旋轉軟化的案例
workbench模態分析詳解（04） ￥5
本文摘要：在模態分析中，應力剛化和旋轉軟化對模型剛度矩陣都有影響，進而影響了模態分析結果。
00 幾何模型（壁厚0.1mm）
01 劃分網格
詳細設置見源文件；
02 邊界條件
03 模態分析，不考慮應力剛化和旋轉軟化的影響
04 模態分析，考慮應力剛化影響
靜力分析施加轉速；
模態分析結果；
對比可以發現，頻率提高，旋轉產生應力剛化效應。
05 模態分析，考慮旋轉軟化影響
模態分析施加轉速；
模態分析結果；
對比可以發現，頻率減低，旋轉產生旋轉軟化效應。
06 模態分析，考慮應力剛化和旋轉軟化綜合影響
后續內容和分析源文件見：收費內容
展開 軸流通風機葉片模態仿真及其對氣動噪聲的影響
4 考慮預應力和旋轉軟化在真實狀況下葉輪是運動的，由于離心力和氣動載荷 的影響,葉輪產生拉伸變形，模態有可能與靜止狀況有很大不同，所以必須予以考 慮。影響旋轉件頻率變化的一種原因是由于離心力對葉片運動產生的預應力的影 響，造成了葉輪剛度的增大，使運行狀況下模態頻率升高。
另一種原因：旋轉軟化,旋轉軟化使模態頻率降低。其原理可以用一個簡單的彈 簧-質量旋轉系統說明，彈簧垂直于旋轉軸，當彈簧剛度很高而旋轉加速度很小時, 認為彈簧變形很小。
忽略彈簧變形對質量塊向心加速度的影響，建立如下平衡方程：
kx=Mw s2r
⑴式中k彈簧剛度
離開平衡位置的距離
3S轉角速度
r質點自由位置相對于轉軸的半徑
但是如果彈簧剛度不夠，同時旋轉速度又很大，由于離心力的影響使彈簧產生 較大位移，而該位移同時又使質點離心運動的半徑加大，這時的平衡方程寫為：
kx=M? s2(r+x)(2)
如果仍然用(1)式的形式表示的話，其平衡方程可以寫為：
(k-Mw s2)x=M 3 s2r
施加表示載荷時，其振動方程可寫為：
Mx-(k- Mw s2)x=f(t)
因此剛度由k變為(k-Mco s2),即相當于旋轉軟化作用，旋轉速度越高，旋轉物體 密度越大，這種軟化作用也就越明顯。應力剛化使模態頻率升高，旋轉軟化使模態 頻率偏低，通常應力剛化的作用偏大，所以同時考慮兩種因素影響，使運轉狀況下 模態頻率比靜止狀況下模態頻率偏高。
為了獲得真實狀況與靜止狀況下模態的差別，又進行了一次模態有限元分析， 步驟是在三、四步驟后給葉輪施加一個轉動角速度，打開預應力開關，選擇分析類 型為靜應力分析，并進行一次靜應力分析。然后選擇分析類型為模態分析 ，并保證 預應力開關為打開狀態，同時打開旋轉軟化選項，下面同三、五以后的步驟。
展開 非線性的定義
非線性的定義
力和位移，應變和應力關系曲線不是直線，而是表現為曲線，即剛度是一個變量；
剛度改變是非線性的實質；
三種非線性
根據剛度改變的原因，非線性行為有下列三種：
狀態非線性：
ü 如電纜，在繃緊和松散兩種狀態下剛度是不同的，這是由于在繃緊狀態下產生的初始應力導致剛度增大，通常稱為應力剛化；
ü 如土壤，在融化和凍結兩種狀態下剛度是不同的；
ü 如軸承與軸承套，在接觸和非接觸狀態下剛度是不同的；以上行為的共同特點是，系統的狀態發生變化時，系統的剛度也隨之發生突然的變化；
ü 例子是電纜、土壤、軸承與軸承套；
幾何非線性：
ü 即物體在大變形時應力應變關系是非線性的，剛度連續變化，這與小變形情況下剛度是一常量不同；
ü 高速旋轉物體，離心力導致幾何形狀改變，進而產生初始應力，這種初始應力也會導致剛度的改變，通常稱為旋轉軟化；
ü 旋轉軟化效應的設置：solution>define loads >apply>structural >other>angular velocity>選中decrease stiffn選項，對應的命令為omega；
材料非線性：
ü 材料的塑性變形階段；
ü 雙線性材料
ü 多線性材料
ü 超彈性材料：多用于模擬橡膠，需采用hyper類單元；或除link，beam單元以外的其它類型的編號在180以上的單元；
ü 溫度相關的非線性材料：
ü 蠕變材料：
展開 慣性力算力嗎（理解旋轉運動）
為什么要說慣性力這件事，第一，我們有達朗貝爾原理，還有一個重要原因：更好的理解旋轉運動。
點的合成運動知識儲備：
絕對運動：相對于慣性系的運動；
相對運動：相對于非慣性系的運動；
牽連運動：非慣性系相對于慣性系的運動；
