上上进进行行求解求解.由几何模型创建有限元模型的过程叫作网格划分由几何模型创建有限元模型的过
6、程叫作网格划分几何实体模型几何实体模型有限元模型有限元模型Meshing (2)(2)分析计算模块分析计算模块加载和求解加载和求解 分分析析模模块块包包括括结结构构分分析析、流流体体动动力力学学分分析析、电电磁磁场场分分析析、声声场场分分析析、压压电电分分析析以以及及多物理场的耦合析多物理场的耦合析。载载荷荷包包括括边边界界条条件件和和激激励励，实实际际上上，ANSYS的的功功能能就就是是分分析析有有限限元元模模型型在在不不同同激激励以及不同边界条件下的响应。励以及不同边界条件下的响应。载荷分类载荷分类ObjectiveANSYS中的载荷可分为中的载荷可分为:自由度自由度DOF-定义节点的自由
7、度（定义节点的自由度（DOF）值值(结构分析结构分析_位移、热分析位移、热分析_ 温度等温度等)集中载荷集中载荷Force-点载荷点载荷(结构分析结构分析_力、热分析力、热分析_ 热导热导 率率)面载荷面载荷Surface load-作用在表面的分布载荷作用在表面的分布载荷(结构分结构分析析_压力、热分析压力、热分析_热对流等热对流等)体积载荷体积载荷Body load-作用在体积或场域内作用在体积或场域内(热分析热分析_ 体体积膨胀、内生成热积膨胀、内生成热等等)惯性载荷惯性载荷Inertia load-结构质量或惯性引起的载荷结构质量或惯性引起的载荷(重重力、角速度力、角速度)加载加载Ob
8、jective 可在实体模型或可在实体模型或 FEA 模型模型(节点和单元节点和单元)上加载上加载.无论采取何种加载方式无论采取何种加载方式,ANSYS求解前都将载荷转化到有求解前都将载荷转化到有限元模型限元模型.因此因此,加载到实体的载荷将自动转化到加载到实体的载荷将自动转化到 其所其所属的属的节点节点或或单元单元上。上。在关键点处在关键点处约束约束实体模型实体模型沿线均布的压力沿线均布的压力在关键点加集中力在关键点加集中力在节点处约束在节点处约束FEA 模型模型沿单元边界均布的压力沿单元边界均布的压力在节点加集中力在节点加集中力 进入求解器后，首先要指定欲进行分析的分析类进入求解器后，首先
9、要指定欲进行分析的分析类型，比如型，比如Static（静力分析）、（静力分析）、Modal（模态分析）、（模态分析）、Harmonic（谐响应分析）、（谐响应分析）、Transient（瞬态分析）（瞬态分析）以及以及Spectrum（谱分析）等（谱分析）等求解求解结果文件结果文件结果数据结果数据数据库数据库求解器求解器结果结果输入数据输入数据求解求解模态分析模态分析什么是模态分析？什么是模态分析？模态分析是用来确定结构模态分析是用来确定结构振动特性振动特性的一种的一种 技术技术 固有频率固有频率 振型振型 振型参数等振型参数等 模态分析是所有动力学分析类型的最基础模态分析是所有动力学分析类型的
10、最基础的内容的内容(3)(3)后处理模块后处理模块结果处理和结果查看结果处理和结果查看后后处处理理是是指指检检查查并并分分析析求求解解的的结结果果的的相相关关操操作作。是是分分析析中最重要的环中最重要的环节节之一。之一。ANSYS 有两个后处理器有两个后处理器:通用后处理器通用后处理器(POST1)只能观看整个模型在某一只能观看整个模型在某一时刻的结果。时刻的结果。时间历程后处理器时间历程后处理器(POST26)可观看模型在不同时可观看模型在不同时间的结果。间的结果。结果表示方式结果表示方式 后后处处理理模模块块可可将将计计算算结结果果以以多多种种方方式式显显示示出出来来：彩彩色色等等值值线线
11、显显示示、矢矢量量显显示示、立立体体切切片片显显示示等等图图形形方方式式显显示示出出来来，也也可可将将计计算算结结果果以以图图表表、曲线曲线形式显示或输出。形式显示或输出。一、建模一、建模 在在分分析析之之前前要要建建立立简简化化模模型型，模模型型建建的的正正确确与否直接决定了分析结果的可靠程度。与否直接决定了分析结果的可靠程度。转子转子轴承轴承基础模型基础模型二二，转子，转子轴承系统模态分析实例轴承系统模态分析实例单元选择单元选择 ANSYS的的单单元元库库中中提提供供有有超超过过150种种的的不不同同单单元元类类型型，每每种种单单元元类类型型有有一一个个特特定定的的编编号号和和一一个标识单
12、元类型的前缀，如个标识单元类型的前缀，如BEAM4。转转轴轴PIPE16单元单元 PIPE16是是一一种种轴轴单单元元，具具有有拉拉压压、扭扭转转和和弯弯曲曲性性能。能。集中质量（集中质量（测速齿轮测速齿轮）MASS21单元单元MASS21是是质质点点单单元元，质质点点的的质质量量和和转转动动惯惯量量以以实常数形式定义。实常数形式定义。单元选择单元选择 轴承支座轴承支座COMBI214COMBI214是是弹弹簧簧阻阻尼尼单单元元，COMBI214由由两两个个节节点点组组成成，每每个个节节点点有有两两个个自自由由度度，不不考考虑虑弯弯曲曲和和扭扭转转。单单元元有有4个个刚刚度度系系数数Kxx,K
13、yy,Kxy,Kyx,（主主刚刚度度和和交交叉叉刚刚度度）和和4个阻尼系数个阻尼系数Cxx,Cyy,Cxy,Cyx。COMBI214单元模单元模拟滑动轴承力学模拟滑动轴承力学模型型转子转子轴承实体模型轴承实体模型 二二 加载求解加载求解Objective施加约束：节点施加约束：节点10，11为固定端为固定端(DOF=0)，轴轴上所有节点上所有节点(UX=0)求解求解New Analysis 新分析新分析 Modal 模态分析模态分析Block 分块矩阵法分块矩阵法Solve 求解求解Current LS 当前载荷当前载荷三三 结果处理结果处理 各阶振型图；各阶振型图；固有频率计算值固有频率计算
14、值；分析结论；分析结论；振型图振型图一阶振型一阶振型振型图振型图二阶振型二阶振型振型图振型图三阶振型三阶振型 结果分析结果分析固有频率计算值固有频率计算值：（前四阶频率）（前四阶频率）Y方向方向X方向方向结果分析结果分析一阶固有一阶固有频率频率随弹簧随弹簧刚度刚度变化曲线变化曲线结果分析结果分析结果对比：结果对比：理论计算值 实验测得值 ANSYS模拟值临界转速(rpm)578252005070固有频率 (Hz)96.378684.5 K=1e8 K=1e6原因分析原因分析理论计算时取理论计算时取固定支撑固定支撑，相当于弹簧刚，相当于弹簧刚度无限大，即度无限大，即 K 1e8，此时固有频率，此时固有频率值为值为95H左右。左右。而实际支撑刚度大概在1e6左右。结论结论1，滑动轴承可简化为弹簧阻尼结，滑动轴承可简化为弹簧阻尼结构，刚度一般取构，刚度一般取 ；2,刚度的确定对计算结果影响较刚度的确定对计算结果影响较大；大；3，ANSYS模拟计算值与实际测模拟计算值与实际测量值可以得到很好的量值可以得到很好的 吻合。吻合。致谢致谢