上式每一項都乘以質量，那就是力的平衡關系：外力+牽連(運動)慣性力+相對運動慣性力+科式慣性力=0；
將這種思維方式，看問題的角度用于理解旋轉運動，如魚得水。
一：定軸旋轉（公轉）
假設物理模型：質點繞定軸轉動，轉速為w，距離為r，原點和質點之間有繩牽引。從慣性系看，質點在繞軸轉；從非慣性系看（和質點同轉速），質點是靜止的。牛頓力學中，物體靜止，則是受力平衡。想將這個原理應用到非慣性性，怎么辦？繩子上有拉力，要平衡它，只能再找一個力，稱為離心力，大小為mrw^2，離心力取決于質點質量，轉動半徑（慣性系），質點轉速（慣性系中的轉速）。離心力方向為徑向（慣性系觀察）。
如何理解這個問題？
第一步：觀察者為慣性系，非慣性系定軸自轉，和質點公轉同速；
第二步：觀察者轉移到非慣性系，根據點合成運動和達朗貝爾原理；
二：公轉+自轉（轉子動力學）
梁的橫向振動方程：
轉子動力學振動方程：
如何理解這個運動方程？
第一步：觀察者為慣性系，非慣性系定軸自轉，和梁公轉同速；
第二步：觀察者轉移到非慣性系，根據點合成運動和達朗貝爾原理；
旋轉軟化效應的原因是牽連運動慣性力；陀螺效應的原因是科式力；
在梁的橫向振動方程基礎上，考慮牽連運動的影響，考慮相對運動引入的科式力，很自然就理解了轉子動力學方程各項的來源和效應。
展開 
ANSYS Mechanical
特色功能
前后處理
雙向參數互動的CAD接口
智能網格生成器
各種結果的數據處理
各種結果的圖形及動畫顯示
全自動生成計算報告
結構靜力分析（線性/非線性）
疊層復合材料（非線性疊層殼單元、高階疊層實體單元、Tsai-Wu失效準則、圖形化）
非線性分析能力
幾何非線性（大變形、大應變、應力強化、旋轉軟化、壓力載荷強化）
材料非線性（近70種非線性材料本構模型，含：彈塑性、蠕變、粘塑性、粘彈性、超彈性、非線性彈性、巖土和混凝土、膨脹材料、墊片材料、鑄鐵材料等）
單元（或稱邊界/狀態）非線性
高級接觸單元（點對點接觸、點對面接觸、剛對柔面面接觸、柔對柔面面接觸、線性接觸（MPC）等，支持大滑移和多種摩擦模型，支持多場耦合接觸）
其它非線性單元（旋轉鉸接單元、彈簧－阻尼器單元、膜殼單元、……）
動力學分析能力
模態分析（自然模態分析、預應力模態分析、循環對稱模態、阻尼復模態、模態綜合分析）
諧響應分析
瞬態分析（線性/非線性、多種算法）
響應譜和隨機振動分析（單點譜、多點譜、功率譜）
轉子動力學分析
屈曲分析（線性屈曲、非線性屈曲、循環對稱屈曲分析）
高級對稱分析（循環對稱模態分析、循環對稱結構靜力分析、軸對稱、平面對稱和反對稱）
斷裂力學分析（應力強度因子、J積分、裂紋尖端能量釋放率）
通用疲勞分析
結構熱分析部分（Professional）
穩態溫度場（熱傳導、熱對流、熱輻射）
瞬態溫度場（熱傳導、熱對流、熱輻射、相變）
管流熱耦合
支持復雜熱載荷和邊界條件
非線性特性（接觸傳熱、非線性材料）
耦合場分析部分及其它功能
靜流體分析（流固耦合靜動力分析
展開 航空發動機風扇轉子模態分析實例
圖8結果截圖
有些同學對坎貝爾圖不太明白，這里大致解釋下：由于陀螺效應，旋轉結構的特征頻率(固有頻率)與其旋轉速度相關，計算不同旋轉速度時的頻率，可以得到各個模態頻率隨轉動速度的變化曲線，稱之為坎貝爾曲線。更多信息自行百度去哦。
本案例結果中坎貝爾圖如下圖9所示。橫坐標表示設計轉速，縱坐標指固有頻率，不同顏色的曲線代表不同階數，Ratio設置為1時，Ration曲線與各階頻率曲線的交點就是臨界轉速Critical Speed。
圖9 Campbell Diagram坎貝爾圖
求解結果顯示在1100rad/s范圍內發現兩個臨界轉速718.61rad/s和740.37rad/s，故該轉子工作在這兩個極限轉速附近時很容易發生共振。各階曲線較為平緩表明這里陀螺效應對轉子特征頻率影響不是很大。
展開 奧迪寶馬都在用的單邊連接技術-阿諾德“流鉆螺釘”系列產品全解析
流鉆螺釘工藝是通過螺釘的高速旋轉軟化被連接零件，并自攻絲最終旋緊的連接技術，也被稱為熱融緊固系統。該工藝可以在較小變形的情況下實現單邊連接，且為一種可拆卸的緊固方式。然而，此工藝有哪些車型在用、具體使用在什么部位，以及該工藝的最新發展狀況如何呢？
FlowForm? Screws工藝
1.
流鉆螺釘
在介紹FlowForm?螺釘之前，首先想跟大家介紹一個概念，即何為“流鉆螺釘”工藝（別稱：熱融自攻絲/熱融緊固系統）。英文中有的翻譯為Flow drill Screws（FDS），也有翻譯為FlowForm Screws（FFS）,紐北更愿意把這兩種翻譯認為是連接技術使用的螺釘（Screw為螺絲釘）。而“流鉆螺釘”則指代的是一種高速旋轉、自攻絲最后擰緊的連接工藝。
FlowForm?為阿諾德開發的一種“流鉆螺釘”工藝專用螺釘，該螺釘簡稱為FFS。本文將詳細介紹阿諾德開發的FlowForm?螺釘及它的系列產品。
展開 無私奉獻100個ANSYS經典算例
id=183 ANSYS旋轉軟化應力剛化算例
http://www.besturbo.cn/joinus/show.asp?id=184 link10-gap單元
http://www.besturbo.cn/joinus/show.asp?id=185 循環對稱結構的模態分析
http://www.besturbo.cn/joinus/show.asp?id=186 Ansys疲勞算例
http://www.besturbo.cn/joinus/show.asp?id=187 ANSYS材料實驗小算例
http://www.besturbo.cn/joinus/show.asp?id=188 ANSYS各向異性材料算例
http://www.besturbo.cn/joinus/show.asp?id=189 ANSYS焊接模擬
http://www.besturbo.cn/joinus/show.asp?id=190 港口起重機有限元實例
http://www.besturbo.cn/joinus/show.asp?
展開 ANSYS分析類型與求解器控制選項（1）
ANSYS 的幾何非線性包括大應變效應、大變形（也可稱為大轉動或大撓度）、應力剛化及旋轉軟化效應。大多數實體單元和部分殼單元支持大應變效應；所有梁單元和大多數殼單元支持大變形（大轉動）效應，支持大應變的單元都支持大變形效應。
ANSYS 計入大變形或大轉動效應時是小應變，且大變形分析時慣性荷載和集中荷載的方向不隨變形改變，但面荷載的方向則隨變形而改變（即隨動荷載）。
NLGEOM 命令如在 /SOLU 層執行，必須在第一個荷載步內指定。
⑵ 預應力效應
命令：PSTRES, Key
其中 Key 為預應力效應控制參數，其值可取：
=OFF 或 0（缺?。翰挥嬋腩A應力效應；
=ON 或 1：計入預應力效應。
預應力效應（prestress effects）與土木工程中預應力混凝土概念上是不同的，預應力效應是計算應力剛度矩陣。在為屈曲分析、模態分析、完全法或縮減法的諧分析、縮減法的瞬態分析、子結構分析等所作的靜態或瞬態分析中考慮預應力效應時，應設置為 PSTRES,ON（激活預應力效應）。
PSTRES 命令如在 /SOLU 層執行，必須在第一個荷載步內指定。
PSTRES 命令和 STIFF 命令不能被同時激活。
2. 時間
命令：TIME, TIMEV
其中參數 TIMEV 為荷載步結束時的時間值。對第 1 荷載步，缺省時或 TIMEV=0 或 TIMEV 為空，則程序將時間設置為 TIMEV=1.0；后續荷載步依次為：前一時間＋1.0。
該命令為各荷載步結束時設置一時間值（時間點），即用時間識別各個荷載步。
對于與速率相關的分析，時間的單位應與分析中所用的單位相同，并且要設置時間值。
展開 【3月19-21日 線上+西安】結構振動、沖擊、碰撞計算、動力優化設計、振動疲勞分析與振動臺試驗模擬
課程大綱
大綱
主要內容
概述
1、結構動力學分析的定義和目的
2、結構動力學分析的不同類型
3、結構動力學控制方程
4、動力計算基本概念和術語
5、結構動力學不同分析類型的關系
結構阻尼
和數值阻尼
1、阻尼的定義
2、阻尼的類型
3、結構通用動力學方程
4、單自由度系統的粘性阻尼
5、阻尼矩陣
6、數值阻尼
工程實例-1：彈簧振子系統振動模態計算
工程實例-2：圓盤的扭振模態計算
結構模態計算
1、模態分析簡介
2、模態計算理論
3、固有頻率與模態振型
4、參與系數，有效質量
5、模態提取方法
6、模態計算中接觸設置
7、模態計算設置
8、復模態理論
9、非對稱復模態
10、有應力結構的模態分析方法
11、非線性模態及其求解方法（線性攝動法）
12、濕模態理論及其求解方法
工程實例-1：基于模態理論的車輪選型分析
工程實例-2：剎車盤摩擦嘯叫的非對稱復模態計算
工程實例-3：風扇模態的應力剛化和旋轉軟化效應分析
工程實例-4：橡膠支撐結構的非線性模態計算
工程實例-5：雙盤轉子結構的臨界轉速計算
工程實例-6：盛水水槽的濕模態計算
諧響應分析
1、諧響應分析簡介
2、諧響應分析理論
3、諧響應分析中接觸設置
4、基于完全法的諧響應分析
5、完全法中阻尼設置原理
6、諧響應分析支持的邊界和載荷類型
7、完全法的計算設置
8、基于模態疊加法的諧響應計算方法
9、諧響應分析后處理方法
工程實例-1：薄壁鋼板的預應力諧響應分析（正弦掃頻分析）
展開 結構振動、沖擊、碰撞計算、動力優化設計、振動疲勞分析與振動臺試驗模擬
課程大綱
大綱
主要內容
概述
1、結構動力學分析的定義和目的
2、結構動力學分析的不同類型
3、結構動力學控制方程
4、動力計算基本概念和術語
5、結構動力學不同分析類型的關系
結構阻尼和數值阻尼
1、阻尼的定義
2、阻尼的類型
3、結構通用動力學方程
4、單自由度系統的粘性阻尼
5、阻尼矩陣
6、數值阻尼
工程實例-1：彈簧振子系統振動模態計算
結構模態計算
1、模態分析簡介
2、模態計算理論
3、固有頻率與模態振型
4、參與系數，有效質量
5、模態提取方法
6、模態計算中接觸設置
7、模態計算設置
8、復模態理論
9、非對稱復模態
10、有應力結構的模態分析方法
11、非線性模態及其求解方法（線性攝動法）
12、濕模態理論及其求解方法
工程實例-1：基于模態理論的車輪選型分析
工程實例-2：剎車盤摩擦嘯叫的非對稱復模態計算
工程實例-3：風扇模態的應力剛化和旋轉軟化效應分析
工程實例-4：橡膠支撐結構的非線性模態計算
工程實例-5：多盤轉子結構的臨界轉速計算
工程實例-6：盛水水槽的濕模態計算
諧響應分析
1、諧響應分析簡介
2、諧響應分析理論
3、諧響應分析中接觸設置
4、基于完全法的諧響應分析
展開 
7月9-11日 直播+線下 | 結構振動、沖擊、碰撞計算、動力優化設計、振動疲勞分析與振動臺試驗模擬”專題
5、結構動力學不同分析類型的關系
結構阻尼和數值阻尼
1、阻尼的定義
2、阻尼的類型
3、結構通用動力學方程
4、單自由度系統的粘性阻尼
5、阻尼矩陣
6、數值阻尼
工程實例-1：彈簧振子系統振動模態計算
工程實例-2：圓盤的扭振模態計算
結構模態計算
1、模態分析簡介
2、模態計算理論
3、固有頻率與模態振型
4、參與系數，有效質量
5、模態提取方法
6、模態計算中接觸設置
7、模態計算設置
8、復模態理論
9、非對稱復模態
10、有應力結構的模態分析方法
11、非線性模態及其求解方法（線性攝動法）
12、濕模態理論及其求解方法
工程實例-1：基于模態理論的車輪選型分析
工程實例-2：剎車盤摩擦嘯叫的非對稱復模態計算
工程實例-3：風扇模態的應力剛化和旋轉軟化效應分析
展開 